电鳗发电的原理是什么?

作者:叫我电气小混混
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电鳗(学名:Electrophorus electricus)是一种以能短暂强力放电而闻名的淡水鱼类,生活在南美洲亚马逊河和圭亚那河流域。

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配图中的电鳗是线翎电鳗,主要用微弱电流来感知周围环境,因为他眼睛已经退化。
主流上说的电鳗应该是特指 E. electricus 的。

感谢 @吳易易 指出。

电鳗是鱼类中放电能力最强的淡水鱼类,有 水中高压线 之称。

电鳗的放电能力来自于它特化的肌肉组织 所构成的放电体。

  • 电鳗尾部两侧的肌肉由规则排列着的 6000~10000 枚肌肉薄片组成,薄片之间有结缔组织相隔,并有许多神经直通中枢神经系统。
  • 电鳗的头部是正极,尾部是负极,每枚肌肉薄片像一个小电池,只能产生 150 毫伏的电压,但近万个“小电池”串联起来,放电时的电压便高达 600~800V,这种高电压只能维持非常短暂的时间。
  • 电鳗之所以能不被自己或同类电到,那是因为电鳗体内的脂肪组织有很好的绝缘作用,而且电鳗本身已很适应微弱的带电环境。

2014 年 6 月《Science》发表了研究人员关于电鳗发电的最新研究成果。

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该研究揭晓了 电鳗首次进化形成带电能力源自 2 亿年前, 带有发电器官的电鳗共经历了 6 次进化,逐渐完善其放电能力, 并首次解码电鳗的基因之谜

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[Refer to [2]]

研究指出,1-2 亿年前,一些鳗鱼物种通过进化肌肉细胞为发电细胞,开始增强电能,逐次组织细胞并制造更多的电能。研究报告合著作者、美国威斯康星大学麦迪逊分校研究生琳赛-特雷格 (Lindsay Traeger) 说:

“进化改变了肌肉细胞的收缩能力,使其在细胞膜的蛋白质分布规律发生变化,目前所有发电细胞推动离子穿过细胞膜,形成大量的正电荷电流。”

参考资料

[1] 電鰻

[2] Gallant J R, Traeger L L, Volkening J D, et al. Genomic basis for the convergent evolution of electric organs[J]. Science, 2014, 344(6191): 1522-1525.

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