معلومة

لماذا لا تصدم الثعابين الكهربائية نفسها؟

لماذا لا تصدم الثعابين الكهربائية نفسها؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لماذا لا تصعق الثعابين الكهربائية نفسها أو تتألم عند تفريغها لصدمات الجهد العالي؟ في حين أنه من المعروف أنهم يستخدمون تلك الصدمات عالية الجهد لتتبع فرائسهم (كما اكتشفها أستاذي كينيث كاتانيا [1]) ، وهناك على الأرجح شكل من أشكال تأثير القفص الذي يوفره الماء (حتى يخرجوا لمزيد من لدغة قوية لإخافة الحيوانات المفترسة) ، وأنه عند كرة لولبية قد يعود تيار أقل من خلال أجسامهم [3] ، فليس من الواضح لماذا لا تتداخل التصريفات مع نظامهم العصبي المركزي (تأثير القفص) أو الجهاز العصبي المحيطي (الذي من خلاله التيار سوف يتدفق بالتوازي مع الماء والهدف)؟

[1] https://www.nature.com/articles/ncomms9638

[2] http://www.pnas.org/content/113/25/6979.full

[3] http://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(15)01147-1


إجابة مختصرة ، لا أحد يعرف ، هناك بعض الأدلة البسيطة على أنهم يصدمون أنفسهم ولكنهم يقاومونها ، (يتفاعلون أقوى بكثير في الهواء من الماء مع تصريفهم) ، لكنها ليست أولوية عالية للبحث ، لذا لا لقد اختبرها أحدهم حقًا.


5 حقائق مروعة عن الثعابين الكهربائية

ما هي أفضل طريقة لدراسة ثعبان البحر الكهربائي؟ بالنسبة لمعظم الناس ، ليس الشخص الذي اختاره باحث من فاندربيلت والذي سمح لثعبان كهربائي صغير بطقط ذراعه. بصرف النظر عن النتيجة المروعة ، كانت التجربة تهدف إلى تحديد قوة الدائرة بالضبط عندما اتصل ثعبان البحر بهدف حي. الآن تم توضيح أن الثعابين الكهربائية تؤلم ، ولكن ماذا نعرف أيضًا عن الثعابين الكهربائية؟

1. الثعابين هي الأسماك

إن ثعبان البحر الكهربائي ، Electrophorus electricus ، ليس من الناحية الفنية ثعبانًا ولكنه مجموعة مختلفة من الأسماك تسمى أسماك السكاكين. لديهم ثلاثة أعضاء مختلفة (عضو ساكس ، والعضو الرئيسي ، وعضو الصياد) كل منها قادر على إحداث تغيير مفاجئ في الجهد الكهربائي ، مما يخلق تيارًا. الصدمات بشكل عام ليست قادرة على قتل الإنسان السليم.

2. الإنقليس & # 8217 الكهرباء تساعدهم على الرؤية

تعيش الثعابين الليلية في المياه المظلمة المظلمة لأنهار أمريكا الجنوبية ، ولديها ضعف في البصر. تساعد قدراتهم الكهربائية على تعويض البيئة. تبث العديد من الأسماك الكهربائية في أمريكا الجنوبية ، بما في ذلك الثعابين ، تفريغًا كهربائيًا في الماء من حولهم. يمكنهم بعد ذلك اكتشاف الاضطرابات في المجال الكهربائي التي تسببها الأسماك أو الأشياء الأخرى في الماء ، مما يمكنهم من التنقل أو الصيد دون الاعتماد على البصر. قد تستخدم العديد من الأنواع أيضًا تفريغها الكهربائي للتواصل مع الأصحاب أو المنافسين المحتملين.

3. الثعابين لديها عدة صدمات مختلفة

توفر الأجهزة الكهربائية المختلفة تصريفات مختلفة. أثناء الراحة أو عدم الصيد النشط ، يصدر ثعبان البحر جهدًا منخفضًا ونبضًا منخفض التردد على فترات متقطعة. عندما يحين الوقت ، يستخدم ثعبان البحر عضوه الرئيسي أو عضو الصياد لإصدار جهد أعلى ، وتصريف عالي التردد لصعق الفريسة. لا يحتاجون إلى الكثير من وقت التعافي ، فالثعابين قادرة على تقديم آلاف الصدمات في فترة عدة دقائق. يأكل ثعبان السمك فريسته التعيسة ، وهي عادة أصغر حجمًا ، قبل أن يتمكن من التعافي من الشلل الناجم عن الصدمة.

4. تنصت الثعابين على الأسماك الكهربائية الأخرى

إن تلاعب ثعبان البحر بالكهرباء متعدد الاستخدامات بشكل مثير للدهشة. العديد من أنواع فريسة ثعبان السمك هي نفسها كهربائية ضعيفة ، وهناك دليل على أن الثعابين يمكنها في الواقع "التنصت" على الأسماك الكهربائية الأخرى واصطيادها باستخدام إشاراتها الكهربائية الخاصة. عندما يتعلق الأمر بتجنب الحيوانات المفترسة ، فإن بعض الأسماك الكهربائية ، وربما الثعابين ، يمكنها بالفعل إخفاء إشاراتها الكهربائية لمنع الحيوانات المفترسة الأخرى من اكتشافها. من المحتمل أن تكون الحاجة إلى الحفاظ على مكانة منخفضة هي السبب في أن الثعابين تنتج مثل هذا النبض الضعيف عندما لا تقوم بالصيد النشط.

5. الأنقليس حقا لا تريد أن تنزعج

عدم المخاطرة بالحيوانات المفترسة ، يمكن أن تحدث صدمة قوية ليس فقط عن طريق الفريسة ولكن بمجرد إزعاج المياه بالقرب من ثعبان البحر. إذا تم اكتشاف ثعبان البحر بواسطة حيوان مفترس ، فإن ثعبان البحر يستخدم تفريغه عالي الجهد كرادع. إذا لم يفلح ذلك ، فإن ثعبان البحر ، الذي يتنفس الهواء بالفعل ، يمكنه الهروب من خلال الهروب إلى المناطق السطحية المختنقة بالنباتات وانخفاض الأكسجين الذائب للغاية. غالبًا ما توجد هذه الأسماك الرائعة في المياه الضحلة أو بالقرب من السطح. يرجى توخي الحذر عند الخوض في أنهار أمريكا الجنوبية.


