有「水中高壓線」之稱的電鰻,是如何產生800伏高壓電的?

作為淡水中一個恐怖的存在，電鰻曾與水蟒、尼羅鱷、食人魚等多種淡水動物一道，曾入選美國《國家地理》雜誌「地球上最令人恐懼的淡水動物」名單。

與水蟒、尼羅鱷、食人魚不同，電鰻往往傷人於無形之中，不見血腥殺場，不見翻滾撕咬。它們在水中釋放出一張張無形、無情的「電網」，這張網，電壓可達300~800伏，生來倔強的人類在它面前，也會被擊暈，倒下。因此，電鰻素有「水中高壓線」之稱。

生物電及放電原理

在民間，素有「電老虎」一說，可見電不僅方便了生活，在人們心目中也是個危險的存在。縱然電很危險，但電也確確實實存在在我們的身體裡面。

生物的組織、器官和細胞在生命活動過程中，會發生正負離子，尤是鈉鉀離子，內流、外流的現象，致使細胞內外發生電位和極性變化，產生微小電流，這種電流就被稱作是「生物電」。

在大多數生物體內，有大量的正負離子分布在液體環境中，濃度因器官、組織、細胞而異，存在濃度差，從而形成電位。

總的來說，電位分為靜息電位和動作電位。

細胞在沒有發生應激性興奮的狀態下，細胞膜內外由於鈉鉀離子濃度不同會出現外正內負的電位差，這個電位被稱為靜息電位，它是一切生物電產生和變化的基礎。大多數細胞的靜息電位在-10~-100mV之間。

當細胞受到一定刺激時，細胞膜內外會發生一系列的電位變化，形成動作電位。動作電位的形成可分為去極化和復極化兩個過程。

首先是細胞膜上的鈉離子通道開放，大量鈉離子內流，細胞內外的電位發生改變，這種現象在生理學中被稱為去極化；當膜內側的正電位增大到一定程度時，細胞膜上的鈉離子通道關閉，大量鉀通道開放，引起鉀離子快速外流，導致細胞膜內電位迅速下降，這一過程被稱為復極化。

動作電位約為90~130mV，而且在細胞膜上任何一點產生的動作電位會不衰減地傳播到整個細胞膜上，這稱之為動作電位的傳導，形成電流。

極性細胞有序排列，猶如大量電池串聯

在生物體內，大多數細胞都只在細胞內外存在電位差，但部分細胞則形成了「細胞的不同部位之間存在電位差」的特殊生理現象，這些特殊的細胞被稱為極性細胞。

和原子磁場類似，如果大量的極性細胞取向無規則，它們形成的電場相互抵消，使整體不存在電位差，也就沒有電流。

這個世界總有一些特殊的存在，它們在長期的自然進化過程中，進化出無與倫比的能力，在它們體內的部分組織內，極性細胞有序的排列，將一個個極性細胞產生的微電流串聯起來，如涓涓細流，最後匯成大河。

特化的肌肉組織形成放電體

在特殊的存在中，就有電鰻的位置。這種主要分布在南美洲亞馬遜流域的淡水魚類，體長可達2.5公尺，體重可達20千克，整體呈圓柱形，體表光滑無鱗，背部黑色，腹部橙黃色。 背鰭、尾鰭退化，其下緣有一長形臀鰭，依靠臀鰭的撥動而遊動。

佔全長近4/5的尾部具有「發電器」，電來源於肌肉組織，並受脊神經支配。電鰻體內有兩對形狀為長梭形的發電器，位於尾部脊髓兩側。

產生電路的肌肉細胞就是上文所說的極性細胞，在電鰻尾部兩側的肌肉中，規則排列著6000~10000個由極性細胞組成的肌肉薄片，薄片之間有結締組織相隔，並通過神經與中樞神經系統連接。

每一個肌肉薄片就如同一個「紐扣電池」，能產生約150毫伏（0.15 V）的電壓，肌肉薄片之間的結蹄組織如同導線，將大量的「電池」串聯，而電壓具有串聯加和性，即串聯加壓。

6000*0.15=900 V

當然，這只是簡單的數學計算，並沒有考慮生物因素，不過也能看出電鰻能產生很高的電壓。

根據科學研究，放電時，電鰻的頭部是負極，尾部是正極，產生的瞬時電壓可達600~800伏，不過平均電壓為350V左右，其中，數美國電鰻能產生的最高電壓最大，高達800 V。

電鰻放電進化史

曾有國外的研究人員對電鰻的放電能力及其進化史進行了科學研究，研究成果發表於2014年6月發表在《Science》上。

研究指出：電鰻於兩億年前進化出放電能力，帶有放電器官的電鰻前前後後共經歷了6次進化，進化過程中，其放電能力不斷增強，穩定性得到顯著提高，並首次對電鰻的基因進行解析，解開了電鰻放電的基因之謎。

論文合著作者、美國威斯康星大學麥迪遜分校研究生琳賽-特雷格（Lindsay Traeger）稱：

「進化改變了肌肉細胞的收縮能力，使其在細胞膜的蛋白質分布規律發生變化，目前所有發電細胞推動離子穿過細胞膜，形成大量的正電荷流，進而形成電流。」