Dominic Statham
Fotografie ©depositphotos.com/Yourth2007
Electrophorus electricus) trăiește în apele întunecate ale mlaștinilor și râurilor din partea de nord America de Sud. Acesta este un prădător misterios cu un sistem sofisticat de electrolocalizare și capacitatea de a se mișca și de a vâna în condiții de vizibilitate scăzută. Folosind „electroreceptori” pentru a detecta distorsiunile câmpului electric cauzate de propriul său corp, el este capabil să detecteze potențiala pradă, rămânând nedetectat el însuși. Imobilizează victima cu un șoc electric puternic, suficient de puternic pentru a uimi un mamifer mare, cum ar fi un cal, sau chiar pentru a ucide un om. Cu forma sa alungită și rotunjită a corpului, anghila seamănă cu peștele pe care îl numim de obicei murene (ordinul Anguilliformes); cu toate acestea, aparține unui alt ordin de pești (Gymnotiformes).Pește care poate detecta câmpuri electrice, numit electroreceptive, dar capabil să genereze puternic câmp electric, precum anghila electrică, se numesc electrogen.
Cum generează o anghilă electrică o tensiune electrică atât de mare?
Peștii electrici nu sunt singurii capabili să genereze electricitate. Practic, toate organismele vii fac acest lucru într-o măsură sau alta. Mușchii corpului nostru, de exemplu, sunt controlați de creier folosind semnale electrice. Electronii produși de bacterii pot fi utilizați pentru a genera electricitate în celulele de combustie numite electrocite. (vezi tabelul de mai jos). Deși fiecare celulă poartă doar o mică încărcare, prin stivuirea mii de celule în serie, precum bateriile într-o lanternă, pot fi generate tensiuni de până la 650 de volți (V). Dacă aranjați aceste rânduri în paralel, puteți produce un curent electric de 1 Amperi (A), care dă un șoc electric de 650 de wați (W; 1 W = 1 V × 1 A).
Cum evită o anghilă să se șocheze?
Foto: CC-BY-SA Steven Walling prin Wikipedia
Oamenii de știință nu știu exact cum să răspundă la această întrebare, dar unele observații interesante ar putea face lumină asupra problemei. În primul rând, organele vitale ale anghilei (cum ar fi creierul și inima) sunt situate în apropierea capului, departe de organele producătoare de electricitate și sunt înconjurate de țesut adipos care poate acționa ca izolator. Pielea are, de asemenea, proprietăți izolante, deoarece s-a observat că acneea cu pielea deteriorată este mai susceptibilă la auto-asomare prin șoc electric.
În al doilea rând, anghilele sunt capabile să livreze cele mai puternice șocuri electrice în momentul împerecherii, fără a provoca rău partenerului. Cu toate acestea, dacă o lovitură cu aceeași forță este aplicată unei alte anghile nu în timpul împerecherii, o poate ucide. Acest lucru sugerează că anghilele au un fel de sistem de apărare care poate fi pornit și oprit.
Ar fi putut evolua anghila electrică?
Este foarte greu de imaginat cum s-ar putea întâmpla acest lucru prin modificări minore, așa cum este cerut de procesul propus de Darwin. Dacă unda de șoc a fost importantă de la bun început, atunci, în loc să uimească, ar avertiza victima de pericol. Mai mult, pentru a dezvolta capacitatea de a asoma prada, anghila electrică ar trebui să facă acest lucru simultan dezvoltarea unui sistem de autoapărare. De fiecare dată când a apărut o mutație care a crescut puterea șocului electric, trebuie să fi apărut o altă mutație care a îmbunătățit izolația electrică a anghilei. Pare puțin probabil ca o singură mutație să fie suficientă. De exemplu, pentru a muta organele mai aproape de cap ar fi nevoie de o serie întreagă de mutații, care ar trebui să apară simultan.