لماذا لا تصدم الثعابين الكهربائية نفسها؟ - مادة الاحياء



لماذا لا تقتل الثعابين الكهربائية نفسها؟

أحد الأشياء الممتعة في القيام بالبرامج مع الأطفال هو أنهم سيطرحون عليك في كثير من الأحيان سؤالًا واضحًا لدرجة أنك تتساءل لماذا لم تسأله بنفسك. في الآونة الأخيرة ، أحضرت لي فتاة صغيرة صورة لثعبان كهربائي يضيء مصباح إضاءة الفلورسنت. "لماذا لا يصدم ثعبان البحر نفسه؟" هي سألت. تلعثمت لفترة ، ثم أخبرتها أخيرًا أنني سأضطر إلى دراستها وإخبارها - وهو ما فعلته.

تبين أن هذا سؤال معقد للغاية. يولد ثعبان البحر الكهرباء من خلال آلاف الخلايا الكهربية على شكل قرص. تحمل كل خلية شحنة سالبة تبلغ حوالي 100 ميكرو فولت على السطح الخارجي للخلية مقارنة بالداخل ، وكل خلية متصلة بطرف عصبي. عندما تصل الإشارة إلى طرف العصب ، فإنها تصدر نفثًا من الأسيتيل كولين ، وهو ناقل عصبي ، مما يخلق مسارًا منخفض المقاومة بين داخل الخلية وخارجها ، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تحويل كل خلية إلى بطارية صغيرة. يتم ترتيب الخلايا في سلسلة بحيث تعمل مثل مجموعة من البطاريات موضوعة في مصباح يدوي كبير ، ولكن هناك خلايا كافية لتعادل بطارية 500 فولت. كل هذا يحدث في ملي ثانية.

السبب في أن ثعبان السمك لا يصدم نفسه هو أن الصدمة الكهربائية تتوزع على كامل جسمه ، والذي يقارب حجم ذراع الرجل البالغ. لجعل عضلات الذراع تتقلص ، تحتاج إلى 200 مللي أمبير من التيار المتدفق لمدة لا تقل عن 50 مللي ثانية. فريسة الحيوان أصغر من ثعبان البحر - السمكة عُشر طول ثعبان البحر ستكون واحدًا من ألف من حجم ثعبان البحر. يتمتع جلد ثعبان السمك بمقاومة كهربائية أعلى من مقاومة الأسماك ، لذلك فإن التدفق الكهربائي يمر عبر الفريسة بسهولة أكبر بكثير من جسم ثعبان البحر. مدة التدفق الكهربائي قصيرة جدًا بحيث لا تسبب أي إزعاج أو تأثير جسدي على ثعبان البحر ، ولكنها ستذهل معظم الأسماك.

يجب أن يكون لدى ثعبان السمك القدرة على إرسال الإشارة إلى الطرف العصبي ، ويجب أن يكون لديه خلايا متخصصة يمكنها توليد الكهرباء ، ويجب أن يكون لديه جسم يمكنه توزيع الكهرباء على الماء والفريسة من حوله دون التأثير على ثعبان البحر نفسه. هذا متخصص للغاية ومعقد بشكل لا يصدق النظام. عندما نرى تصميمات معقدة بشكل لا يصدق مثل هذه في الطبيعة ، والتي تسمح بالتوازن والإنتاجية في العالم البيولوجي ، علينا أن نتساءل عن الذكاء الذي أنتج كل ذلك. يستمر العلم في إظهار التعقيد الذي يتحدى تفسيرات الصدفة ويتحدث ببلاغة عن يد الخالق.


يصدم العالم نفسه بثعبان كهربائي حتى لا تضطر إلى ذلك

قبل أن يصاب بصدمة بقفز ثعبان كهربائي ، لم يكن كينيث كاتانيا متأكدًا مما سيكون عليه الأمر. في الواقع ، لم يكن أحد متأكدًا حقًا. لذلك ، باسم معرفة مقدار الصدمة التي يمكن أن تحدثها المخلوقات بالضبط ، تطوع كاتانيا ، الأستاذ في جامعة فاندربيلت ، بذراعه. قفز ثعبان السمك من الماء إلى الهواء ليحدث صدمته. بدا وكأنه كمامة ، لكنه كان يملأ جدار سياج كهربائي.

يظهر تقرير كاتانيا اليوم في المجلة علم الأحياء الحالي. في حين أن الهزات تحت الماء من الثعابين معروفة جيدًا ، إلا أن الصدمات فوق الماء ليست كذلك. في الواقع ، حتى الآن ، تم الإبلاغ عن هذا السلوك مرة واحدة فقط من قبل - منذ أكثر من 200 عام من قبل عالم الطبيعة الألماني ألكسندر فون هومبولت. وصف المستكشف مشاهدة ثعابين كهربائية وهي تقفز من بركة ضحلة لكهرباء الخيول البرية التي تم رعايتها في الماء كطعم لثعبان البحر.

لاحظ كاتانيا شيئًا مشابهًا قبل بضع سنوات في مختبره: عندما وصل إلى خزاناتهم بشبكة ، كانت الثعابين تحاول أولاً مراوغة الشبكة. بعد ذلك ، يقفزون على مقبض الشبكة - ويطلقون العنان لقمع وابل من الكهرباء. جعله ذلك يشك في أن القفزات الصادمة كانت وسيلة للثعابين للدفاع عن نفسها ضد الحيوانات المفترسة البرية.

بعد قضاء سنوات في دراسة المخلوقات ، التطوع ليصدموا منها "بدا كأنه قدر ، بطريقة غريبة" ، كما تقول كاتانيا.

