Anghila electrica -Electric eel
| Țipar electric | |
|---|---|
|
|
| Anghilă electrică la acvariul din New England | |
Clasificarea științifică 
|
|
| Regatul: | Animalia |
| Filum: | Chordata |
| Clasă: | Actinopterygii |
| Ordin: | Gymnotiformes |
| Familie: | Gymnotidae |
| Gen: |
Electrophorus ( TN Gill , 1864) |
| Specie tip | |
|
Electrophorus electricus ( Linné , 1766)
|
|
| Specie | |
|
|
| Sinonime | |
Anghilele electrice sunt un gen , Electrophorus , de pești neotropicali de apă dulce din America de Sud din familia Gymnotidae . Sunt cunoscuți pentru capacitatea lor de a-și asoma prada prin generarea de electricitate, furnizând șocuri de până la 860 de volți . Capacitățile lor electrice au fost studiate pentru prima dată în 1775, contribuind la inventarea în 1800 a bateriei electrice .
În ciuda numelui lor, anghilele electrice nu sunt strâns înrudite cu adevăratele anghile ( Anguilliformes ), dar sunt membri ai ordinului peștilor cuțit electroreceptivi , Gymnotiformes . Această ordine este mai strâns legată de somn . În 2019, anghilele electrice au fost împărțite în trei specii: cu mai bine de două secole înainte de aceasta, se credea că genul este monotipic , conținând doar Electrophorus electricus .
Sunt animale nocturne, care respiră aer, cu vedere slabă completată de electrolocație; ei mănâncă în principal pește. Anghilele electrice cresc atâta timp cât trăiesc, adăugând mai multe vertebre coloanei vertebrale. Masculii sunt mai mari decât femelele. Unele exemplare captive trăiesc de peste 20 de ani.
Evoluţie
Taxonomie
Când specia definită acum ca Electrophorus electricus a fost descrisă inițial de Carl Linnaeus în 1766, pe baza cercetărilor timpurii de teren efectuate de europenii din America de Sud și a specimenelor trimise înapoi în Europa pentru studiu, el a folosit numele Gymnotus electricus , plasându-l în același gen ca și Gymnotus carapo (peștele cuțit cu bandă). El a observat că peștele provine din râurile din Surinam , că provoacă șocuri dureroase și că avea mici gropi în jurul capului.
În 1864, Theodore Gill a mutat anghila electrică în propriul gen, Electrophorus . Numele provine din grecescul ήλεκτρον („ ḗlektron ”, chihlimbar , o substanță capabilă să rețină electricitatea statică ) și ϕέρω („ phéro ”, eu port), dând sensul „purtător de electricitate”. În 1872, Gill a decis că anghila electrică era suficient de distinctă pentru a avea propria sa familie, Electrophoridae. În 1998, Albert și Campos-da-Paz au combinat genul Electrophorus cu familia Gymnotidae , alături de Gymnotus , la fel ca și Ferraris și colegii lor în 2017.
În 2019, C. David de Santana și colegii au împărțit E. electricus în trei specii pe baza divergenței ADN-ului, ecologie și habitat, anatomie și fiziologie și capacitatea electrică. Cele trei specii sunt E. electricus (acum într-un sens mai restrâns decât înainte) și cele două specii noi E. voltai și E. varii .
Filogenie
Anghilele electrice formează o clădă de pești puternic electrici din ordinul Gymnotiformes , peștii cuțite din America de Sud. Anghilele electrice nu sunt astfel strâns legate de anghilele adevărate (Anguilliformes). Se estimează că descendența genului Electrophorus s-a despărțit de taxonul soră Gymnotus cândva în Cretacic . Majoritatea peștilor cuțite sunt slab electrice, capabile să electrolocalizeze activ, dar nu să emită șocuri. Relațiile lor, așa cum se arată în cladogramă, au fost analizate prin secvențierea ADN-ului lor mitocondrial în 2019. Peștii care se electrolocalizează activ sunt marcați cu un mic fulger galben 
. Peștii capabili să furnizeze șocuri electrice sunt marcați cu un fulger roșu 
.
| Otophysi |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
_Congo_River.jpeg){kind=small}
.jpg){kind=small}
.jpg){kind=small}
Specie
Există trei specii descrise în gen, care nu diferă semnificativ în forma corpului sau colorația:
- Electrophorus electricus ( Linnaeus , 1766) Aceasta, specia tip , are un cap în formă de U, cu craniul și cleithrum turtite .