Deși puțini pești sunt capabili să-și asoma prada, există multe specii care folosesc electricitate de joasă tensiune pentru navigație și comunicare. Anghilele electrice aparțin unui grup de pești din America de Sud cunoscuți sub denumirea de „anghile cuțite” (familia Mormyridae) care folosesc, de asemenea, electrolocația și se crede că au evoluat această abilitate împreună cu verii lor sud-americani. Mai mult, evoluţioniştii sunt nevoiţi să declare că organele electrice în peşti au evoluat independent unul de celălalt de opt ori. Având în vedere complexitatea structurii lor, este izbitor că aceste sisteme s-ar fi putut dezvolta în timpul evoluției cel puțin o dată, să nu mai vorbim de opt.
Cuțitele din America de Sud și himerele din Africa își folosesc organele electrice pentru localizare și comunicare și folosesc o serie de diverse tipuri electroreceptori. Ambele grupuri conțin specii care produc câmpuri electrice de diverse forme de undă complexe. Două tipuri de lame de cuțit Brachyhypopomus benettiŞi Brachyhypopomus walteri sunt atât de asemănătoare între ele încât ar putea fi clasificate ca un singur tip, dar primul dintre ele produce un curent de tensiune constantă, iar al doilea produce un curent de tensiune alternativă. Povestea evolutivă devine și mai remarcabilă atunci când sapi și mai adânc. Pentru a se asigura că dispozitivele lor de electrolocare nu interferează între ele și nu creează interferențe, unele specii folosesc sistem special, cu ajutorul cărora fiecare dintre pești modifică frecvența descărcării electrice. Este de remarcat faptul că acest sistem funcționează aproape la fel (folosind același algoritm de calcul) ca și cuțitul de sticlă din America de Sud ( Eigenmannia) și pește african aba-aba ( Gymnarchus). Ar putea un astfel de sistem de eliminare a interferențelor să fi evoluat independent în două grupuri separate de pești care trăiesc pe continente diferite?
Capodopera a creației lui Dumnezeu
Unitatea energetică a anghilei electrice a eclipsat toate creațiile umane prin compactitatea, flexibilitatea, mobilitatea, siguranța mediuluiși capacitatea de a se autovindeca. Toate părțile acestui dispozitiv într-un mod ideal integrat in corpul lustruit, ceea ce confera anghilei capacitatea de a inota cu mare viteza si agilitate. Toate detaliile structurii sale - de la celule minuscule care generează electricitate până la cel mai complex complex de calcul care analizează distorsiunile câmpurilor electrice produse de anghilă - indică planul marelui Creator.
Cum generează electricitate o anghilă electrică? (articol de stiinta populara)
Peștii electrici generează electricitate la fel ca nervii și mușchii corpului nostru. În interiorul celulelor electrocitelor există proteine enzimatice speciale numite Na-K ATPaza pompează ionii de sodiu prin membrana celulară și absorb ionii de potasiu. („Na” este simbolul chimic pentru sodiu și „K” este simbolul chimic pentru potasiu. „ATP” este adenozin trifosfat, o moleculă de energie folosită pentru a acționa pompa). Un dezechilibru între ionii de potasiu din interiorul și din exteriorul celulei are ca rezultat un gradient chimic care împinge din nou ionii de potasiu din celulă. De asemenea, un dezechilibru între ionii de sodiu creează un gradient chimic care atrage ionii de sodiu înapoi în celulă. Alte proteine încorporate în membrană acționează ca canale ionice de potasiu, pori care permit ionilor de potasiu să părăsească celula. Pe măsură ce ionii de potasiu încărcați pozitiv se acumulează în exteriorul celulei, un gradient electric se acumulează în jurul membranei celulare, ceea ce face ca exteriorul celulei să fie mai încărcat pozitiv decât interiorul. partea interioară. Pompe Na-K ATPaza (adenozin trifosfatază de sodiu-potasiu) sunt proiectate în așa fel încât să selecteze un singur ion încărcat pozitiv, altfel ionii încărcați negativ ar curge și ei înăuntru, neutralizând sarcina.
Majoritatea corpului anghilei electrice este alcătuită din organe electrice. Organul principal și organul vânătorului sunt responsabile pentru producerea și acumularea sarcinii electrice. Orga lui Sachs produce un câmp electric de joasă tensiune care este folosit pentru electrolocalizare.
Gradientul chimic acționează pentru a împinge ionii de potasiu afară, în timp ce gradientul electric îi trage înapoi. În momentul echilibrului, când forțele chimice și electrice se anulează reciproc, va exista cu aproximativ 70 de milivolți mai multă sarcină pozitivă în exteriorul celulei decât în interior. Astfel, în interiorul celulei apare o sarcină negativă de -70 milivolți.