الصدمات القفزة - في الهواء - أقوى من الصدمات التي يمكن أن تحدثها ثعابين السمك في الماء. عندما يضغط ثعبان البحر على ذقنه ضد ضحيته لإحداث صدمة ، تتدفق الكهرباء عبر ثعبان البحر إلى الهدف. لكن الماء يحمل الكهرباء ، لذلك إذا كان ثعبان السمك لا يزال مغمورًا عندما يسبب الصدمة ، تتبدد الشحنة. عندما ينتقل ثعبان البحر في الهواء ، يتدفق المزيد من التيار الكهربائي عبر ضحيته.

يمكن أن يقيس كاتانيا معظم أجزاء النظام ، لكنه لم يعرف مقدار التيار المتدفق في النهاية عبر طرف ضحية ثعبان البحر. يقول: "أردت حقًا أن أعرف". "لقد شعرت وكأنني أحجية كانت لدي كل القطع باستثناء قطعة واحدة."

تم تحفيزه للتجربة الذاتية من خلال مقطع فيديو: صياد مصدوم من ثعبان البحر القافز. تقول كاتانيا: "كنت أستخدم أذرع الدعامة هذه ، وأضع عليها خاتم زواج مزيفًا لجعلها تبدو وكأنها ذراعي للمتعة فقط". "كان هناك القليل من الإنذار هناك." وضع يده في دبابة بها ثعبان كهربائي ، وقاس مقدار التيار المتدفق عبر ذراعه عندما صدمته.

رسم تخطيطي لكيفية قياس كاتانيا للصدمة الكهربائية التي يسببها ثعبان البحر الصغير. صورة كينيث كاتانيا

تقول كاتانيا إن الأمر استغرق حوالي 10 محاولات للحصول على قراءات جيدة كافية للورقة. في كل مرة ، وجد نفسه ينفض يده بشكل لا إرادي عن الماء. في النهاية كان قادرًا على تحديد أن حوالي 40 إلى 50 مللي أمبير من الكهرباء تمر عبر ذراعه. يكتب كاتانيا أن هذا يعادل أربعة إلى خمسة أضعاف ما يتطلبه الأمر لإبعاد الشخص عن صدمة مؤلمة.

يقول بروس كارلسون ، عالم الأعصاب الحسي والتطوري في جامعة واشنطن في سانت لويس ، إنه كان إعدادًا تجريبيًا ذكيًا ، في رسالة بريد إلكتروني إلى الحافة. "يبدو أن ما يجعل سلوك القفز لدى ثعبان البحر فعالًا هو أنه يسبب ألمًا شديدًا يكفي لتخويف حيوان مفترس محتمل." لكنه يضيف ، من المهم أن تضع في اعتبارك أن هذا مجرد ثعبان البحر وموضوع واحد فقط. يقول: "يجب اعتبار هذه القياسات تقديرات تقريبية لتأثير هذا السلوك على الحيوانات المفترسة المحتملة".

لقطات ثابتة لثعبان البحر تقفز من الماء لإحداث صدمة لكينيث كاتانيا. الصورة بواسطة كينيث كاتانيا

في الواقع ، يعتمد حجم الانزلاق على حجم ثعبان البحر ومكان صدمتك على الجسم. لهذا السبب اختار كاتانيا ثعبان البحر الصغير الصغير لصدمه في ذراعه. ومع ذلك ، فقد حسب أنه إذا تعرض الشخص الذي كان واقفًا في الماء لصدمة مربعة في الجذع من قبل ثعبان البحر بالحجم الكامل ، فسوف يتعرض لهزة "ترتيب من حيث الحجم أكبر" من الصدمات التي يسببها صعق كهربائي.

الورقة هي بداية لإغلاق الدائرة في سلوك ثعبان السمك الكهربائي الصادم. ولكن إذا احتاج كاتانيا إلى إجراء دراسة متكررة ، فلديه الآن الكثير من المتطوعين الجدد ليكونوا ضحايا ثعابين السمك - ليس لأنه لم يقبل أي شخص بهذا العرض. يقول: "لقد أخبرت بعض الناس عن ذلك ، وكلهم يقولون إلى حد كبير أنني أود أن أفعل ذلك". "هذا يفاجئني حقًا."


كيف تولد الثعابين الكهربائية الكهرباء؟

الجواب القصير: تولد خلايا جميع الكائنات الحية شحنات كهربائية. في ثعبان البحر الكهربائي (Electrophorus electricus) ، فإن الآلاف من خلايا العضلات المعدلة في الذيل السميك تصطف مثل البطاريات في مصباح يدوي. على الرغم من أن كل خلية تولد حوالي 0.15 فولت فقط ، إلا أنه في ثعبان السمك الكهربائي الكبير ، يمكن تكديس ستة آلاف خلية لصنع بطارية عملاقة واحدة يمكنها توليد ما يصل إلى 600 فولت لنبضة قصيرة. تولد بطارية السيارة القياسية 12 فولتًا ، لذا فإن ثعبان السمك الكهربائي لديه 50 ضعف قوة الصدمة لبطارية السيارة (على الرغم من شدة تيار أقل).

على الرغم من اسمها ، إلا أن الثعابين الكهربائية هي في الواقع ثعابين (Anguilliformes). موطنها الأصلي أمريكا الجنوبية ، الأسماك التي تشبه ثعبان البحر هي في الواقع سمكة سكين ، في ترتيب Gymnotiformes. مثل العديد من أعضاء هذا النظام ، تستخدم الثعابين الكهربائية الكهرباء لاستشعار الفريسة عن طريق إنشاء مجالات كهربائية ضعيفة ثم استشعار التشوهات في هذا المجال. يبدو من المحتمل أن ثعبان البحر الكهربائي وقدرة صدمة أقوى تطورت من أعضاء مرتبطة في الأصل بالاستشعار الكهربائي. بالمقارنة مع الأسماك الأخرى ، في ثعبان السمك الكهربائي ، توجد أعضاء مثل القلب والكبد قريبة جدًا من رأسه. حتى أمعائه يتم تقصيرها وحلقها ، مما يجعلها قريبة من مقدمة الجسم. وهذا يسمح بإعطاء ما تبقى من جسم ثعبان البحر الكهربائي لعضلات السباحة والكهرباء ، وخلايا البطارية & # 8220. & # 8221 يمكن أن يصل طول ثعبان السمك الكهربائي إلى 6 أقدام (مترين) ويزن ما يقرب من 45 رطلاً (20 كجم) ). يمكن أن تكون الصدمة من ثعبان السمك الكهربائي مؤلمة للغاية لأن الجهد الكهربائي مرتفع ، على الرغم من أنه من غير المحتمل أن يلحق ضررًا خطيرًا بحيوان بحجم الإنسان. ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي الهزة الناتجة عن ثعبان البحر الكهربائي إلى إعاقة الأسماك والقشريات التي تعتبر فريسة ثعبان البحر الكهربائي. ثم يستخدم ثعبان البحر ، الذي يعيش عمومًا في المياه الداكنة العكرة ، حواسه الكهربائية للعثور على الفريسة المذهولة وابتلاعها قبل أن تتعافى.