- Electrophorus voltai (de Santana, Wosiacki, Crampton, Sabaj, Dillman, Castro e Castro, Bastos and Vari, 2019) Această specie este cel mai puternic generator de bioelectricitate din natură, capabil să genereze 860 V. La fel ca E. electricus , această specie are o aplatizare craniul și cleithrum, dar capul este mai mult în formă de ou.
- Electrophorus varii (de Santana, Wosiacki, Crampton, Sabaj, Dillman, Mendes-Júnior și Castro e Castro, 2019) În comparație cu celelalte două specii, aceasta are un craniu și un cleithrum mai gros, dar forma capului este mai variabilă.
E. varii pare să se fi îndepărtat de celelalte specii în jur de 7,1 milioane de ani în timpul Miocenului târziu , în timp ce E. electricus și E. voltai s-ar putea fi împărțit în jur de 3,6 milioane de ani în timpul Pliocenului .
Ecologie
Cele trei specii au în mare parte distribuții care nu se suprapun în partea de nord a Americii de Sud. E. electricus este nordic, limitat la Scutul Guyanei , în timp ce E. voltai este sudic, variind de la scutul brazilian spre nord; ambele specii trăiesc în apele montane. E. varii este centrală, în mare parte în zonele joase. Regiunea de câmpie a lui E. varii este un mediu variabil, cu habitate variind de la pâraie prin pășuni și râpe până la iazuri și schimbări mari ale nivelului apei între anotimpurile umede și uscate . Toți trăiesc pe fundul râurilor noroioase și uneori pe mlaștini, favorizând zonele cu umbră adâncă. Ei pot tolera apa cu conținut scăzut de oxigen în timp ce înoată la suprafață pentru a respira aer.
Anghilele electrice sunt în mare parte nocturne . E. volti mănâncă în principal pește, în special somnul blindat Megalechis thoracata . Un exemplar de E. voltai avea un caecilian (un amfibian fără picioare), Typhlonectes compressicauda , în stomac; este posibil ca aceasta să însemne că specia este rezistentă la secrețiile cutanate toxice ale cecilianului. E. voltai vânează uneori în haite; și s-au observat că țintesc un banc de tetra , apoi le-au strâns și lansează lovituri comune asupra peștilor strânși. Cealaltă specie, E. varii , este, de asemenea, un pești prădător ; pradă în special Callichthyidae (somn blindați) și Cichlidae (cichlide).
Biologie
Biologie generală
.JPG)
Anghilele electrice au corpuri lungi, robuste, asemănătoare anghilei, fiind oarecum cilindrice în față, dar mai turtite spre capătul cozii. E. electricus poate atinge 2 m (6 ft 7 in) în lungime și 20 kg (44 lb) în greutate. Gura este în partea din față a botului și se deschide în sus . Au pielea netedă, groasă, maro până la neagră, cu un sub burtă galben sau roșu și fără solzi . Înotătoarele pectorale posedă fiecare opt oase radiale minuscule la vârf. Au peste 100 de vertebre preventive (excluzând coada), în timp ce alte gimnotide au până la 51 dintre acestea; pot fi până la 300 de vertebre în total. Nu există o limită clară între înotătoarea caudală și înotătoarea anală , care se extinde pe o mare parte din lungimea corpului pe partea inferioară și are peste 400 de raze osoase . Anghilele electrice se bazează pe mișcările în formă de valuri ale înotătoarei anale alungite pentru a se propulsa prin apă. Cavitatea corpului ajunge în vârful cozii.