Cu toate acestea, mai multe proteine încorporate în membrana celulară furnizează canale ionice de sodiu - aceștia sunt pori care permit ionilor de sodiu să intre din nou în celulă. În mod normal, acești pori sunt închiși, dar când organele electrice sunt activate, porii se deschid și ionii de sodiu încărcați pozitiv curg înapoi în celulă sub influența unui gradient de potențial chimic. În acest caz, echilibrul este atins atunci când în interiorul celulei se acumulează o sarcină pozitivă de până la 60 de milivolți. Se întâmplă schimbare generală tensiune de la -70 la +60 milivolți, iar aceasta este de 130 mV sau 0,13 V. Această descărcare se produce foarte repede, în aproximativ o milisecundă. Și deoarece aproximativ 5000 de electrocite sunt colectate într-o serie de celule, se pot genera până la 650 de volți (5000 × 0,13 V = 650) datorită descărcării sincrone a tuturor celulelor.
Pompă Na-K ATPaza (adenozin trifosfatază de sodiu-potasiu).În timpul fiecărui ciclu, doi ioni de potasiu (K+) intră în celulă, iar trei ioni de sodiu (Na+) părăsesc celulă. Acest proces este condus de energia moleculelor de ATP.
Glosar
Un atom sau o moleculă care poartă o sarcină electrică datorită unui număr inegal de electroni și protoni. Un ion va avea o sarcină negativă dacă conține mai mulți electroni decât protoni și o sarcină pozitivă dacă conține mai mulți protoni decât electroni. Ionii de potasiu (K+) și sodiu (Na+) au o sarcină pozitivă.
Gradient
O schimbare a oricărei valori atunci când se deplasează dintr-un punct în spațiu în altul. De exemplu, dacă te îndepărtezi de foc, temperatura scade. Astfel, focul generează un gradient de temperatură care scade odată cu distanța.
Gradient electric
Gradient de modificare a mărimii sarcinii electrice. De exemplu, dacă există mai mulți ioni încărcați pozitiv în afara celulei decât în interiorul celulei, un gradient electric va curge prin membrana celulară. Pentru că asemenea sarcini se resping reciproc, ionii se vor mișca într-un mod care echilibrează sarcina în interiorul și în afara celulei. Mișcările ionilor datorate gradientului electric se produc pasiv, sub influența energiei potențiale electrice, și nu activ, sub influența energiei provenite dintr-o sursă externă, cum ar fi o moleculă de ATP.
Gradient chimic
Gradient de concentrație chimică. De exemplu, dacă există mai mulți ioni de sodiu în afara celulei decât în interiorul celulei, atunci un gradient chimic de ioni de sodiu va curge prin membrana celulară. Din cauza mișcării aleatorii a ionilor și a ciocnirilor dintre ei, există o tendință ca ionii de sodiu să se deplaseze de la concentrații mai mari la concentrații mai mici până când se stabilește un echilibru, adică până când există un număr egal de ioni de sodiu pe ambele părți ale membrană. Acest lucru se întâmplă pasiv, ca rezultat al difuziei. Mișcările se datorează energiei cinetice a ionilor, mai degrabă decât energiei primite de la o sursă externă, cum ar fi o moleculă de ATP.
Trăiește în adâncurile mărilor și oceanelor număr mare creaturi uimitoare, inclusiv raie și anghile. Aceste creaturi sunt renumite pentru utilizarea energiei electrice pentru protecție și vânătoare. Cu toate acestea, majoritatea oamenilor nu își pot imagina cum un organism viu poate acționa ca o baterie puternică.
Cine produce electricitatea?
Ca fapt interesant, este de remarcat faptul că toți peștii produc energie electrică, doar că 99% dintre specii generează încărcături foarte slabe care nu sunt vizibile în timpul interacțiunii. Creaturile marine sunt capabile să genereze electricitate datorită structurii speciale a mușchilor lor, care produc și stochează electricitate.