المزيد عن البطاريات والأنقليس الكهربائية: مفتاح واحد لفهم كيف يمكن أن تولد الثعابين الكهربائية مثل هذه الفولتية العالية هو معرفة ما يعنيه وضع البطاريات وسلسلة # 8220in & # 8221 مقابل & # 8220in بالتوازي. & # 8221 تعمل البطارية عن طريق إحداث فرق في الشحن الكهربائي. يكون الطرف الموجب (+) للبطارية عند جهد كهربائي أعلى من الطرف السالب (-). إذا كان الطرفان متصلين ، من خلال أسلاك جهاز كهربائي مثل المصباح الكهربائي ، على سبيل المثال ، سوف تتدفق الجسيمات لمعادلة الشحنات. الطاقة المخزنة التي تحرك تلك الإلكترونات في خيوط الأسلاك للمصباح هي ما نسميه الجهد.

على سبيل القياس ، فكر في المياه المتدفقة عبر مجرى جبلي. ارتفاع الجبل هو الجهد. سوف تتدفق المياه من قمة جبل يبلغ ارتفاعه ميل بطاقة أكبر بكثير مما ستتدفق منه قمة نتوء العشرة أقدام. إذا دخلت في الدفق من عثرة العشرة أقدام ، ستشعر بتدفق تدليك لطيف. ادخل إلى المجرى بنفس كمية الماء من أعلى الجبل وقد تتعرض للسقوط. ويمكنك أن تتخيل أنه إذا قمت بتكديس جبلين فوق بعضهما البعض ، فسوف تتدفق المياه من الأعلى بطاقة أكبر. هذا هو الحال مع البطاريات. ضع بطاريتين في & # 8220series & # 8221 بحيث يتصل الطرف السالب لإحدى البطاريات بالنهاية الموجبة للبطارية التالية ، ويزداد الجهد. تتحد بطاريتان 1.5 فولت مكدستان في سلسلة داخل مصباح يدوي لإنتاج ما قيمته 3.0 فولت من الطاقة الكهربائية.

ولكن ماذا يعني توصيل البطاريات & # 8220in بالتوازي & # 8221؟ تخيل أنه بدلاً من توصيل البطاريات من طرف إلى طرف ، تقوم بربطها جنبًا إلى جنب وتوصيل الأسلاك لتوصيلها الطرف الموجب لبطارية واحدة إلى الطرف الموجب للبطارية الأخرى. ثم قم بتوصيل الطرف السالب للبطاريتين. الآن قم بتوصيل البطاريات المدمجة بالمصباح الكهربائي. بينما لا يمنحك هذا & # 8217t نفس الطاقة التي يمنحها تكديس البطاريات من طرف إلى طرف ، إلا أنه يمنحك القدرة على نقل المزيد من الجزيئات الكهربائية. باستخدام تشبيه التيار الجبلي مرة أخرى ، فإن وضع البطاريات على التوازي يشبه الوقوف على جبلين جنبًا إلى جنب ، كل منهما به تيار مماثل ينزل. تأتي المياه من جبلين متجاورين بنفس الطاقة من جبل واحد ، ولكن الآن هناك & # 8217s ضعف الكمية منه.

بالطبع ، من الممكن القيام بالأمرين. كدس جبلين فوق بعضهما البعض ثم قف بجانب الجبل الآخر. ومن خلال توصيل البطاريات من طرف إلى طرف في مجموعات ثم توصيل عدة مجموعات معًا ، يمكن زيادة كل من طاقة القيادة (الجهد) والقدرة على إنتاج الكهرباء.

الآن ، نعود إلى الثعابين الكهربائية. يتم ترتيب الخلايا الكهربية للثعابين الكهربائية في مجموعات ، كل كومة معزولة عن الأخرى. تعمل كل كومة من آلاف الخلايا الكهربية كبطارية منفصلة & # 8220 & # 8221 يمكنها توليد جهد كهربائي يصل إلى 600 فولت. ثم تتحد مجموعات الخلايا المنفصلة لإعطاء ثعبان البحر الكهربائي القدرة على توليد نبضة كبيرة من الكهرباء. تعتبر المياه النقية موصلاً ضعيفًا للكهرباء ، لكن المياه التي تعيش فيها الثعابين الكهربائية بها ما يكفي من الملح والمعادن الأخرى لجعلها موصلة للكهرباء. عندما يصدم ثعبان كهربائي الماء ، يتدفق التيار من الجزء الأمامي من جسمه ، عبر الماء ، ويعود إلى ذيل السمكة # 8217. ستشعر أي كائنات أخرى في الجوار بالتأثير المذهل لهذا التيار القوي أثناء مروره من خلالها.