Anghilele electrice își obțin cea mai mare parte a oxigenului respirând aer folosind pomparea bucală . Acest lucru le permite să trăiască în habitate cu niveluri de oxigen foarte variate, inclusiv pâraie, mlaștini și bazine. Unic printre gimnotide, cavitatea bucală este căptușită cu o mucoasă care are o cantitate bogată de sânge, permițând schimbul de gaze între aer și sânge. Aproximativ la fiecare două minute, peștele ia aer prin gură, îl ține în cavitatea bucală și îl expulzează prin deschiderile operculare din lateralele capului. Spre deosebire de alți pești care respiră aer, branhiile mici ale anghilelor electrice nu aerisesc atunci când iau aer. Majoritatea dioxidului de carbon produs este expulzat prin piele. Acești pești pot supraviețui pe uscat câteva ore dacă pielea lor este suficient de umedă.
Anghilele electrice au ochi mici și vedere slabă. Ei sunt capabili să audă prin intermediul unui aparat Weberian , care constă din oase minuscule care conectează urechea internă de vezica natatoare . Toate organele vitale sunt împachetate în partea din față a animalului, ocupând doar 20% din spațiu și sechestrate de organele electrice.
Electrofiziologie
Anghilele electrice își pot localiza prada folosind electroreceptori derivați din organul liniei laterale din cap. Linia laterală în sine este mecanosenzorială , permițându-le să simtă mișcările apei create de animalele din apropiere. Canalele liniei laterale sunt sub piele, dar poziția lor este vizibilă ca linii de gropi pe cap. Anghilele electrice își folosesc receptorii tuberoși sensibili la frecvență înaltă , distribuiți în pete pe corp, pentru a vâna alți pești-cuțit.
.jpg)
Anghilele electrice au trei perechi de organe electrice , dispuse longitudinal: organul principal, organul lui Hunter și organul lui Sachs. Aceste organe oferă anghilelor electrice capacitatea de a genera două tipuri de descărcări de organe electrice : de joasă tensiune și de înaltă tensiune. Organele sunt formate din electrocite , modificate din celulele musculare . Ca și celulele musculare, electrocitele anghilei electrice conțin proteinele actină și desmină , dar acolo unde proteinele celulelor musculare formează o structură densă de fibrile paralele , în electrocite formează o rețea liberă. Cinci forme diferite de desmină apar în electrocite, comparativ cu două sau trei în mușchi, dar funcția sa în electrocite a rămas necunoscută din 2017.
Proteinele canalului de potasiu implicate în descărcarea organelor electrice, inclusiv KCNA1 , KCNH6 și KCNJ12 , sunt distribuite diferit între cele trei organe electrice: cele mai multe astfel de proteine sunt cele mai abundente în organul principal și mai puțin abundente în organul lui Sachs, dar KCNH6 este cel mai abundent în organul lui Sachs. organ. Organul principal și organul lui Hunter sunt bogate în proteina calmodulină , implicată în controlul nivelului ionilor de calciu. Calmodulina și calciul ajută la reglarea canalelor de sodiu dependente de tensiune care creează descărcarea electrică. Aceste organe sunt, de asemenea, bogate în ATPaza de sodiu și potasiu , o pompă de ioni folosită pentru a crea o diferență de potențial între membranele celulare.
Descărcarea maximă de la orga principală este de cel puțin 600 de volți , ceea ce face din anghila electrică cea mai puternică dintre toți peștii electrici. Peștii de apă dulce precum anghila electrică necesită o tensiune mare pentru a produce un șoc puternic deoarece apa dulce are rezistență ridicată ; peștii marini electrici puternici, cum ar fi raza torpilă , dau un șoc la o tensiune mult mai mică, dar un curent mult mai mare. Anghila electrică își produce descărcarea puternică extrem de rapid, cu o rată de până la 500 de herți , ceea ce înseamnă că fiecare șoc durează doar aproximativ două milisecunde. Pentru a genera o tensiune înaltă, o anghilă electrică stivuiește aproximativ 6000 de electrocite în serie (longitudinal) în organul său principal; organul conține aproximativ 35 de astfel de stive în paralel, pe fiecare parte a corpului. Capacitatea de a produce impulsuri de înaltă tensiune și de înaltă frecvență îi permite în plus anghilei electrice să electrolocalizeze prada care se mișcă rapid. Curentul electric total furnizat în timpul fiecărui impuls poate ajunge la aproximativ 1 amper .