Unele specii, în proces de evoluție, au învățat să acumuleze încărcături mari și să lovească inamicul cu ele. Cei mai de succes în această activitate sunt razele, anghilele, observatorii de stele, gimnacii, precum și specii separate soms
Cum generează peștii energie electrică?
Toate tipurile de creaturi marine electrice generează electricitate pe măsură ce se mișcă. Datorită faptului că mușchii își schimbă constant forma și interacționează cu mediul înconjurător, acumulează electricitate. În acest caz, capul și coada acționează ca plus, respectiv minus. Acest lucru ajută la menținerea încărcării în mușchi, ca o baterie.
Să aruncăm o privire mai atentă la ce sunt mușchii pentru acumularea de sarcini. Ele pot diferi ca aspect pentru fiecare tip de pește, dar au o structură similară. Mușchii constau din coloane, care, la rândul lor, sunt împărțite în plăci. Pentru stocarea energiei electrice, coloanele sunt conectate în paralel, iar plăcile în serie. Între ele există o diferență de potențial, datorită căreia se acumulează energia în timpul mișcării și se acumulează încărcătura.
Diferența de potențial la capetele organelor electrice poate ajunge la 1200 de volți, iar puterea de descărcare pe impuls poate varia de la 1 la 6 kilowați. Frecvența impulsurilor depinde de scopul lor. De exemplu, o rază electrică emite 10-12 impulsuri când se apără și de la 14 la 562 când atacă. Puterea de tensiune în descărcare variază de la 20 la 600 de volți la diferiți pești. Dintre peștii marini, cel mai puternic organ electric este raza Torpedo maromata - poate genera o descărcare de peste 200 de volți. Electricitatea îl protejează atât de rechini, cât și de caracatițe și îi permite, de asemenea, să vâneze pești mici.
U peşte de apă dulce descărcările sunt și mai puternice. Cert este că apa sărată conduce electricitatea mai bine decât apa dulce. De aceea pește de mare Este nevoie de mai puțină energie pentru a uimi un inamic. Unul dintre cei mai periculoși pești de apă dulce este anghila electrică din Amazon. Există trei organe electrice pe corpul lui. Două dintre ele sunt pentru navigație și căutarea prăzii, iar al treilea este cea mai puternică armă cu tensiune mai mare de 500 volți. Un șoc electric de această amploare nu numai că ucide peștii și broaștele, dar poate provoca chiar daune grave oamenilor. Prin urmare, prinderea anghilelor Amazon este foarte periculoasă. Pentru a face acest lucru, o turmă de vaci este condusă în râu, astfel încât anghilele își cheltuiesc toată energia pe ele. Abia după asta oamenii intră în apă.
Unii pești folosesc electricitate pentru a naviga. De exemplu, elefantul de Nil sau peștele cuțit creează un câmp electromagnetic în jurul lor. Când un obiect străin îl lovește, peștele îl simte imediat. Acest sistem de navigație seamănă cu ecolocația liliecilor. Vă permite să navigați bine apă noroioasă. Studiile au arătat că mulți pești electrici sunt atât de sensibili la modificările câmpurilor electromagnetice încât sunt capabili să „anticipeze” un cutremur care se apropie.
Mulți cititori ai site-ului despre animale știu că există pești care au capacitatea de a lovi șoc electric(în sensul literal), dar nu toată lumea știe cum se face acest lucru. Ne propunem să luăm în considerare doi dintre cei mai cunoscuți reprezentanți marini care produc curent: raia electrică și anghila electrică. Vei invata:
- este curentul acestor pești electrici periculos pentru oameni;
- modul în care sunt structurate organele care produc electricitate în raze și anghile;
- cum vânează și prind prada razele și anghilele;
- cum peștii vii sunt asociați cu sărbătoarea de Anul Nou.
Stingray electric - baterie vie
Razele electrice sunt în mare parte mici - de la 50 la 60 cm, dar există unii indivizi care ating o lungime de 2 m. Reprezentanții mici ai acestor pești creează o ușoară sarcină electrică, iar la rândul lor razele mari efectuează descărcări de 300 de volți. Organele unui individ care produc curent alcătuiesc 1/6 din corp și sunt foarte dezvoltate. Sunt situate pe ambele părți - ocupă spațiul dintre aripioarele pieptului și cap și pot fi privite din părțile dorsale și abdominale.
