电鳗发电原理

电鳗属于裸背电鳗科的鳗形南美鱼类。能产生足以将人击昏的电流,是放电能力最强的淡水鱼类,输出的电压可达300~800伏,因此电鳗有水中的"高压线"之称。它不是真正的鳗类,而与鲶形目的种类近缘。电鳗入选美国《国家地理》杂志网站盘点的“地球上最令人恐惧的淡水动物”之一。

世界上已知的发电鱼类达数十种,其他会放电的鱼类还有电鲶、电鳐等。

主要分布于南美洲亚马逊流域的圭亚那地区,多在浅水的池沼或水体较混浊的岸边活动,体型很大,是原产地著名的食用鱼。其高超的放电本领使其成为十分出名的鱼类,可作为水族馆中的展示鱼或观赏鱼。

外形特征

电鳗行动迟缓,栖息于缓流的淡水水体中,并不时上浮水面,吞入空气,进行呼吸。体长可达2.5公尺,体重可达20千克,整体圆柱形,体表光滑无鳞,背部黑色,腹部橙黄色。 背鳍、尾鳍退化,但占体全长近4/5的尾,其下缘有一长形臀鳍,依靠臀鳍的拨动而游动。尾部具发电器,来源于肌肉组织,并受脊神经支配。 体有两对形状为长梭形的发电器,位于尾部脊髓两侧。

特别要说明的是,上文中提到的电鳗尾部两侧的肌肉,是由有规则地排列着的6000~10000枚肌肉薄片组成,薄片之间有结缔组织相隔,并有许多神经直通中枢神经系统。每枚肌肉薄片像一个小电池,只能产生150毫伏的电压,但近万个“小电池”串联起来,就可以产生很高的电压。

放电特性

电鳗虽名为“鳗”,但并不是鳗的一种,它在生物分类上和鲶鱼更为接近,皆置于骨鳔总目之下。电鳗的放电能力来自于它特化的肌肉组织所构成的放电体。肌肉组织几乎都能放电,占其身长的80%以上,有数以千计的放电体。电鳗的头部是负极,尾部是正极,每个放电体约可制造0.15伏特的电压,而当数千个放电体一起全力放电时的电压便高达600~800伏特,但这种高电压只能维持非常短暂的时间,而且放电能力会随着疲劳或衰老的程度而减退。电鳗能自由控制要放出什么程度的电力,一般认为电鳗放出低电力的目的是在警告、试探或侦测。

放电原理

电鳗体内有一些细胞就像小型的叠层电池,当它被神经信号所激励时,能陡然使离子流通过它的细胞膜。电鳗体内从头到尾都有这样的细胞,就像许多叠在一起的叠层电池。当产生电流时,所有这些电池(每个电池电压约0.15伏)都串联起来,这样在电鳗的头和尾之间就产生了很高的电压。许多这样的电池组又并联起来,这样就能在体外产生足够大的电流。用这些电流足以将它的猎物或天敌击晕或击毙。淡水里的电鱼需要更多的电池串联在一起,因为淡水的电阻较大,产生同样的电流需要更高的的电压。

放电能力

电鳗能随意放电,自己掌握放电时间和强度,发电器最主要的枢纽是器官的神经部分。电鳗放电时的平均电压为350多伏,但也有过650伏的放电记录。美洲电鳗的最大电压竟达800多伏,这么强的电压足以击死一头牛。电鳗放电时产生的电流是极微弱的,一般不到1安培;有时观察到的电压为500伏,电流为2安培,即功率为1000瓦的短时放电。虽然发出的是直流电,但放电频率每秒可达300个脉冲。

放电的损伤力

放电的损伤力取决于鳗鱼的大小和机体的状况。当电鳗长不到1米时,电压随着电鳗的成长而增加。当长到1米后,只增加电流的强度。电鳗每秒钟能放电50次,但连续放电后,电流逐渐减弱,10~15秒钟后完全消失,休息一会后又能重新恢复放电能力。在水中3~6米范围内,常有人触及电鳗放出的电而被击昏,甚至因此跌入水中而被淹死。

依靠电来感知周围环境

电鳗尾部发出的电流,流向头部的感受器,因此在它身体周围形成一个弱电场。电鳗中枢神经系统中有专门的细胞来监视电感受器的活动,并能根据监视分析的结果指挥电鳗的行为,决定采取捕食行为或避让行为或其它行为。有人曾经做过这样一个实验:在水池中放置两根垂直的导线,放入电鳗,并将水池放在黑暗的环境里,结果发现电鳗总在导线中间穿梭,一点儿也不会碰导线;当导线通电后,电鳗迅速往后跑。这说明电鳗是靠“电感”来判断周围环境的。

电鳗自身不被电的原因

电鳗的放电器官在身体的两侧,而且它大部分的身体或重要的器官都由绝缘性很高的构造包住,在水中就像是一个大电池。电流由电阻最小的通路经过,所以在水中放电时,电流会经由水(电阻比电鳗身体小)传递,电鳗并不会电到自已。但如果电鳗被抓到空气中,因空气的电阻比它身体的电阻更大,放电的话就会电到自已了。另外,如果电鳗受伤使两侧的绝缘体同时破损的话,放电时就会像两条裸露的电线一样发生短路的现象。

生活环境

电鳗的生存环境大多为浑浊、缓流的水域,这种地方给它带来了两个特点:第一是眼睛基本没什么用了,很早就退化了,必须依靠微弱的电流探知周围环境,所以电鳗的电路其实是长时开放的;第二就是这么脏的水里肯定也长不出什么好看的颜色,所以电鳗的体色十分一般,上体灰黑,下腹桔黄,是很通俗的色彩。

捕食特点

电鳗常在夜间捕食,食物中有小鱼、蟹、虾、甲壳动物和水生昆虫,也食动物腐败尸体,更有部分个体的食物中发现有高等植物碎屑。电鳗捕食的时候,首先悄悄地游近鱼群,然后可连续放出电流,受到电击的鱼马上晕厥过去,身体僵直,于是,电鳗乘机吞食它们。电鳗的摄食强度及生长速度随水温升高而增强,一般以春、夏两季为最高。电鳗放电,有时也不一定是为了捕食,也可能是一种生理需要。被电鳗电死的鱼,往往超过它们食用所需要的量,这给渔业生产带来危害。

南美洲土著居民利用电鳗连续不断地放电后,需要经过一段时间休息和补充丰富的食物后,才能恢复原有的放电强度的特点,先将一群牛马赶下河去,使电鳗被激怒而不断放电,待电鳗放完电精疲力尽时,直接捕捉。

天敌

电鳗除了人类几乎没有任何天敌。电鳗能产生足以将人击昏的电流,是放电能力最强的淡水鱼类,输出的电压可达300~800伏,因此电鳗有水中的"高压线"之称。据网友拍摄的一段视频显示,一条鳄鱼观察着旁边的电鳗,猛地将其一把咬住,不料被电流击得浑身颤抖。不一会儿便被电死了。