Cá điện chình

Cá điện chình hay còn gọi là lươn điện (tên khoa học: Electrophorus Electricus) là một loài cá trong họ Cá dao lưng trần (Gymnotidae). Loài này có khả năng phát ra điện để tấn công kẻ thù và săn mồi.

Cơ quan phát điện của cá

Chúng được trang bị một cơ quan phát điện đặc biệt, bao gồm phần chính tích điện, phần săn mồi phát động điện và phần đuôi dùng để định vị mồi.

Phân tích sâu về cơ quan phát điện của cá cho thấy chúng bao gồm các lớp mỏng cơ bao quanh, được bao phủ bởi một chất lỏng dẫn điện, các lớp cơ này hoạt động đồng bộ để phát ra dòng điện được điều khiển bởi não cá. Tất cả chỉ diễn ra trong 3 mi li giây (3/1000 giây) nhưng cá điện chình có thể liên tục phóng ra 150 lần trong một giờ mà không mệt mỏi! Do đó ít con mồi nào có thể thoát khỏi vùng săn mồi của chúng. (Đã có trường hợp một con hoẵng bị hạ gục khi ghé vào miệng của cá điện chình). Con người bị tấn công bởi cá điện chình có thể gặp nguy hiểm nhưng có thể thoát khỏi nếu nhanh chân, tuy nhiên nếu bị liên tục phóng điện, chúng ta có thể gặp nguy hiểm đến tính mạng.

Cơ chế phát điện của cá điện chình sẽ tạo ra dòng điện sinh học, dòng điện này hình thành từ các pin sinh học được gọi là bản điện với suất điện động E = 0,15V và điện trở nội r = 0,25ohm. Các bản điện này sắp xếp thành 140 dãy, mỗi dãy có 5000 bản điện phân bố dọc theo thân cá. Chúng ta có thể mô hình tính toán như sau: Suất điện động E của bộ pin gồm 5000 bản điện/dãy và 140 dãy song song chính là suất điện động của mỗi dãy:

• E = 5000.0,15V = 750V
• Điện trở của một dãy: Rd = 5000.0,25ohm = 1250(ohm)
• Điện trở nội của bộ pin E:
• 1/Rn = 140(1/Rd) vậy Rn = Rd/140 = 1250/140 = 8,92(ohm)

Sinh lý học của cá điện chình

Cá điện chình có ba cặp cơ quan phát điện ở bụng: cơ quan chính, cơ quan của Hunter và cơ quan của Sach. Các cơ quan này chiếm bốn phần năm cơ thể của chúng và cung cấp cho lươn điện khả năng tạo ra hai loại cơ quan phát điện: điện áp thấp và điện áp cao. Các cơ quan này được tạo thành từ electrocyte, được xếp thành hàng để các dòng ion có thể chảy qua chúng và xếp chồng lên nhau để tăng điện áp khác biệt.

Khi cá điện chình tìm thấy con mồi, não sẽ gửi tín hiệu qua hệ thần kinh đến các tế bào điện. Điều này mở các kênh ion, cho phép natri chảy qua, đảo ngược cực tính trong chớp mắt. Bằng cách tạo ra sự khác biệt đột ngột về điện thế, nó tạo ra dòng điện tương tự như pin, với các tấm xếp chồng lên nhau tạo ra sự khác biệt điện thế. Cá điện chình cũng có khả năng điều khiển hệ thần kinh của con mồi bằng khả năng điện của chúng; bằng cách điều khiển hệ thần kinh và cơ bắp của nạn nhân thông qua các xung điện, chúng có thể ngăn con mồi trốn thoát hoặc buộc nó di chuyển để chúng có thể xác định vị trí của nó.

Trong cá điện chình, có khoảng từ 5.000 đến 6.000 cơ quan phát điện có thể gây sốc lên tới 860 volt và dòng điện lên tới 1 ampere. Mức dòng điện này có thể tạo ra cú sốc ngắn và đau giống như súng Stun gun, do điện áp có thể cảm nhận được ở khoảng cách từ cá; đây là nguy hiểm phổ biến đối với những người chăm sóc bể cá và các nhà sinh vật học đang cố gắng xử lý hoặc kiểm tra lươn điện.

Cá điện chình sử dụng điện theo nhiều cách. Điện áp thấp được sử dụng để cảm nhận môi trường xung quanh. Điện áp cao được sử dụng để phát hiện con mồi và, riêng lẻ, làm choáng chúng. Các cặp xung điện áp cao cách nhau 2 mili giây được sử dụng để phát hiện và xác định vị trí con mồi bằng cách khiến chúng co giật không tự nguyện; cá điện chình có thể cảm nhận được sự chuyển động này. Một chuỗi các xung điện áp cao với tốc độ lên tới 400 mỗi giây sau đó được sử dụng để tấn công và làm choáng hoặc làm tê liệt mục tiêu, tại đó, cá điện chình áp dụng một vết cắn ăn mồi.

Cơ quan của Sach liên quan đến điện phân. Bên trong cơ quan này có nhiều tế bào giống như cơ bắp, gọi là điện di. Mỗi tế bào chỉ có thể tạo ra 0,15 V, mặc dù cơ quan này có thể truyền tín hiệu với biên độ gần 10 V ở tần số khoảng 25 Hz. Những tín hiệu này được phát ra bởi cơ quan chính; cơ quan của Hunter có thể phát ra tín hiệu với tần số vài trăm hertz.

Cá điện chình là duy nhất trong số các Gymnotiformes có các cơ quan điện lớn có khả năng tạo ra điện có thể gây chết người, cho phép chúng làm choáng con mồi. Điện áp lớn hơn đã được báo cáo, nhưng đầu ra điển hình là đủ để làm choáng hoặc ngăn chặn gần như mọi loài động vật. Con non có thể phát ra điện áp nhỏ hơn (khoảng 100 V). Chúng có thể điều chỉnh cường độ phóng điện, sử dụng phóng điện thấp hơn để săn mồi và cường độ cao hơn để làm choáng con mồi hoặc tự vệ. Chúng cũng có thể tập trung phóng điện bằng cách cuộn tròn và liên lạc tại hai điểm dọc theo cơ thể của chúng. Khi kích thích, chúng có thể tạo ra những cú sốc điện gián đoạn này trong ít nhất một giờ mà không mệt mỏi.

Các cơ thể của cá chình điện cũng được trang bị các cơ quan nhạy cảm với tần số cao, được phân bố trên toàn thân. Đặc tính này rất hữu ích trong việc săn bắt các loài Gymnotiformes khác.

Cá chình điện đã được sử dụng như một mô hình trong nghiên cứu về di truyền sinh học điện. Loài này thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, đặc biệt là trong việc sử dụng acetylcholinesterase và adenosine triphosphate.

Michael Faraday đã tiến hành thí nghiệm rộng rãi về các tính chất điện của cá chình điện nhập khẩu từ Suriname. Trong suốt bốn tháng, Faraday đã tiến hành đo lường các xung điện một cách tỉ mỉ và nhân đạo, bằng cách đặt các mẫu chèo bằng đồng có hình dạng và yên ngựa lên mẫu vật. Nhờ phương pháp này, Faraday đã xác định và đo lường hướng và cường độ của dòng điện, và chứng minh rằng các xung điện của động vật này thực sự là điện bằng cách quan sát các tia lửa và sự chênh lệch trên điện kế.

Hình ảnh

Chú thích

• Dữ liệu liên quan đến Electrophorus electricus tại Wikispecies