Como os peixes elétricos produzem eletricidade?

4 semanas ago
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Peixes elétricos produzem eletricidade com a ajuda de seus órgãos elétricos. Esses órgãos elétricos modificaram as células musculares chamadas eletrócitos que produzem eletricidade.

Os séculos 18 e 19 foram tempos eletrificados! Luigi Galvani descobriu a eletricidade animal eletrocutando um sapo para ver se seus músculos tremiam (eles fizeram). Alessandro Volta estava ocupado fazendo o que acabaria se transformando na bateria moderna. Alexander Von Humboldt, em toda a sua glória polímata, duvidava totalmente da eletricidade, animal e metálica, enquanto Michael Faraday estava revelando como a eletricidade e o magnetismo estavam conectados.

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Acredite ou não, o fio condutor do trabalho desses senhores é a enguia elétrica.

Ao longo dos anos, a enguia elétrica assustou inúmeros cavalos, inspirou cientistas e foi objeto de arte e música . Os cientistas descobriram recentemente que este peixe da Amazônia (seu nome é um nome impróprio, pois na verdade é um tipo de peixe – um peixe-faca, para ser específico) é na verdade três espécies diferentes de peixes – o Electrophorus electricus original e duas novas adições, E. voltai e E. varii. Então … como esses peixes produzem tensão de até 860V?

Enguia elétrica (Electrophorus electricus) (R. Maximiliane) S

A enguia elétrica é um dos peixes mais eletrificados quando se trata de valor de choque. A recentemente descoberta E. volta pode produzir até 860V de eletricidade. Ele vive nos rios da Amazônia e pode crescer até 8 pés de comprimento. (Crédito da foto: R. Maximiliane / Shutterstock)

Enguias elétricas não são os únicos peixes que podem produzir eletricidade. Há uma série de peixes que produzem eletricidade em diferentes capacidades. Em termos gerais, existem dois tipos de peixes elétricos, peixes fracamente elétricos e peixes fortemente elétricos. Peixes fracamente elétricos, como o peixe de nariz de elefante de Peter e o peixe-espada preto fantasma, não produzem eletricidade suficiente para chocar qualquer coisa, mas serve como um órgão sensorial, ajudando-os a se comunicar e interagir com o ambiente.

Peixes fortemente elétricos são aqueles que produzem ondas de choque que podem prejudicar. A enguia elétrica, um peixe-faca pertencente à família Gymnotidae , é o mais popular dessa variedade. O peixe-gato elétrico, o raio elétrico e o stargazer elétrico são outros zingers potentes. Esses peixes usam sua energia elétrica para uma variedade de propósitos, desde comunicação e eletrolocalização até caça ou defesa.

Sobre órgãos e baterias

Os peixes elétricos produzem eletricidade através de um órgão elétrico especializado. O órgão elétrico da enguia elétrica, por exemplo, ocupa cerca de 2/3 do corpo do peixe, que é dividido em três partes diferentes, cada uma produzindo uma natureza diferente da corrente elétrica. O órgão principal e o órgão de Hunter produzem correntes elétricas de alta dosagem, enquanto o órgão de Sach é responsável pelas baixas tensões. O raio elétrico tem dois grandes órgãos elétricos em ambos os lados da cabeça (alguns podem ter nas caudas), enquanto o peixe nariz de elefante de Pedro tem seu órgão elétrico perto da cauda.

Elektroplax Rochen

O raio elétrico tem seu órgão elétrico em ambos os lados da cabeça. (Crédito da foto: Alexander Graetz / Wikimedia Commons)

Dentro do órgão, existem células chamadas eletrócitos dispostas em colunas empilhadas, com várias colunas paralelas umas às outras, com espaços cheios de fluido entre elas. Os eletrócitos são células modificadas de origem muscular (na maioria dos casos) ou neural. Essas células geram o soco elétrico da enguia. O número de eletrócitos em uma coluna e o número de colunas determinam quanta eletricidade o peixe pode produzir.

