Cách một số loài cá tạo ra xung điện - Eleanor Nelsen

Xem bài giảng đầy đủ hơn tại: https://ed.ted.com/lessons/how-do-fish-make-electricity-eleanor-nelsen

Dưới bóng tối của lòng biển, nơi những tia sáng khó lòng lọt tới, các tín hiệu điện trở thành phương thức liên lạc, định hướng, tìm kiếm và làm tê liệt con mồi. Như một lẽ tất yếu, gần 350 loài thuỷ sinh có khả năng tạo ra xung điện hoặc phát triển các giác quan thu nhận tín hiệu điện. Nhưng chúng đã tạo ra điện bằng cách nào? Và vì sao cần làm thế? Bài giảng Eleanor Nelsen giúp chúng ta hiểu hơn khía cạnh khoa học của những con cá tạo ra điện.

Bài giảng của Eleanor Nelsen, minh hoạ bởi TOTEM Studio.

Năm 1800, nhà thám hiểm
Alexander von Humboldt

đã chứng kiến một đàn lươn
phóng điện ra khỏi mặt nước

để tự vệ trước lũ ngựa đang tiến đến.

Mọi người đều nghĩ rằng Humboldt
đã tưởng tượng ra câu chuyện kỳ cục đó.

Nhưng việc cá biết phóng điện
phổ biến hơn bạn tưởng nhiều;

và đúng vậy, lươn điện
cũng là một loài cá.

Trong thế giới tối tăm dưới mặt nước,

tín hiệu điện trở thành
phương thức liên lạc,

định hướng,

tìm kiếm, đôi khi khiến con mồi tê liệt.

Gần 350 loài cá sở hữu
các bộ phận cơ thể đặc biệt,

giúp chúng tạo ra
và cảm nhận được các tín hiệu điện.

Chúng được chia thành hai nhóm lớn,

dựa vào lượng điện chúng tạo ra.

Các nhà khoa học gọi
nhóm thứ nhất là cá điện "yếu".

Một bộ phận gần đuôi
cho phép chúng phát ra điện,

với hiệu điện thế cỡ một vôn,
tương đương hai phần ba cục pin.

Chúng đã phóng điện thế nào?

Bộ não gửi chỉ thị tới cơ quan sinh điện
thông qua các dây thần kinh,

nơi chứa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn

các tế bào sinh điện hình đĩa
được xếp thành chồng.

Thông thường, chúng
sản sinh ra các ion natri hoặc kali

để duy trì thế dương ngoài tế bào
và thế âm bên trong chúng.

Nhưng khi nhận được xung thần kinh từ não,

một cánh cổng ngăn cách các ion sẽ mở ra,

cho phép ion dương
di chuyển ngược vào trong.

Lúc này, một bên của tế bào sinh điện
được tích điện âm phía ngoài

và điện dương phía trong.

Nhưng bên còn lại vẫn có trạng thái
ngược lại hoàn toàn.

Sự dịch có hướng của các điện tích
tạo ra dòng điện,

biến chúng thành cục pin sống.

Điểm mấu chốt của sức mạnh này
nằm ở việc các xung thần kinh được sắp xếp

để truyền tới các tế bào
vào cùng thời điểm.

Điều đó giúp các tế bào được xếp chồng
vận hành như hàng nghìn cục pin nối tiếp.

Năng lượng từ mỗi "cục pin"
giúp tăng cường điện trường,

khiến dòng điện
có sức ảnh hưởng tới vài mét.

Một số loài cá có bộ phận
cảm thụ điện trường dưới da,

giúp chúng cảm nhận được điện trường

và các hạt mang điện được tạo ra
bởi những con cá quanh chúng.

Lấy ví dụ về cá mũi voi Peters,

chúng sở hữu chiếc cằm dài bất thường
có tên "schnauzenorgan",

là nơi chứa bộ phận cảm thụ điện.

Điều đó giúp chúng bắt tín hiệu điện
từ những con quanh đó,

đánh giá cự ly,

nhận biết hình dạng và kích thước
của các vật thể xung quanh,

thậm chí phán đoán trạng thái sống chết
của côn trùng bị chôn dưới cát.

Nhưng cá mũi voi
và những loài phóng điện yếu khác

không thể tạo ra dòng điện đủ lớn
để tấn công con mồi.

Sức mạnh đó thuộc về
những con cá phóng điện mạnh,

với số lượng ít ỏi hơn rất nhiều.

Đại diện mạnh mẽ nhất
phải kể đến Electrophorus electricus,

thường được gọi với cái tên "lươn điện".

Ba cơ quan phát điện được trải dài
trên cơ thể dài hai mét của chúng.

Tương tự những loài phóng điện yếu,

lươn điện sử dụng tín hiệu điện
để định hướng và liên lạc,

nhưng xung mạnh nhất
được dành riêng cho việc săn mồi

thông qua hai cú giật, giúp định vị
con mồi và làm chúng tê liệt.

Đầu tiên, chúng tạo ra
hai đến ba xung khá mạnh,

với thế cỡ 600 vôn,

khiến các cơ của con mồi co giật
và cứng lại do bị kích thích mạnh,

đồng thời tạo ra tín hiệu
làm vị trí của chúng bị lộ.

Sau đó, chúng phóng liên tiếp
các xung với điện thế rất lớn,

khiến con mồi bị co cơ càng mạnh hơn.

Trong lúc đó, lươn điện
có thể cuộn mình lại

để giúp điện trường tạo ra
từ hai phía cơ thể xếp chồng lên nhau.

Sau cùng, hai cú giật
khiến cơ bắp con mồi bị tê liệt hoàn toàn,

lươn điện có thể tận hưởng bữa ăn
khi con mồi còn sống nguyên.

Hai loài cá phóng điện mạnh khác
cần kể đến là cá trê điện,

nó có thể tạo ra 350 vôn

nhờ bộ phận sinh điện
trải dài trên thân chúng;

và cá đuối điện, với cơ quan sinh điện
trên đầu, có hình dạng như hai quả thận.

Chúng có thể tạo ra điện thế cỡ 220 vôn.

Cá phóng điện vẫn còn
một bí ẩn chưa có lời giải đáp:

vì sao chúng không bị giật
bởi dòng điện của chính mình?

Nguyên nhân có thể do
kích thước lớn của cá phóng điện

giúp chúng chịu được
cú giật của chính mình,

hoặc dòng điện bị giảm cường độ quá nhanh
khi đi qua cơ thể chúng.

Một số nghiên cứu cho rằng, cá phóng điện
được bảo vệ nhờ một số protein đặc biệt,

nhưng thực ra, đó vẫn là một bí ẩn
mà khoa học chưa có lời giải đáp.