Rămâne neclar de ce anghilele electrice au trei organe electrice, dar practic produc două tipuri de descărcare, pentru a electrolocaliza sau pentru a asoma. În 2021, Jun Xu și colegii au declarat că organul lui Hunter produce un al treilea tip de descărcare la o tensiune medie de 38,5 până la 56,5 volți. Măsurătorile lor indică faptul că aceasta este produsă o singură dată, pentru mai puțin de 2 milisecunde, după descărcarea de joasă tensiune a organului lui Sachs și înainte de descărcarea de înaltă tensiune a organului principal. Ei au crezut că acest lucru este insuficient pentru a stimula un răspuns din partea prăzii, așa că au sugerat că ar putea avea funcția de coordonare în corpul anghilei electrice, poate prin echilibrarea sarcinii electrice, dar afirmă că sunt necesare mai multe cercetări.
Când o anghilă electrică identifică prada, creierul său trimite un semnal nervos organului electric; celulele nervoase implicate eliberează neurotransmițătorul chimic acetilcolină pentru a declanșa o descărcare electrică de organ. Aceasta deschide canalele ionice , permițând sodiului să curgă în electrocite, inversând momentan polaritatea. Descărcarea se încheie printr-o ieșire de ioni de potasiu printr-un set separat de canale ionice. Cauzând o diferență bruscă de potențial electric , generează un curent electric într-un mod similar cu o baterie , în care celulele sunt stivuite pentru a produce o tensiune totală de ieșire dorită. S-a sugerat că organul lui Sachs este folosit pentru electrolocalizare; descărcarea sa este de aproape 10 volți la o frecvență de aproximativ 25 Hz. Orga principală, susținută într-un fel de organul lui Hunter, este folosit pentru a asoma prada sau pentru a descuraja prădătorii; poate emite semnale la viteze de câteva sute de herți. Anghilele electrice pot concentra descărcarea pentru a asoma mai eficient prada, încurcându-se și făcând contact cu prada în două puncte de-a lungul corpului. De asemenea, s-a sugerat că anghilele electrice pot controla sistemele nervoase și mușchii prăzii prin impulsuri electrice, împiedicând prada să scape sau forțând-o să se miște pentru a o putea localiza, dar acest lucru a fost contestat. În autoapărare , s-a observat că anghilele electrice sar din apă pentru a furniza șocuri electrice animalelor care ar putea reprezenta o amenințare. Șocurile de la anghilele electrice care săreau sunt suficient de puternice pentru a alunga animalele mari precum caii.
Ciclu de viață
Anghilele electrice se reproduc in timpul sezonului uscat, din septembrie pana in decembrie. În acest timp, perechile mascul-femeie sunt văzute în bazine mici lăsate în urmă după ce nivelul apei scade. Masculul își face un cuib folosind saliva și femela depune în jur de 1.200 de ouă pentru fertilizare . Puii eclozează șapte zile mai târziu, iar mamele continuă să depună ouă periodic pe tot parcursul sezonului de reproducere, făcându-le reproducători fracționați. Când ating 15 mm (0,59 inchi), larvele eclozate consumă orice ouă rămase, iar după ce ajung la 9 cm (3,5 inchi) încep să mănânce alte alimente. Anghilele electrice sunt dimorfe din punct de vedere sexual , masculii devenind activi din punct de vedere reproductiv la 1,2 m (3 ft 11 in) lungime și cresc mai mari decât femelele; femelele încep să se reproducă la o lungime a corpului de aproximativ 70 cm (2 ft 4 in). Adulții oferă îngrijire parentală prelungită cu o durată de patru luni. E. electricus și E. voltai , cele două specii de munte care trăiesc în râurile cu curgere rapidă, par să folosească mai puțin îngrijirea părinților. Masculul oferă protecție atât pentru pui, cât și pentru cuib. Exemplarele captive au trăit uneori peste 20 de ani.
Pe măsură ce peștii cresc, ei adaugă continuu mai multe vertebre coloanei vertebrale. Orga principală este primul organ electric care se dezvoltă, urmat de organul lui Sachs și apoi organul lui Hunter. Toate organele electrice sunt diferențiate de momentul în care corpul atinge o lungime de 23 cm (9,1 inchi). Anghilele electrice sunt capabile să producă descărcări electrice atunci când sunt mici de 7 cm (2,8 inchi).