كيف تنتج الخلايا الكهربية الكهرباء: كما ذكرت أعلاه ، تولد كل خلية شحنات كهربائية صغيرة. يتم ذلك في المقام الأول من قبل تحريك أيونات موجبة مختلفة (ذرات أو جزيئات مشحونة) من معادن مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم خارج الخلية ، مما يجعل السطح الخارجي للخلية موجبًا مقارنة بداخل الخلية. قد تعود هذه الأيونات إلى الخلية لتعادل فرق الشحنة ، لكن الخلايا تستخدم الطاقة الكيميائية باستمرار & # 8220 تضخ & # 8221 الأيونات خارج الخلية. هذا كله جزء من كيمياء الخلية الطبيعية. هذا الجهد & # 8220 & # 8221 عادة ما يكون حوالي 0.085 فولت. في معظم الخلايا ، لا يتم استخدام هذه الشحنة كبطارية ، لأنها & # 8217s تنتشر بشكل موحد حول الجزء الخارجي من الخلية. الجزء الخارجي من الخلية مشحون بشكل إيجابي والداخل مشحون سالبًا. هذا الترتيب يجعل من المستحيل تكديسها لتوليد جهد عالي. ومع ذلك ، فإن الخلايا الكهربية لثعبان السمك الكهربائي مختلفة. هم & # 8217t متماثل. لديهم جانب أملس نسبيًا متصل بالألياف العصبية ، وجانب معقد نسبيًا ليس كذلك. وجميع الخلايا الكهربية في كومة موجهة في نفس الاتجاه ، مع الجانب الأملس تجاه الذيل والجانب الملتف نحو رئيس.

عندما ترسل الألياف العصبية إشارة إلى خلية كهربائية ، تفتح مسام خاصة على الجانب الأملس من الخلية ، مما يسمح للأيونات الموجبة بالاندفاع إلى الخلية. ينتج عن هذا مؤقتًا شحنة إضافية عبر غشاء الخلية على هذا الجانب من الخلية تبلغ حوالي 0.065 فولت. الآن ، بدلاً من أن يكون للخلية سالب داخلي وآخر موجب في الخارج ، يكون للخلية مؤقتًا فرق 0.085 فولت عبر الجانب الملتف ، وشحنة متشابهة تبلغ حوالي 0.065 فولت على الجانب الأملس. يتم تكديس هذه الشحنات بشكل أساسي في سلسلة ، بحيث تكون النتيجة النهائية عبارة عن شحنة قصيرة عبر الخلية بأكملها تبلغ حوالي 0.15 فولت (0.085 +0.065).

ولكن هنا & # 8217s المشكلة. هذا التوجيه الموجه للشحنات لا يستمر طويلاً. في وقت قصير ، تغلق المسام الموجودة على الجانب الأملس ، وتعود الخلية إلى حالة الراحة. لذلك إذا خرجت إشارة عصبية طبيعية من الدماغ إلى كل خلية كهربائية ، فإن الإشارة ستصل إلى الخلايا الأولى في المكدس قبل أن تصل إلى الخلايا في نهاية المجموعة. بحلول الوقت الذي أطلقت فيه الخلايا في النهاية ، كانت الخلايا الموجودة في البداية قد أغلقت بالفعل مرة أخرى. بطريقة ما ، يجب أن يقوم ثعبان البحر الكهربائي بمزامنة إطلاق آلاف الخلايا الكهربية في كومة بحيث يتم تشغيلها جميعًا في نفس الوقت وتجميعها معًا لإنشاء الجهد الكبير اللازم لصدمة فريسة الأسماك. كيف يعمل هذا بالضبط غير معروف حتى الآن ، ولكن يبدو أن هناك ثلاثة عوامل على الأقل متضمنة:

  1. الألياف العصبية الأقرب إلى الرأس أصغر من تلك الموجودة بالقرب من الذيل.
  2. تميل الأعصاب الأقرب إلى الرأس أيضًا إلى اتخاذ مسار متعرج أكثر من الأعصاب القريبة من الذيل.
  3. تُستخدم إشارات كيميائية أبطأ في الألياف العصبية الأقرب إلى الرأس.

تميل كل هذه العوامل إلى إبطاء الإشارات العصبية بالقرب من الرأس وتسريع الإشارات القريبة من الذيل. هذا يعادل وصول الإشارة ، ويسمح لجميع الخلايا الكهربية في المكدس بإطلاق النار في نفس الوقت.

لماذا لا تصدم الثعابين الكهربائية نفسها؟ من الأسئلة الشائعة جدًا التي يطرحها الأشخاص الذين يتعلمون عن القوى المذهلة لثعابين السمك الكهربائية & # 8220 لماذا لا تصدم الثعابين الكهربائية نفسها؟ & # 8221 بعد كل شيء ، هم & # 8217re في نفس المياه مثل فرائسهم - ويتولد التيار داخلهم مباشرة. جزء من الإجابة على هذا السؤال هو أنهم ربما يفعلون ، في الواقع ، صدمة لأنفسهم. وقد لوحظ أن الثعابين الكهربائية أثناء عملية الصدمة تلتف وتضرب قليلاً ، تمامًا كما لو كانت تتعرض للصدمة. لكن من الواضح أن هذه الصدمة ، التي قد يتعرضون لها مرارًا وتكرارًا ، لا تعيقهم. أحد الاحتمالات هو أن الثعابين قد تطورت لتكون مقاومة للألم والضرر الناجم عن الصدمة. إنهم يشعرون بالصدمة ، لكنها لا تزعجهم بقدر ما تزعج الحيوانات الأخرى. قد يكون أيضًا أن ثعبان البحر معزول عن صدماته الخاصة. بالطبع ، يمكن & # 8217t أن تكون معزولة تمامًا. إذا كانت ستصدم الماء وفريستها ، فيجب أن تكون مفتوحة كهربائياً للتيار الخارج والعودة. تذكر ، مع ذلك ، أن جميع الأعضاء الحيوية لثعبان البحر تقع بالقرب من رأسه. من الممكن أن يكون ثعبان السمك مصنوعًا كهربائيًا بحيث يتم عزل الرأس والأعضاء الداخلية في الغالب ويتدفق التيار من وإلى باقي الجسم. هذا بالإضافة إلى التسامح مع تأثير الصدمات قد يوفر الجواب.


"تجربة مروعة للغاية"

أثناء إجراء التجارب السابقة ، نقلت كاتانيا ثعابين من حوض مائي منزلي إلى غرفة تجريبية بشبكة بها حافة معدنية ومقبض.