Como os eletrócitos produzem eletricidade é fascinante e altamente específico. Os eletrócitos têm dois lados, um lado posterior que é inervado por um neurônio motor e um lado anterior que é ondulado e ligeiramente amarrotado. Sua membrana possui muitos canais minúsculos de proteínas que permitem seletivamente os íons sódio (Na + ) e potássio (K + ) (canais diferentes para cada um) fluir para dentro e para fora da célula.

Os eletrócitos mantêm um ambiente externo positivo e um ambiente interno negativo (relativamente) bombeando os íons Na + e K + . Mediante instruções do sistema nervoso (transportadas para o eletrócito pelo neurônio motor), os eletrócitos criam um dipolo.

enguia elétrica

Uma representação esquemática de como os eletrócitos nos peixes elétricos geram uma corrente elétrica.

O sinal do neurônio motor faz com que os canais iônicos no lado posterior bombeiem Na + e K + para a célula, enquanto o lado anterior continua bombeando os íons positivos para fora da célula. Isso fornece ao lado posterior da célula uma carga relativamente positiva (no interior da célula) e ao lado anterior uma carga negativa (no interior da célula). Voila, um dipolo foi criado e o peixe tem eletricidade.

Um eletrócito não pode fazer muito por si só, mas coletivamente, eles podem dar um soco. O modo como os eletrócitos são empilhados também faz diferença na eletricidade que produz (se o peixe prioriza uma corrente mais alta do que uma voltagem mais alta ou vice-versa). A enguia elétrica, por exemplo, pode ter até 6.000 eletrócitos em uma coluna. O raio elétrico (espécie Torpedo) possui muitas colunas mais curtas com 1.000 eletrócitos por coluna, uma vez que prioriza o aumento da sobretensão da corrente.

Padrões de um choque elétrico:

Os peixes elétricos podem emitir uma descarga de órgão elétrico (EOD), em pulsos ou de maneira sinusoidal. Além disso, eles podem produzir corrente contínua, corrente contínua (monofásica) ou corrente alternada (corrente bifásica).

O Brachyhypopomus walteri, um peixe fracamente elétrico, com uma longa cauda escorregadia e escamas alaranjadas, produz pulsos CA que soam como ‘pops’ quando convertidos em som. Seu parente B. bennetti produz pulsos DC.

Os peixes elétricos que produzem ondas são peixes fracamente elétricos, pois a EODs constantemente produzida é drenada energeticamente. A amplitude de seus EODs não é tão alta quanto alguns peixes elétricos que emitem pulsos, mas seu padrão de onda permite que seus sinais elétricos se escondam da detecção, pois a maioria dos peixes predadores pode sentir impulsos DC (como a enguia elétrica predatória e o peixe-gato elétrico) , em oposição à corrente CA.

Para que os peixes usam sua energia elétrica?

A maioria dos peixes elétricos usa a eletricidade como uma ferramenta sensorial, muito parecida com a visão, pequena e sensível ao toque. Para peixes de água doce, como o peixe-gato elétrico e a enguia elétrica que vivem nas águas escuras e escuras da Amazônia, a eletricidade substitui um sentido como a visão. Os peixes enviam um campo elétrico (através de seus EODs) e os receptores em suas membranas coletam informações sobre o ambiente. Esses eletrorreceptores (notáveis ​​nas enguias elétricas e nos bagres elétricos como caroços na pele) agem como voltímetros, detectando as mudanças no campo elétrico causadas pelo ambiente e determinando se algo pode ser jantar. Este vídeo mostra um peixe-faca usando sua localização eletrolítica.

