一、电鳗为什么会放电?这是什么原理?

电鳗是一种能在短时间内放电而闻名的鱼类,它是一种与鲶鱼形目的种类近缘的生物,输出的电压可以达到600-800伏,那么电鳗的电是怎么来的呢?

身体结构:

电鳗的身体结构和其他鱼类生物不太一样,电鳗的所有内脏都在头部挤成一团,相当于是脑袋后面就紧挨着屁股。看似是电鳗躯干的部分,其实绝大部分都是尾巴,并且在这里面装满了电器官。值得一提的是,提到放电的话,从细胞角度看起来并没有什么稀奇的,因为几乎所有动物的正常细胞,比如神经细胞和肌肉细胞都会放电。

细胞发电:

在细胞膜上有一种跨膜蛋白质也叫作钠钾泵,它唯一的功能就是消耗一个ATP后3个钠离子转运出细胞,同时将2个钾离子转入,相当于每次向外泵出一个正电荷,通过不断消耗ATP来搬运钠和钾离子,就可以在细胞的外面建立起来外正内负的电化学梯度,也就是放电状态。

此时如果打开一个钠离子的通道,钠离子就会产生一系列的连锁反应,导致更多的通道打开,大量的钠离子涌入细胞膜。于是膜附近电位瞬间反转变为内正外负,这其实就是一次放电。但是,即使所有动物的体内都有杂乱的电流,也无法像电鳗一样输出出去。

产生原理:

因为电鳗的电细胞,其特异之处在于两侧不对称的细胞膜结构。在细胞膜的膜上有大量且密集的钠离子,但是前膜则没有钠离子通道,这就让电鳗在放电的时候,动作电位在整个细胞的尺度上不会被相互抵消,前后膜之间大约可以产生100左右毫伏的电压。

其原理就像是电鳗身上有无数个叠层电池,然后当大脑发出了发电指令后,这些无数的电池就串联起来,通过这样有序的结构,只要几千个就可以产生百伏的电压,这就是电鳗发电的原理。

二、电鳗为什么会放电

电鳗会放电是因为其具有肌肉组织的放电体,电鳗的肌肉组织占全身的80%以上,电鳗的头部是电池的负极,尾部是正极,全身数千放电体,每个约制造0.15福特的电压,但是电压持续的时间比较短暂,会随着电鳗疲劳或者衰老而减退。