ولاحظ أنه مع اقتراب الشبكة ، كان ثعبان السمك يستدير وينقض في كثير من الأحيان.

تقول كاتانيا ، التي نُشرت دراستها في 6 يونيو في المجلة: "ستضغط ذقنها على المقبض وتنفجر خارج الماء لأعلى على طول المقبض باتجاه يدي" وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

"كنت أرتدي قفازات ، لذلك لم أكن في خطر التعرض للصدمة ، لكنها كانت تجربة مروعة للغاية ، على أي حال". (راجع "الثعابين الكهربائية تستخدم" صاعق كهربائي "مدمج لصعق فرائسها عن بُعد.")

سمكة القفز ليست غريبة على الإطلاق - بعض الأنواع تفعل ذلك للهروب من التهديدات ، على سبيل المثال.

لكن كاتانيا لاحظت أن الثعابين الكهربائية كانت تنسق قفزاتها مع وابل من النبضات عالية الجهد ، مما يشير إلى أن هذا قد يكون أكثر من مجرد استجابة هروب بسيطة.


كيف لا يصعق ثعبان السمك الكهربائي نفسه؟

لا أعتقد أن الكهرباء التي تولدها ستتجنب الجهاز العصبي الخاص به.

مما أفهمه ، فإنهم يصدمون أنفسهم. نظرًا لأنه & # x27s موزعة على أجسامهم بالكامل وفقط لفترة وجيزة جدًا ، فلن يتأذوا. الصدمة كافية فقط لصعق فريسة صغيرة أو ترويع حيوان مفترس. إذا كان لديهم آلية ما لحماية أنفسهم منه ، فأنا لا أعتقد أننا نعرف ما هي.

في الواقع ، التيار الناتج ليس تافهًا على الإطلاق في العديد من الثعابين الكهربائية. يكفي لقتل الحيوانات المفترسة الصغيرة ، مثل كايمان.

تتلقى الثعابين الكهربائية & quot؛ تغذية مرتجعة & quot؛ من تصريفاتها. بدونها سيكونون في الواقع يجدون صعوبة كبيرة في البقاء على قيد الحياة.

الثعابين الكهربائية هي جزء من مجموعة من الأسماك الكهربائية المعروفة باسم الجمنازيوم ، والمعروفة باسم الأسماك الكهربائية في أمريكا الجنوبية. تمتلك هذه الحيوانات جهازًا عضليًا متخصصًا لتخزين وتفريغ الكهرباء ، ويعد ثعبان السمك الكهربائي الحالة الأكثر تطرفاً داخل الفرع. في حين أن الثعابين الكهربائية لديها القدرة على تسخير هذا العضو الكهربائي لصعق فرائسها ، إلا أن عباقرة الجمباز يعتمدون عليه لتحديد موقع فرائسهم من خلال الاستقبال الكهربائي (وهذا يشمل الثعابين الكهربائية). يشبه هذا في الأساس السونار ولكنه يستخدم كهرباء أنظمتنا العصبية والماء كموصل لإدراك العالم من حولنا.

نظرًا للمياه العكرة التي توجد بها معظم الجمنازيوم ، فإنهم يعتمدون على الاستقبال الكهربائي كأداة حسية أساسية للافتراس ، ومع تطورهم في هذه الظروف ، أصبحت عيونهم أثرية بشكل متزايد. قرأت ورقتين يقترحان أن ثعابين السمك الكهربائية البالغة ستصاب بالعمى في النهاية بسبب تلف القرنية الناتج عن تفريغها. لقد لاحظت بشكل مباشر تطور إعتام عدسة العين (؟) مع ثلاث عينات شابة أثناء نموها ، والتي بدا أنها تسرع في تطورها (ذروة التفريغ هي دالة على الطول). نظرًا لكونها أكبر نظام رياضي ، فإن النظام الغذائي للثعابين الكهربائية في البرية يتكون عادةً من أسماك كهربائية أخرى ، حيث تظهر على أنها & quot؛ نقطة & quot؛ في آلية الاستهداف الخاصة بها.

قصة قصيرة جدًا ، إذا كان ثعبان السمك الكهربائي معزولًا تمامًا ، فسيكون غير كفء تمامًا في الصيد وإدراك العالم من حوله.

مشاهدة هذه الحيوانات وهي تصطاد أمر مذهل ، خاصة مع وجود المعدات في الماء. عند ملاحظة تفريغ & quotkill / stun & quot ، يمكنك رؤية دقيقة من الحركة العضلية اللاإرادية التي يمكنني وصفها فقط بـ & quot؛ quot؛ clenching & quot. إن رؤيتها أنها مغذيات شفط ولن تعض قبل التفريغ / إذهال فرائسها ، فهذا أفضل مثال ملموس ، وإن كان شخصيًا ، يمكنني تقديمه فيما يتعلق بشعورهم بإفرازاتهم الخاصة.

في ملاحظة جانبية ، هذه الحيوانات إقليمية بشكل لا يصدق ، ومن واقع خبرتي ، نادرًا ما تتعايش عندما تنضج جنسيًا. لقد رأيت اثنين من الأفراد في وضعية القتال وفي النهاية يقاتلون من أجل الأرض ، والتي تضمنت تفريغًا متكررًا للجهد العالي جنبًا إلى جنب الى ابعد حد عضات عدوانية (عملت مع هذه الحيوانات لمدة عامين قبل هذا الحادث واكتسبت احترامًا جديدًا بعد أن شاهدت سلوكًا مشابهًا لفافات التمساح).

المصدر: أنا & # x27m عالم أحياء يهتم بهؤلاء المتشردين يوميًا.


ELI5: كيف تصطدم الثعابين الكهربائية الآخرين دون أن تصدم أنفسهم؟

إنهم يخاطرون بصدمة أنفسهم ، ويمكن أن يتأذوا إذا فعلوا ذلك. في الواقع ، ليس من غير المألوف بالنسبة لهم أن يصدموا أنفسهم أيضًا! في الواقع في بعض الأحيان يموتون بالفعل نتيجة لذلك. ومع ذلك ، يبدو أنهم تمكنوا من الحصول على مقاومة عالية نسبيًا ، ولا يطلقون سوى صدمات كبيرة بطرق خاضعة للرقابة.