Gnathonemus petersii - peixe com nariz de elefante (boban_nz) s

O peixe de nariz de elefante de Peter (Gnathonemus petersii) é um peixe fracamente elétrico que usa seu órgão elétrico como um dispositivo sensorial para permitir que “veja” seus arredores. Isso é chamado de eletrolocalização. (Crédito da foto: boban_nz / Shutterstock)

Às vezes, dois peixes elétricos com freqüências de descarga semelhantes se chocam, causando a sobreposição de seus campos elétricos. Para evitar interferências causadas pelos dois sinais, os peixes elétricos criaram um mecanismo inteligente chamado mecanismo de prevenção de interferência. O mecanismo de prevenção de interferência é quando os dois peixes mudam suas frequências de descarga dos vizinhos. Eles coletam informações com base no EOD do outro peixe e depois mudam de acordo. Os neurocientistas ficaram fascinados com a forma como os peixes elétricos são capazes de responder rapidamente ao ambiente para mudar seu campo elétrico.

Peixes fortemente elétricos, por outro lado, caçam com seu valor de choque. A recém-descoberta E. volta pode produzir até 860 V de eletricidade, o suficiente para desgastar presas de pequeno porte e dar a um mamífero maior um choque leve, mas surpreendente. A estratégia de caça da enguia elétrica é particularmente interessante.

Ele envia pulsos de EOD forte para descombobular o sistema nervoso de sua presa. Após a saraivada inicial de pulsos, ele volta com um EOD mais forte para matar suas presas. Kenneth Catania, pesquisador da Universidade de Vanderbilt, descobriu que as enguias elétricas se enrolam em torno de suas presas para paralisá-la completamente. Essa estratégia permite que a enguia maximize o impacto de seu choque.

A cabeça da enguia elétrica é positiva em comparação com a cauda, ​​que é mais negativa. O peixe tem essa natureza dipolo devido à direção do fluxo de carga positiva através de seu órgão elétrico. Ele coloca a cabeça carregada positivamente em uma extremidade da presa e a cauda carregada negativamente na outra extremidade e envia as ondas de choque. Feito o trabalho, a enguia engole toda a sua presa!

Por que o peixe não acaba se chocando?

O órgão elétrico do peixe fortemente elétrico é preenchido com tecido adiposo e conjuntivo. Quando o peixe libera seu choque, esses tecidos isolam o peixe de sua própria tática ofensiva. Os peixes elétricos também foram encontrados para expressar genes semelhantes que podem oferecer algum isolamento aos peixes.

Tamanho também desempenha um papel. A maioria dos peixes predadores fortemente elétricos são muito maiores em tamanho do que suas presas. Algumas enguias elétricas podem atingir tamanhos de até 8 pés. A corrente deles fritará suas presas menores, mas não faria muito para seus corpos maiores, bem como como isso não afetaria seriamente um humano adulto.

Northern Stargazer

O stargazer elétrico, um peixe fortemente elétrico (Crédito da foto: Canvasman21 / Wikimedia Commons)

Dito isto, os peixes elétricos não são completamente à prova de choque. Muitos notaram que os peixes elétricos se contraem, principalmente quando removidos da água. Pode ser esse o caso, porque o ar não permite que a carga se dissipe dos peixes tão rapidamente quanto a água (especialmente a água do mar salgada).

Os cientistas do passado não são os únicos inspirados em como a natureza conseguiu aproveitar a eletricidade. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Fribourg e da Universidade de Michigan criou uma bateria macia feita de uma substância semelhante a gel usando eletrócitos como inspiração. A equipe espera que seu trabalho possa ser utilizado em certos procedimentos médicos. Os peixes elétricos ainda têm muito a ensinar aos cientistas sobre como a eletrolocalização funciona e como esses peixes brilhantes evoluíram em primeiro lugar. Pode haver revelações de pesquisa ainda mais chocantes por vir – apenas certifique-se de não se deixar levar pelo processo!

Referências:

  1. Cellcom (Link 1)
  2. Stadt Regensburg
  3. Phys.org
  4. Cellcom (Link 2)
  5. Natureza
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