Jak ryby wytwarzają prąd? - Eleanor Nelsen

Obejrzyj całą lekcję: https://ed.ted.com/lessons/how-do-fish-make-electricity-eleanor-nelsen

Blisko 350 gatunków ryb posiada specjalne anatomiczne struktury, które generują oraz wykrywają sygnały elektryczne. Pod wodą, gdzie brakuje światła, sygnały elektryczne stwarzają sposoby komunikacji, nawigacji, znajdowania oraz czasami ogłuszania ofiary. Lecz dlaczego i w jaki sposób te ryby produkują prąd? Eleanor Nelsen wyjaśnia zagadkę związaną z rybami elektrycznymi.

Lekcja: Eleanor Nelsen, reżyseria: TOTEM Studio

W 1800 roku badacz Alexander von Humboldt

widział, jak ławica węgorzy
elektrycznych wyskoczyła z wody

w obronie przed nadciągającymi końmi.

Historia wydawała się tak dziwna,
że posądzano Humboldta o zmyślenie.

Lecz ryby używające prądu występują
częściej, niż mogłoby się wydawać,

a węgorze elektryczne są rodzajem ryb.

Pod wodą, gdzie brakuje światła,

sygnały elektryczne stwarzają
sposoby komunikacji,

nawigacji

i znajdowania oraz w rzadkich
przypadkach ogłuszania ofiary.

Blisko 350 gatunków ryb posiada
specjalne anatomiczne struktury,

które generują i wykrywają
sygnały elektryczne.

Te ryby dzieli się na dwie grupy,

w zależności od tego,
ile elektryczności wytwarzają.

Naukowcy nazywają pierwszą grupę
rybami słabo elektrycznymi.

Struktury przy ich ogonach,
zwane narządami elektrycznymi,

wytwarzają do 1 V energii elektrycznej,
czyli około dwóch trzecich baterii AA.

Jak to działa?

Mózg ryby przesyła sygnał poprzez
układ nerwowy do narządu elektrycznego,

który wypełniony jest układami setek

lub tysięcy komórek w kształcie
dysków, nazywanych elektrocytami.

Zwykle elektrocyty wypompowują
jony sodu i potasu,

aby utrzymać ładunek dodatni w środku,
a ładunek ujemny na wewnątrz.

Lecz gdy impuls nerwowy
dociera do elektrocytu,

pobudza on bramki jonowe do otwarcia.

Dodatnio naładowane jony
wpływają z powrotem.

Teraz jedna strona elektrocytu
jest naładowana ujemnie na zewnątrz,

a dodatnio wewnątrz.

Natomiast druga strona ma
odwrotny wzór naładowania.

Te zmienne ładunki elektryczne
mogą generować prąd,

przekształcając elektrocyt
w biologiczną baterię.

Zdolności tych ryb biorą się stąd,
że impulsy nerwowe są tak skoordynowane,

aby dotrzeć do każdej komórki
w dokładnie tym samym momencie.

Przez to masy elektrocytów zachowują się
jak tysiące baterii połączonych szeregowo.

Maleńkie ładunki każdej z nich
składają się na pole elektryczne,

które jest w stanie przebyć kilka metrów.

Ukryte pod skórą komórki
zwane elektroreceptorami

pozwalają rybom stale wyczuwać to pole

oraz jego zmiany spowodowane
przez otoczenie lub inne ryby.

Mruk Petersa, na przykład,

ma wydłużony podbródek,
nazywany "schnauzenorgan",

wypełniony elektroreceptorami.

Umożliwia on przechwytywanie
sygnałów od innych ryb,

ocenianie odległości,

stwierdzanie kształtu
i wielkości pobliskich obiektów,

a nawet określanie, czy przysypany
owad jest martwy, czy żywy.

Lecz trąbonos i inne
ryby słabo elektryczne

nie wytwarzają dość prądu,
aby zaatakować ofiarę.

Ta zdolność przypisywana jest
rybom silnie elektrycznym,

których jest zaledwie garstka.

Najpotężniejszą rybą silnie
elektryczną jest strętwa,

powszechnie znana jako węgorz elektryczny.

Niemal całe jej dwumetrowe ciało
pokrywają trzy narządy elektryczne.

Tak jak ryby słabo elektryczne,

węgorz elektryczny wykorzystuje swoje
sygnały do nawigacji oraz komunikacji,

lecz najsilniejsze wyładowania
elektryczne rezerwuje na polowania,

atakując dwufazowo przez zlokalizowanie
i obezwładnienie ofiary.

Najpierw emituje dwa
lub trzy silne impulsy

o natężeniu około 600 woltów,

które pobudzają mięśnie ofiary,
powodując skurcze

oraz generując fale, które
pozwalają odkryć jej kryjówkę.

Następnie strumień szybkich
i wysokonapięciowych wyładowań

wzmaga jeszcze skurcze mięśni.

Węgorz elektryczny może się też
zwinąć tak, aby pola elektryczne,

generowane na każdym końcu narządu
elektrycznego, zachodziły na siebie.

Burza elektryczna w końcu
wyczerpuje i paraliżuje ofiarę,

a węgorz elektryczny może
już połknąć żywcem swój obiad.

Pozostałe dwie ryby silnie
elektryczne to sum elektryczny,

który umie uwolnić 350 woltów

poprzez narząd elektryczny
zajmujący większość jego tułowia,

oraz drętwa elektryczna posiadająca
nerkowate narządy po obu stronach głowy,

które wytwarzają około 220 woltów.

Istnieje jednak pewna zagadka
w świecie ryb elektrycznych:

dlaczego nie rażą prądem siebie samych?

Być może właśnie rozmiar
ryb silnie elektrycznych

daje im odporność na własne wyładowania

lub fakt, iż prąd elektryczny
zbyt szybko opuszcza ich ciała.

Niektórzy naukowcy sądzą, że specjalne
białka osłaniają narządy elektryczne.

Prawda jest jednak taka, że nauka
nadal nie rzuciła światła na tę zagadkę.