Organele interne ale peștilor care produc energie electrică au următoarea structură. Un anumit număr de coloane care alcătuiesc plăcile electrice și partea inferioară a plăcii, la fel ca întregul organ, poartă o sarcină negativă, iar partea superioară este încărcată pozitiv.
Când vânează, raia lovește prada înfășurându-și aripioarele în jurul ei, unde se află organele care produc electricitate. În timpul acestui proces, se aplică o sarcină electrică și prada este electrocută până la moarte. Stingray este similar cu o baterie. Dacă consumă întreaga încărcare, atunci va avea nevoie de încă câteva pentru a „încărca” din nou.
O rampă fără taxă este sigură, totuși, dacă are încărcare, atunci o persoană poate fi grav rănită de o descărcare electrică puternică. Nu au fost identificate incidente fatale, deși cei care ating raia pot prezenta tensiune arterială scăzută, tulburări ale ritmului cardiac, spasme și umflarea țesuturilor locale din zona afectată. Raza este inactivă și trăiește în principal pe fund, așa că pentru a nu o întâlni în mediul acvatic, trebuie să fiți atenți când vă aflați în apă puțin adâncă.
În epoca romană antică, dimpotrivă, descărcările electrice au fost recunoscute (și acum sunt recunoscute în medicină) ca vindecare. Se credea că o descărcare electrică ar putea elimina durere de capși ameliorează guta. Chiar și astăzi, pe țărmurile Mediteranei, oamenii în vârstă merg în mod deliberat desculți în ape puțin adânci pentru a ameliora reumatismul și guta cu șocuri electrice.
O anghilă electrică a aprins luminile bradului de Crăciun.
Și acum nota, deși despre pește, se referă la o astfel de vacanță ca Anul Nou! S-ar părea cum se potrivește pește viuŞi brad de Crăciun? Iată cum. Citiți mai departe.
Majoritatea reprezentanților grupului de anghilă electrică au o lungime de la 1 la 1,5 m, dar există specii care ajung la trei metri. La astfel de persoane, forța de impact ajunge la 650 de volți. Persoanele electrocutate în apă își pot pierde cunoștința și se pot îneca. Anghila electrică este unul dintre cei mai periculoși reprezentanți ai râului Amazon. Anghila iese aproximativ o dată la 2 minute pentru a-și umple plămânii cu aer. Este foarte agresiv. Dacă te apropii de o anghilă la o distanță mai mică de trei metri, aceasta preferă să nu se adăpostească, ci să atace imediat. Prin urmare, oamenii care văd o anghilă îndeaproape ar trebui să înoate rapid cât mai departe posibil.
Organele anghilei responsabile de curent au o structură asemănătoare cu organele razei., dar au o locație diferită. Ei reprezintă doi muguri alungiți care au aspect alungit și alcătuiesc 4/5 din corpul anghilei în ansamblu și au o masă care ocupă aproape 1/3 din greutatea corpului. Partea din față a anghilei poartă o sarcină pozitivă, iar cea din spate, în consecință, una negativă. Pe măsură ce anghilele îmbătrânesc, vederea lor scade, tocmai din această cauză își lovesc prada emițând șocuri electrice slabe. Anghila nu atacă prada; o încărcare puternică este suficientă pentru a ucide toți peștii mici de la șoc electric. Anghila se apropie de prada sa cand este deja moarta, o apuca de cap si apoi o inghite.
Anghilele pot fi văzute adesea într-un acvariu, deoarece se obișnuiesc cu viața relativ repede. condiții artificiale. Desigur, păstrarea unui astfel de pește acasă este mai dificilă decât reproducerea tritonilor. Pentru a-și demonstra capacitățile, o lampă este atașată la rezervor și firele sunt coborâte în apă. Lumina se aprinde în timpul hrănirii. În Japonia, în 2010, s-a desfășurat un experiment: un brad de Crăciun a fost aprins folosind un curent provenit de la o anghilă, care se afla într-un recipient special și a emis curent. Chiar și anghila și curentul său electric pot fi utile dacă abilitățile naturale unice ale acestui pește sunt canalizate în direcția corectă.