Interacțiuni cu oamenii
Cercetare timpurie
Naturaliştii Bertrand Bajon, un chirurg militar francez din Guyana Franceză , şi iezuitul Ramón M. Termeyer din bazinul River Plate , au efectuat experimente timpurii asupra descărcărilor amortitoare ale anghilelor electrice în anii 1760. În 1775, „torpila” (raza electrică) a fost studiată de John Walsh ; ambii pesti au fost disecati de chirurgul si anatomistul John Hunter . Hunter a informat Societatea Regală că „Gymnotus Electricus [...] seamănă foarte mult cu o anghilă [...], dar nu are niciuna dintre proprietățile specifice ale acelui pește”. El a observat că existau „două perechi de aceste organe [electrice], unul mai mare [organul principal] și unul mai mic [organul lui Hunter]; câte unul fiind plasat pe fiecare parte”, și că ele ocupau „poate [...] mai mult peste o treime din întregul animal [ca volum]”. El a descris structura organelor (stivele de electrocite) ca fiind „extrem de simplă și regulată, constând din două părți; adică pereții sau septuri plate și diviziuni încrucișate între ele”. El a măsurat electrocitele cu o grosime de 1 ⁄ 17 inch (1,5 mm) în organul principal și 1 ⁄ 56 inch (0,45 mm) grosime în organul lui Hunter.
Chirurgul John Hunter a disecat o anghilă electrică în 1775.
„Gymnotus Electricus” al lui Hunter, partea inferioară și superioară, 1775.Figura ocupa patru pagini din lucrarea sa pentru Societatea Regală .
Secțiune transversală:C=Mușchii spatelui, H=organul principal, I=organul lui Hunter
Disecție, care arată organele electrice din interiorul corpului. În dreapta, pielea este pliată înapoi pentru a dezvălui organul principal deasupra organului lui Hunter.
Tot în 1775, medicul și politicianul american Hugh Williamson , care studiase cu Hunter, a prezentat o lucrare „Experimente și observații asupra Gymnotus Electricus, sau anghilă electrică” la Royal Society. El a raportat o serie de experimente, cum ar fi „7. Pentru a descoperi dacă anghila a ucis acei pești printr-o emisie a aceluiași fluid [electric] cu care mi-a afectat mâna când l-am atins, mi-am pus mâna în apă, la oarecare distanță de anghilă; un alt pește pisică a fost aruncat în apă; anghila a înotat până la ea ... [și] i-a dat un șoc, prin care și-a întors instantaneu burta și a continuat nemișcat; la chiar în acel moment am simțit o astfel de senzație în articulațiile degetelor mele ca în experimentul 4.” și „12. În loc să bag mâna în apă, la distanță de anghilă, ca în ultimul experiment, i-am atins coada, ca să nu-l jignesc, în timp ce asistentul meu i-a atins capul mai aspru; am primit amândoi. un șoc sever.”
Studiile lui Williamson, Walsh și Hunter par să fi influențat gândirea lui Luigi Galvani și Alessandro Volta . Galvani a fondat electrofiziologia , cu cercetări asupra modului în care electricitatea face să tremure piciorul unei broaște; Volta a început electrochimia , odată cu inventarea bateriei electrice .
În 1800, exploratorul Alexander von Humboldt s-a alăturat unui grup de indigeni care mergeau la pescuit cu cai, dintre care vreo treizeci i-au urmărit în apă. Bătănirea copitelor cailor, a remarcat el, a scos peștii, cu o lungime de până la 5 picioare (1,5 m) din noroi și i-a determinat să atace, ridicându-se din apă și folosind electricitatea pentru a șoca caii. A văzut doi cai uluiți de șocuri și apoi s-au înecat. Anghilele electrice, care au dat multe șocuri, „au nevoie acum de odihnă îndelungată și de multă hrană pentru a înlocui pierderea de putere galvanică pe care au suferit-o”, „au înotat timid până la malul iazului” și au fost prinse cu ușurință folosind mici harpoane pe frânghii. . Humboldt a consemnat că oamenii nu mâncau organele electrice și că se temeau atât de mult de pești încât nu le-ar pescui în mod obișnuit.
