Wie erzeugen Fische Strom? - Eleanor Nelsen

Schau dir die ganze Lektion an: https://ed.ted.com/lessons/how-do-fish-make-electricity-eleanor-nelsen

Fast 350 Arten von Fischen haben speziale anatomische Strukturen, die elektrische Signale generieren und aufspüren. Unter Wasser, wo es kaum Licht gibt, bieten elektrische Signale Mittel zur Kommunikation, Navigation und Findung (in seltenen Fällen auch Betäubung) von Opfern. Aber wie erzeugen diese Fische Elektrizität? Und warum? Eleanor Nelsen wirft Licht auf die Wissenschaft hinter den elektrischen Fischen.

Lektion von Eleanor Nelsen, gedreht von TOTEM Studio.

Im Jahr 1800 sah der Forscher
Alexander von Humboldt

wie ein Schwarm Zitteraale
aus dem Wasser gesprungen ist,

um sich gegen die aufkommenden
Pferde zu verteidigen.

Diese Geschichte schien so bizarr, dass
man dachte Humboldt hätte sie erfunden.

Aber Fische, die Elektrizität benutzen,
gibt es öfter als man denken könnte.

und ja, Zitteraale sind eine Fischart.

Unter Wasser, wo es kaum Licht gibt,

bieten elektrische Signale
Mittel zur Kommunikation,

Navigation,

und Finden (in seltenen Fällen
auch Betäubung) von Opfern.

Fast 350 Arten von Fischen haben
speziale anatomische Strukturen,

die elektrische Signale
generieren und aufspüren.

Diese Fische werden in
zwei Gruppen aufgeteilt,

abhängig von der Elektrizitätsmenge,
die sie produzieren.

Forscher nennen die erste Gruppe
die schwach elektrischen Fische.

Die elektrischen Organe an ihren Schwänzen

produzieren bis zu einem Volt Strom,
also etwa zwei Drittel einer AA-Batterie.

Wie funktioniert es?

Das Fischgechirn sendet ein Signal durch
das Nervenstem zum elektrischen Organ,

das mit Stapeln von
Hunderten oder Tausenden

scheibenförmigen Zellen, die sich
Elektrozyten nennen, gefüllt ist.

Normalerweise pumpen die Elektrozyten
Natrium- und Kaliunmionen aus,

um positive Ladung außen und negative
Ladung innen instandzuhalten.

Aber wenn das Nervensignal
an dem Elektrozyt ankommt,

fordert es die ionishen
Tore zur Öffnung auf.

Positiv geladene Ionen fließen zurück.

Jetzt ist eine Seite
des Elektrozytes außen negativ

und innen positiv geladet.

Die andere Seite hat aber
ein umgekehrtes Ladungsmuster.

Diese alternierenden Ladungen
können Strom erzeugen

und damit den Elektrozyt in eine
biologische Batterie umwandeln.

Der Schlüssel zu der Kraft dieser Fische
liegt daran, dass die Nervensignale

so koordiniert sind, dass sie
gleichzeitig an jede Zelle ankommen.

Die Elektrozytenstapeln verhalten sich
deshalb wie Batterien in Reihenschaltung.

Die kleinen Ladungen aus jeder Batterie
formen ein elektrisches Feld

das sich einige Meter bewegen kann.

Zellen namens Elektrorezeptoren,
die in der Haut versteckt sind,

ermöglichen den Fischen
ständig das Feld zu spüren

und siene Veränderungen, die durch
das Umfeld oder andere Fische entstehen.

Der Elefantenrüsselfisch, zum Beispiel,

hat ein verlängertes Kinn
namens Schnauzenorgan,

das mit Elektrorezeptoren
durchlöchert ist.

Das ermöglicht Signale
von anderen Fischen zu abfangen,

Distanz zu messen,

Form und Größe der Objekten
in der Nähe zu erkennen

und sogar festzustellen,ob ein vergrabenes
Insekt tot oder lebendig ist.

Die Elefantenrüssel und
andere schwach elektrische Fische

produzieren aber nicht genügend
Elektrizität, um ihre Opfer zu angreifen.

Diese Fähigkeit besitzen
die stark elektrischen Fische,

von denen es nur eine Handvoll Arten gibt.

Der mächtigste stark elektrische
Fisch ist der elektrische Messerfish,

allgemein bekannt als der Zitteraal.

Drei elektrische Organe umfassen
fast seinen ganzen 2-Meter-Körper.

So wie die schwach elektrischen Fische,

der Zitteraal benutzt seine Signale
für Navigation und Kommunikation,

aber er reserviert die stärksten
elektrischen Entladungen für die Jagd,

in der er seine Beute zunächst lokalisiert
und danach überwältigt.

Zuerst emittiert er zwei
oder drei starke Impulse

mit einer Stromstärke von 600 Volt.

Diese stimulieren die Muskeln der Beute,
in denen sie Krämpfe auslösen

und Wellen, die ihr Versteck
verraten, generieren.

Ein Strahl von schnellen,
hochgespannten Entladungen

verursacht danach sogar intensivere
Muskelkontraktionen.

Der Zitteraal kann sich auch so einrollen
dass die elektrischen Felder,

die an jedem Ende des elektrischen Organ
generiert werden, überlappen.

Der elektrische Sturm erschöpft
schließlich und paralysiert die Beute

und der Zitteraal kann seine Mahlzeit
lebendig verschlucken.

Die zwei anderen stark elektrischen
Fische sind der elektrische Wels,

der 350 Volt mit einem elektrischen Organ,

das fast seinen ganzen Rumpf
belegt, erzeugen kann,

und der Zitterrochen mit nierenförmigen
Elektro-Organen, die soviel wie 220 Volt

erzeugen, an beiden seiten des Kopfes.

Es gibt aber ein Rätsel in der Welt
der elektrischen Fische:

warum töten sie sich nicht
selbst durch einen Stromschlag?

Es kann sein, dass die Größe
der stark elektrischen Fische

ihnen das Widerstehen
eigener Elektroschocks ermöglicht,

oder dass der Strom zu schnell
aus ihren Körpern entgeht.

Manche Forscher glauben, dass speziale
Proteine die elektrischen Organe schützen.

Die Wahrheit ist aber, dass dieses Rätsel
noch nicht wissenschaftlich gelöst wurde.