電鰻如何殺死一匹馬

2021-01-12 久保二弦琴

摘自《環球科學》

當電鰻沒有抓住獵物,並停止釋放高電壓後這些魚就立馬「解凍」。電鰻的影響是暫時的,在其他方面,電鰻和泰瑟槍有很多共性:電鰻能發出只持續約2毫秒的脈衝,並而且可以每秒連續放電400多次。

電鰻的發電器官遍布全身它能產生最高達600伏特電壓。電鰻的發電器官由數千個特殊圓盤型細胞組成。使他們可以像蓄電池一樣,能儲藏和釋放電能。

每次高壓電流脈衝都會在魚的運動神經上產生動作電位(即神經衝動)。

每當電鰻需要釋放高電壓電流脈衝時,大腦會發出信號,信號傳導的運動神經後激活發電器官,使其發出電流脈衝。電流經過水傳播後,影響周圍魚的運動神經,進而影響他們的肌肉。電鰻使用了一種高保真的遠程控制方式,「定」住了獵物。

電鰻捕獵時通常會釋放兩次高壓電流後停頓一下,每次停頓時間約為2毫秒也被稱作雙脈衝。因此,有一個有趣的可能性:電鰻釋放雙脈衝是為了探測周圍是否有生命體。

它造就了動物界裡最隱秘的捕獵方式:首先讓藏起來的獵物動起來,然後再將暴露的獵物定位。電鰻產生的電場可以看作是一個偶電極,電場線始於電鰻頭部(正極),終於電鰻尾部(負極)。電場線上箭頭代表正電荷在電場中的受力方向,而某點的電場線疏密程度反映了此處的電場強度。電鰻也知道這一點,並把它用於捕獵。電鰻在釋放連續高電壓脈衝前,會牢牢咬住獵物,並用尾部(負極)纏住他們。

研究人員設計了一塊「」咬具」在一根塑料託上綁一對記錄電極,然後塞進死魚肚子裡。當電鰻咬住死魚後,就拉動電線來模擬獵物掙扎。隨後,電鰻會扭動身體電擊這個玩具,和預期一樣,獵物附近的電場強度翻了一倍多。這一策略使得電鰻能把能量集中在獵物身上,就像把燈光據聚焦在一個點上。

在後續實驗中,研究人員加入很多塑料棒作為對照組,來排除電鰻用視覺選擇獵物的可能性。在每次試驗中,電慢都會攻擊碳棒,連續失望是放高點電流。它的表現堪稱完美:在釋放高壓電流期間,成功追蹤並攻擊了導體。高壓電流不僅是制服獵物的武器,還屬於感官系統的一部分。

1800年3月,德國自然學家亞歷山大·馮·洪堡僱了幾個亞馬遜地區漁民,打算抓一些電鰻來做實驗。後來,這件事變成了個傳奇故事。這些漁民決定用馬來抓電鰻。找了30匹野馬和騾子驅趕他們進入一片滿是電鰻的淺水塘。結果,電鰻從水塘中躍起發動攻擊,不停電擊馬和騾子,直到耗盡能量。最終兩匹馬死於這次行動,其他的則癱倒在水邊。電鰻為何要冒著受傷的風險來攻擊自己不能吃的大型動物?

通常,電鰻不會躍出水面,不過也有例外,當水面上有個大導體靠近一個無處可逃的電鰻時,它往往會瘋狂地發動進攻。研究人員能發現,是因為曾經試圖用一個帶金屬圈和金屬把手的魚網把一隻大電鰻換到一個新水缸裡,瞬間電鰻調轉方向從水中躍出,用下頜抵住了金屬把手,釋放出長時間的連續高壓電流脈衝。幸好研究人員當時帶了絕緣橡膠手套。結合洪堡的描述,如果電棒把較小的導體當作可以食用的獵物,那麼它就會遊向獵物。半沒在水中的大形導體很可能會被當成大型危險動物。那電鰻為什麼不有走呢?那是因為在乾旱季節亞馬遜地區的電鰻往往會困在小水塘裡,此時它們就有被吃掉的風險。

進一步研究電鰻的跳躍行為。在假胳膊裡放了一些會發光的二極體來模擬神經電路,隨後拿改造後的胳膊靠近電慢。作為回應電鰻開始瘋狂跳躍來進行防禦。放電時跳的越高,假胳膊的二極體也就越亮,但為什麼會這樣呢?

要回答這些問題,需要用一些所謂的等效電路,並且需要確定電鰻的發電器官能產生多大的電壓(也叫電動勢)。當電鰻越出水面,用下頜抵住獵物時。從頭部到尾部的那條電路就被關閉了——因為空氣不是良導體,這是一條通過獵物的新電路將取而代之。不同尋常的是電鰻越出水面越高,施加在獵物身上的電壓也越高,這很像調節音量。這種現象解釋了電鰻越出水面這種行為,是如何演化來的因為跳的高度越高越有優勢。

所以洪堡筆下這個精彩的故事是真的了?

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