În 1839, chimistul Michael Faraday a testat pe larg proprietățile electrice ale unei anghile electrice importate din Surinam. Timp de patru luni, el a măsurat impulsurile electrice produse de animal prin apăsarea paletelor și șeilor în formă de cupru pe specimen. Prin această metodă, el a determinat și cuantificat direcția și magnitudinea curentului electric și a dovedit că impulsurile animalului sunt electrice, observând scântei și deviații pe un galvanometru . El a observat că anghila electrică crește șocul încolăcindu-se în jurul pradei sale, peștele pradă „reprezentând un diametru” peste bobină. El a comparat cantitatea de sarcină electrică eliberată de pește cu „electricitatea unei baterii Leyden de cincisprezece borcane, care conține 23.000 cm 2 (3.500 sq in) de sticlă acoperită pe ambele părți, încărcată la cel mai înalt grad”.
Zoologul german Carl Sachs a fost trimis în America Latină de către fiziologul Emil du Bois-Reymond , pentru a studia anghila electrică; a luat cu el un galvanometru și electrozi pentru a măsura descărcarea organului electric al peștelui și a folosit mănuși de cauciuc pentru a-i permite să prindă peștele fără a fi șocat, spre surprinderea localnicilor. Și-a publicat cercetările despre pește, inclusiv descoperirea a ceea ce se numește acum organul lui Sachs, în 1877.
Impresia artistică a experienței lui Alexander von Humboldt din 1800 de a vâna anghile electrice folosind o turmă de cai, așa cum este relatată în Călătoria sa din 1859 în regiunile echinocțiale ale noului continent . Desen de James Hope Stewart ; gravură de William Home Lizars .
Schema lui Michael Faraday a configurației pentru „Cercetări experimentale în electricitate” pe anghila electrică, 1838. Peștele se află într-o cadă circulară de lemn în apă puțin adâncă. El a observat că cel mai puternic șoc s-a obținut atunci când ambele mâini sau o pereche de palete de cupru au fost plasate în apă, la pozițiile 1 și 8, adică de capul și coada peștelui.
Electrocite artificiale
Cantitatea mare de electrocite disponibile în anghila electrică a permis biologilor să studieze canalul de sodiu dependent de tensiune în detaliu molecular. Canalul este un mecanism important, deoarece servește la declanșarea contracției musculare la multe specii, dar este greu de studiat în mușchi deoarece se găsește în cantități extrem de mici. În 2008, Jian Xu și David Lavan au proiectat celule artificiale care ar fi capabile să reproducă comportamentul electric al electrocitelor de anghilă electrică. Electrocitele artificiale ar folosi o selecție calculată de conductori la scară nanoscopică . Astfel de celule ar folosi transportul ionic așa cum fac electrocitele, cu o densitate mai mare a puterii de ieșire și conversia energiei mai eficient . Ei sugerează că astfel de electrocite artificiale ar putea fi dezvoltate ca sursă de energie pentru implanturi medicale , cum ar fi protezele retiniene și alte dispozitive microscopice. Ei comentează că lucrarea „a evidențiat modificări în proiectarea la nivel de sistem al electrocitelor” care ar putea crește atât densitatea energiei, cât și eficiența conversiei energiei. În 2009, au realizat protocelule sintetice care pot furniza aproximativ o douăzecime din densitatea de energie a unei baterii plumb-acid și o eficiență de conversie a energiei de 10%.
În 2016, Hao Sun și colegii au descris o familie de dispozitive electrice care imita anghilă, care servesc ca condensatori electrochimici de înaltă tensiune de ieșire . Acestea sunt fabricate ca fibre flexibile care pot fi țesute în textile. Sun și colegii săi sugerează că dispozitivele de stocare ar putea servi drept surse de energie pentru produse precum ceasurile electrice sau diodele emițătoare de lumină .
Note
Referințe
Bibliografie
- Moller, P. (1995). Peștii electrici: istorie și comportament . Springer. ISBN 978-0-412-37380-0.
linkuri externe
-
Mass-media legate de Electrophorus la Wikimedia Commons -
Date legate de Electrophorus la Wikispecies
