電気魚は、電気器官の助けを借りて電気を生成します。これらの電気器官は、電気を生成する電気細胞と呼ばれる筋細胞を改変しています。
18～19世紀は電化の時代！ Luigi Galvani は、カエルを感電死させて筋肉が痙攣するかどうかを確認することで、動物の電気を発見しました (彼らはそうしました)。アレッサンドロ・ボルタは、最終的に現代のバッテリーになるものを作るのに忙しかった.アレクサンダー・フォン・フンボルトは、彼の博学の栄光のすべてで、動物と金属の両方の電気を完全に疑っていましたが、マイケル・ファラデーは電気と磁気がどのように接続されているかを明らかにしていました.
これらの紳士の仕事に共通するのは電気ウナギです。
何年にもわたって、電気ウナギは数え切れないほどの馬を怖がらせ、科学者に刺激を与え、芸術や音楽の対象となってきました.
科学者たちは最近、このアマゾンに生息する魚 (実際には一種の魚 (具体的にはナイフフィッシュ) であるため、その名前は誤称です) が実際には 3 つの異なる種の魚であることを発見しました。元の Electrophorus electricus および 2 つの新しい追加要素、E.ヴォルタイ、 そしてE. varii. では、これらの魚はどのようにして最大 860V の電圧を生成するのでしょうか ?
電気ウナギは、衝撃値に関しては最も電気を帯びた魚の 1 つです。最近発見された E.ボルタ 最大 860V 相当の電力を生成できます。アマゾンの川に生息し、体長8フィートまで成長します。 (写真提供:R. Maximiliane/Shutterstock)
うなぎの種類
電気ウナギは、電気を生成できる唯一の魚ではありません。さまざまな容量で発電する魚がたくさんいます。電気魚には大きく分けて、弱電気魚と強電気魚の2種類があります。ピーターズ エレファントノーズ フィッシュやブラック ゴースト ナイフフィッシュのような電気の弱い魚は、何かにショックを与えるのに十分な電気を生成しませんが、感覚器官として機能し、コミュニケーションや周囲との相互作用を助けます。
強い電気の魚は、害を及ぼす可能性のある衝撃波を発生させる魚です。電気ウナギ Gymnotidae に属するナイフフィッシュ 家族は、これらの品種の中で最も人気があります。エレクトリックナマズ、エレクトリックレイ、エレクトリックスターゲイザーは、他の強力なジンジャーです。これらの魚は、コミュニケーションやエレクトロロケーションから狩猟や防御まで、さまざまな目的で電力を使用します.
電気ウナギの解剖学 – 電気器官
電気魚は、特殊な電気器官を介して電気を生成します。たとえば、電気ウナギの電気器官は魚の体の約 2/3 を占めており、3 つの異なる部分に分かれており、それぞれが異なる性質の電流を生成します。
メインオルガンとハンターオルガンは高用量の電流を生成し、サックスオルガンは低電圧を担当します。エレクトリック エイには頭の両側に 2 つの大きな電気器官があり (尾にある場合もあります)、ピーターズ エレファントノーズ フィッシュには尾の近くに電気器官があります。
エレキ光線は頭の両側に電気器官を持っています。 (写真提供:Alexander Graetz/Wikimedia Commons)
電気細胞
臓器内には電気細胞と呼ばれる細胞が積み重ねられた列に配置されており、複数の列が互いに平行で、その間に液体で満たされたスペースがあります。電気細胞は、筋肉（ほとんどの場合）または神経起源のいずれかの改変細胞です。これらの細胞は、ウナギの電気パンチを生成します。列内の電気細胞の数と列の数によって、魚がどれだけの電気を生成できるかが決まります。
電気ウナギはどのように発電するのですか?
電気細胞がどのように電気を生成するかは、魅力的で非常に特異的です。電気細胞には、運動ニューロンで神経支配される後側と、波状でわずかにしわが寄っている前側の 2 つの側面があります。その膜には、ナトリウム (Na+) およびカリウム イオン (K+) (それぞれ異なるチャネル) が細胞に出入りすることを選択的に可能にする多くの小さなタンパク質チャネルがあります。
電気細胞は、Na+ および K+ イオンを排出することにより、外側が正で内側が (比較的) 負の環境を維持します。神経系 (運動ニューロンによって電気細胞に運ばれる) による指示により、電気細胞は双極子を作成します。
電気魚の電気細胞がどのように電流を生成するかを図式的に表したもの。
運動ニューロンからの信号により、後側のイオン チャネルが Na+ と K+ を細胞内に送り込み、前側が陽イオンを細胞から送り出し続けます。これにより、細胞の後側は比較的正の電荷 (細胞の内側) になり、前側は負の電荷 (細胞の内側) になります。出来上がり、双極子が作成され、魚に電気が流れました。
1 つの電気細胞は単独では多くのことを行うことはできませんが、集合的にすると強力な効果を発揮します。また、電気細胞がどのように積み上げられているかによっても、生成される電気に違いが生じます (魚が高電圧よりも高電流を優先するか、またはその逆か)。たとえば、電気ウナギは、1 つの列に 6,000 個もの電気細胞を持つことができます。電気光線 (魚雷種) は、電圧よりも電流を増やすことを優先するため、1 列あたり 1,000 個の電気細胞を含む多くの短い列を持っています。
電気ウナギはどのようにショックを解除しますか?