تفرز من خلال أعضاء في الذيل ، وعندما تكون في وضع & quotpredator & quot ، فإنها تنحني في شكل U مع الفريسة بين الرأس والذيل. أدى هذا إلى زيادة تيار الفريسة إلى الحد الأقصى ، وتقليله بالنسبة إلى ثعبان البحر. عندما يهددها حيوان خوض ، أو فريسة صيد ليست سمكة ، فإنهم طفرة - قفزه يخرجون من الماء ويشدون رؤوسهم عليك ، ويصرفون. هم يستخدمون أنت الطريق الأسهل إلى الأرض ، وليس أنفسهم.

حقيقة أن الأعضاء الكهربائية في الذيل تعني أيضًا أن السمكة (إنها سمكة بالمناسبة ، وسمكة كبيرة ملعونه كاملة النمو) لا يتم تفريغها في أعضائها الحيوية. أبعد من كل ذلك بالرغم من ذلك. لا أحد يعرف حقًا! على وجه الخصوص ، لا أحد متأكد تمامًا من سبب كون ثعبان البحر أعلى مقاومة من فريسته والحيوانات المفترسة.


هل يمكن لثعبان كهربائي أن يقتلك؟

ما بدأ كرحلة صيد عادية لرجل برازيلي انتهى بمقطع فيديو صادم انتشر على نطاق واسع. بعد أن ألقى بحبل في منطقة الأمازون وأدرك أنه قد اصطاد ثعبانًا كهربائيًا ، رفع الرجل ثعبان البحر إلى ضفة النهر وغادر لاستعادة سكين. عندما عاد ، كان هناك شيء آخر يحد من صيد اليوم. كان الكيمن قد انطلق بجانب ثعبان البحر. عندما سجل الصياد رقمًا قياسيًا على هاتفه الذكي ، ذهب الزاحف الكبير للقتل - ومات عندما أطلق ثعبان البحر صدمة كهربائية عنيفة.

إذا واجهت صدمة من ثعبان كهربائي ، فهل ستقتلك؟ على الرغم من وجود حالات قليلة موثقة لأشخاص يموتون بسبب صدمة ثعبان البحر الكهربائية ، إلا أنه يمكن أن يحدث. قد تؤدي هزة واحدة إلى إعاقة الشخص لفترة كافية لإغراقه ، حتى في المياه الضحلة. يمكن أن تتسبب الصدمات المتعددة في توقف الشخص عن التنفس أو الدخول في قصور القلب.

قد يعتمد أيضًا ما إذا كانت صدمة ثعبان البحر الكهربائية قاتلة على حجم ثعبان البحر ، والذي ، بالمناسبة ، ليس ثعبانًا على الإطلاق. ثعبان البحر الكهربائي الكتروفوروس الكهربائي ، هي سمكة مصنفة في ترتيب الجمباز وهي ابن عم للكارب وسمك السلور. تملأ الثعابين الكهربائية الجداول والأنهار والبرك في أمريكا الجنوبية ويمكن أن تنمو بطول 8 أقدام (2.5 متر) ويصل وزنها إلى 44 رطلاً (20 كيلوجرامًا). على الرغم من أن الثعابين تعيش في الماء ، إلا أن هذه المخلوقات ذات الشكل السربنتين تطفو على السطح بشكل متكرر لاستنشاق الهواء. حتى عندما لا يشعرون بالتهديد ، فإنهم يصدرون شحنة كهربائية ثابتة تبلغ حوالي 10 فولت ، والتي تعمل كرادار لمساعدتهم في العثور على طريقهم في المياه الموحلة. كما أنهم يستخدمون الشحنة الكهربائية للتعرف على الأسماك والبرمائيات والطيور التي تأكلها [المصدر: ناشيونال جيوغرافيك].

سوف يولد ثعبان السمك الكهربائي الكامل حوالي 600 فولت من الكهرباء في رشقات نارية قصيرة ومكثفة تدوم حوالي 2 مللي ثانية فقط. تأتي هذه الشحنة الكهربائية من آلاف الخلايا العضلية التي تولد كل منها تيارًا صغيرًا. على سبيل المثال ، تمتلك ثعبان البحر الذي يبلغ طوله 6 أقدام حوالي 6000 خلية عضلية تعمل معًا لتوليد تلك 600 فولت ، وهو ما يعادل خمسة أضعاف الجهد الموجود داخل مقبس الحائط القياسي في الولايات المتحدة [المصدر: Caputi].

في حين أنه من غير الواضح سبب قدرة ثعبان البحر على الصدمة وأحيانًا الصعق بالكهرباء - أي قتل شيء ما بالصدمة - الأسماك والطيور والبرمائيات الأخرى دون توصيل جهد قاتل لجسمه ، هناك بعض النظريات. تقول إحدى هذه النظريات أن ثعبان السمك قد يشعر بالصدمة ، لكنه يتكوّن من مقاومة لدرجة أنه لا يعاني من الآثار الضارة [المصدر: بيليتير].


7 تعليقات على & ldquo القوة المفاجئة لصدمة ثعبان البحر الكهربائية & rdquo

من الأشياء التي تحيرني بشأن الثعابين الكهربائية والمخلوقات المماثلة ، ما هي التكيفات التي لديهم حتى لا يؤذوا أنفسهم؟

نعم رودي ، نقطة جيدة. سؤال آخر مثير للاهتمام هو كيف / لماذا قد تطور. تستخدم العديد من الحيوانات المفترسة الكهرباء لتحديد موقع فرائسها ولكن ما هي الخطوات التي تم اتخاذها لتتطور هذه الآلية من وسيلة للكشف إلى جهاز قتل كامل النفخ؟ OK & # 8216 half عين & # 8217 أفضل من عدم وجود عين على الإطلاق لتمييز الضوء عن الظلام ولكن & # 8216 صدمة كهربائية خفيفة بدلاً من عدم وجود صدمة كهربائية على الإطلاق & # 8217 ربما تكون أسوأ من عديمة الفائدة.
إليكم الأستاذ دوكينز & # 8230.