電気魚は、電気器官放電 (EOD)、パルス、または波状 (正弦波) のいずれかで放出できます。さらに、DC、直流 (単相) または AC、交流 (二相) のいずれかを生成できます。
Brachyhypopomus walteri、 長く滑りやすい尾とむらのあるオレンジ色の鱗を持つ弱い電気の魚は、音に変換されると「ポップ」のように聞こえる AC パルスを生成します。その相対 B.ベネッティ 代わりに DC パルスを生成します。
絶え間なく EOD を生成するとエネルギーが消耗するため、波を生成する電気の魚は弱い電気の魚です。彼らの EOD の振幅は、パルスを発する電気魚ほど大きくはありませんが、ほとんどの捕食魚は DC インパルスを感知できるため (捕食性の電気ウナギや電気ナマズなど)、その波形によって電気信号を検出から隠すことができます。 、AC電流とは対照的に。
魚は電力を何に使うのですか?
ほとんどの電気魚は、視覚、小型、触覚と同様に、電気を感覚ツールとして使用します。アマゾンの濁った暗い海域に生息する電気ナマズや電気ウナギのような淡水魚にとって、電気は視覚のような感覚に取って代わります。魚は (EOD を介して) 電場を送り出し、膜上の受容体が周囲の情報を収集します。これらの電気受容体 (デンキウナギや電気ナマズの皮膚の穴として顕著) は、電圧計のように機能し、周囲によって引き起こされる電界の変化を感知し、何かが夕食であるかどうかを判断します。このビデオは、エレクトロポレーションを使用したナイフフィッシュを示しています。
ピーターの象鼻魚 (Gnathonemus petersii) は弱電気魚で、電気器官を感覚装置として使用して周囲を「見る」ことができます。これをエレクトロロケーションと呼びます。 (写真提供:boban_nz/Shutterstock)
放電周波数が似ている 2 匹の電気魚が衝突し、電界が重なり合うことがあります。 2 つの信号による干渉を防ぐために、電気魚はジャミング回避メカニズムと呼ばれる巧妙なメカニズムを考え出しました。
ジャミング回避メカニズムは、2 匹の魚が放電周波数を隣人から遠ざけるように変更する場合です。彼らは他の魚の EOD に基づいて情報を収集し、それに応じて自分自身を変更します。神経科学者は、電気魚が周囲に素早く反応して電場を変化させる方法に魅了されてきました.
一方、電気の強い魚はショック値で狩りをします。
新たに発見されたE.ボルタ 最大 860 V 相当の電気を生成できます。これは、小型の獲物を麻痺させ、大型の哺乳類にわずかではあるが驚くべき衝撃を与えるのに十分です。
電気ウナギの狩猟戦略は特に興味深いものです。
強力な EOD のパルスを送信して、獲物の神経系を混乱させます。パルスの最初のボレーの後、獲物を「KO」するために、より強力な EOD で戻ってきます。ヴァンダービルト大学の研究者であるケネス・カターニアは、電気ウナギが獲物を完全に麻痺させるために体を丸めることを発見しました。この戦略により、ウナギは衝撃の影響を最大化できます。
電気ウナギの頭はプラスで、尻尾はマイナスです。魚は、その電気器官を通る正電荷の流れの方向により、この双極子の性質を持っています。プラスに帯電した頭を獲物の一方の端に、マイナスに帯電した尾をもう一方の端に置き、衝撃波を送り出します。仕事が終わると、ウナギは獲物を丸ごと飲み込みます!
なぜ魚は自分自身にショックを与えないのですか?
電気の強い魚の電気器官は、脂肪と結合組織で埋め尽くされています。魚がショックを解放すると、これらの組織が魚を攻撃的な戦術から隔離します。電気魚も同様の遺伝子を発現していることが判明しており、魚に何らかの絶縁を提供する可能性があります.
サイズも役割を果たします。ほとんどの捕食性の強い電気魚は、獲物よりもサイズがはるかに大きいです。一部の電気ウナギは、最大 8 フィートのサイズに達することがあります。彼らの流れは小さな獲物を揚げますが、大人の人間に深刻な影響を与えないのと同じように、大きな体にはあまり影響しません.
電気スターゲイザー、電気の強い魚 (写真提供:Canvasman21 /Wikimedia Commons)
そうは言っても、電気魚は完全に耐衝撃ではありません。多くの人が、特に水から引き上げたときに、電気魚がけいれんすることに気づきました。これは、空気が水のように速く魚から電荷を消散させないためである可能性があります (特に塩辛い海水)。
過去の科学者だけが、自然がどのように電気を利用してきたかに触発されたわけではありません。フリブール大学とミシガン大学の研究者チームは、電気細胞をインスピレーションとして使用して、ゲル状の物質で作られたソフトバッテリーを作成しました。チームは、彼らの研究が特定の医療処置に利用されることを望んでいます.
電気魚は、電気定位がどのように機能するか、そしてこれらのスパーク状の魚が最初にどのように進化したかについて、科学者に教えることがまだたくさんあります.さらにショッキングな研究結果が発表される可能性があります。その過程で圧倒されないように気をつけてください!