Haymaker 10 ديسمبر 2014 الساعة 4:01 صباحًا

نعم رودي ، نقطة جيدة. سؤال آخر مثير للاهتمام هو كيف / لماذا قد تطور. يستخدم العديد من الحيوانات المفترسة الكهرباء لتحديد موقع فرائسها ولكن ما هي الخطوات التي تم اتخاذها لتتطور هذه الآلية من وسيلة كشف إلى جهاز قتل كامل النفخ؟

لقد حددت الآلية التطورية ، لا تزال الثعابين الكهربائية تستخدم شحنات كهربائية صغيرة لإحداث نفض للفريسة الخفية والتخلي عن موقعها ، حتى يمكن اكتشافها.

هناك حالة مماثلة مع الحيتان والسونار.
تستخدم الحيتان الإسقاط الصوتي & # 8220 See & # 8221 فريسة في الأعماق المظلمة للمحيط ، (وللإبحار) ، لكن بعضها يستخدم رشقات صوتية عالية الكثافة كسلاح لصعق الفريسة.

من السهل فهم انتقال الكثافة المتزايدة تدريجياً على المقاييس الزمنية التطورية.

أظهرت شركة في المملكة المتحدة مؤخرًا استخدام اضطراب المجال الكهربائي للكشف عن وجود أكياس متحركة من المنحل بالكهرباء وعدد # 8230 شخصًا. إنه بسيط ولكن يجب أن يكون هناك مجال كهربائي في المقام الأول. أكياس المنحل بالكهرباء & # 8220 قصيرة خارج & # 8221 المجال وتشوه شكله في البيئة. يمكن استشعار التغييرات في هذا الشكل واكتشاف الجسم المتحرك. Movement though is essential for detection. It may be that sensor fields generated are detected and reacted to by the target fish with a learned sudden cessation of movement to “hide”, but which only confirms to the electric predator a tasty bag of electrolyte, rather than some drift related vegetable matter. Slightly higher sense field strengths may invoke an involuntary muscle twich as shocks are inclined to do when fairly mild. This can better pinpoint the position of the snack. Closing in and learning to give more shocks, close enough together can stack up the twitch response so as to make muscles in the target lock up, as described.

The evolution of higher strengths merely increases the range of these mooted capabilities. The eel could increase field strength just to improve range range of detection and then discover, getting very close to its still/hiding target that a pulse can cause a twitch. Causing twitches at a greater distance would be evolved for, to force a more useful disclosure of the target. Etc. Then improved range for stunning would continue the process.

I worked on a 30kW high audio frequency side scan sonar once for wide strip deep ocean floor mapping. The Admiralty for a while considered it as a possible offensive weapon against Soviet subs in policing operations. The Min. of Ag and Fish wondered if it could be used by the fishing industry. It could and was as ghastly as fishing with dynamite. I got out of there, before any of this and promised myself after finding this out only to use “my powers” for good…

I was thinking it was a defensive system long before it ever became a controlled offensive tool. A byproduct of its nervous system as it tried to get away?

A very common question asked by people who learn about the amazing
powers of electric eels is “Why don’t electric eels shock themselves?”
After all, they’re in the same water as their prey – and the current
is being generated right inside them. Part of the answer to that
question is that they probably do, in fact, shock themselves. Electric
eels in the process of shocking have been observed to curl up and
thrash a bit, just as if they were being shocked. But clearly, this
shock, something they would experience repeatedly, doesn’t
incapacitate them. One possibility is that the eels have evolved to be
resistant to the pain and damage caused by shocking. They feel the
shock, but it doesn’t bother them as much as it might bother other
الحيوانات. It could also be that the eel is insulated from its own
الصدمات. Of course, it can’t be completely insulated. If it is going to
shock the water and its prey, it has to be electrically open to
current going out and coming back. Remember, however, that all the
eel’s vital organs are located very close to its head. It’s possible
that the eel is electrically constructed so that it’s head and
internal organs are mostly insulated and the current flows out from
and back into the rest of the body. This combined with a tolerance to
the effect of shocks might provide the answer.

For the purposes of comparison, an eel’s body has roughly the same
dimensions as an adult man’s arm. To cause an arm to spasm, 200
milliamps of current must be flowing into it for 50 milliseconds. ان
eel generates much less energy than that because its current flows for
only 2 milliseconds.

I have been an electrician for 40 years and I can tell you, the shocks you get when you don’t expect them hurt more than the ones when you do. Its less of a shock to receive the shock, if you see what I mean. I have only been caught once where the shock was more than just a second. It went on for about eight to ten seconds and, thankfully, only through one hand. It burned my skin quite deeply but did not go through my heart to cause ventricular fibrillation. Still, 8 seconds in between worlds was the strangest experience.

That’s a good question. Size could be one of those adaptations. Eels can stun smaller fish but can’t really seriously harm bigger fish like tuna, sharks or rays. According to askanaturalist.com, electric eels can reach 6 feet in length and 45 pounds in weight. So evolving a large body is probably one of adaptations: they feel the shock but are not seriously harmed by it. Maybe they also develop some kind of physical tolerance to them.

The fact that all their vital organs are close to their head could be another. Maybe their brain and organs are enclosed in some kind of insulating membrane? These fish are quite fascinating and certainly deserve more in depth study. I am convinced we have a lot of things to learn from them.


شاهد الفيديو: كيف يولد ثعبان البحر الكهرباء تحت سطح الماء دون صعق نفسه (قد 2022).


تعليقات:

  1. Marsyas

    بالطبع ، أتوسل إلى العفو الخاص بك ، هناك اقتراح لاتخاذ مسار مختلف.

  2. Ulmar

    أجد أنك لست على حق. أنا متأكد. أدعوك للمناقشة. اكتب في رئيس الوزراء ، سوف نتحدث.



اكتب رسالة