电鳗为什么会放电(电鳗放电会伤人吗)

电鳗是一种生活在南美洲亚马孙河和奥里诺科河流域的淡水鱼类，它们以生物放电而闻名，被称为水中的“高压线”。电鳗能够产生高达880伏特的电压，足以将人或动物击晕或击毙。那么，电鳗为什么会放电？它们放的是什么电？它们是如何演化出这种神奇的能力的呢？

电鳗的＂电路板＂

电鳗的放电能力来自于它们体内特化的肌肉组织。电鳗的头部是负极，尾部是正极，当它们体内的细胞被神经信号刺激时，能使离子流通过它们的细胞膜。

电鳗体内从头到尾都有这样的细胞，就像许多叠在一起的叠层电池，形成几千个放电体。当产生电流时，所有放电体（每个放电体电压约0.15伏）都串联起来，在电鳗的头和尾之间产生高达600～800伏特的电压。

这些由肌肉细胞特化而成的细胞被称为“电细胞”，它们在细胞后侧的膜上有大量密集的“ 电压门控钠离子通道 ”（Voltage gated sodium channel），而前膜则没有钠通道。这就让它们在放电的时候，动作电位在整个细胞的尺度上不会被互相抵消，前后膜之间能产生大约50到150毫伏的电压。

串联的电细胞又被结缔组织包裹成列，再并联起来，就组成整个“ 电器官 ”。

电鳗的放电目的

那么，电鳗为什么要放这么大的电呢？它们放出来的是直流还是交流呢？

其实，不同种类和不同情境下的电鱼，放出来的类型和强度也不一样。有些只能产生几十伏特、几伏特甚至几百毫伏特的弱电流，有些能产生数百伏特甚至上千伏特的强电流。

有些只能产生脉冲式或正弦式波形的交流，有些能产生直流或复合波形。

这些不同类型和强度的放电，都有各自不同的目的和功能。

一般来说，弱电流主要用于探知、导航和交流。

因为水中是一个光线不足、声音传播受阻、气味难以辨别、触觉不灵敏的环境，电鱼通过放出低频、低压的电流，可以在水中形成一个稳定的电场。当任何与环境水域电阻不同的物体靠近，就会让电场发生扰动。

电鱼身上感知电流的器官在接收到这些反馈的电流后，就可以通过一系列特化的神经组织，对电流的时间和强度变化进行分析，得知靠近物体的体积、距离等等信息。

这样，弱电鱼就可以发现捕食者、猎物或同类，或者用电流与同类“交谈”。

而强电流主要用于攻击、防御和捕食。

因为水中是一个导体，电流可以在水中传播。当电鱼遇到敌人或猎物时，它们会放出高频、高压的电流，直接作用于对方的肌肉和神经系统，造成抽搐、麻痹或死亡。

这样，强电鱼就可以保护自己或捕获食物。

电鳗是一种典型的强电鱼，它们能够产生三种不同类型和强度的放电：低压脉冲波（约10伏特）、高压脉冲波（约100伏特）和高压复合波（约800伏特）。

低压脉冲波主要用于探知环境和交流信息；高压脉冲波主要用于定位猎物和威慑敌人；高压复合波主要用于攻击猎物和防御敌人。

电鳗的演化之路

那么，电鳗是如何演化出这种神奇的能力的呢？它们是不是一开始就能放出这么大的电呢？

其实不然。根据分子生物学和进化生物学的研究，能放电的动物并不罕见，在自然界中有多达500多种不同类群的动物具有放电能力，如鲨鱼、鳐、单孔目动物、海豚等。

但是，在所有能放电的动物中，只有六个世系的鱼类具有特化的“ 电器官 ”，它们分别是：南美洲的 电鳗目 （Gymnotiformes）、非洲的 金刚目 （Mormyridae）、非洲和亚洲的 金刚目 （Malapteruridae）、南美洲和非洲的 金刚目 （Gymnarchidae）、印度洋和太平洋沿岸地区的 金刚目 （Notopteridae）以及全球海洋中的 电鳐目 （Torpediniformes）。

这些具有“ 电器官 ”的鱼类并不是近亲，而是在不同地理区域、不同时间段、不同环境条件下独立演化出来的。这种现象被称为“ 趋同演化 ”（convergent evolution），即不同类群的生物在面对相似的选择压力时，演化出相似的形态或功能。

那么，这些鱼类为什么会趋同演化出放电能力呢？它们面对的是什么样的选择压力呢？

根据一些假说，放电能力可能是为了应对水中的低氧、低光、高盐度等恶劣条件，或者为了适应水中的复杂生态系统，或者为了增加繁殖的成功率等等。

但是，无论是什么原因，放电能力的演化都不是一蹴而就的，而是经历了一个从弱到强，从简单到复杂的过程。

最初，这些鱼类可能只能产生微弱的电流，用于探知环境和交流信息。这种电流是由肌肉细胞或神经细胞特化而成的“ 电细胞 ”产生的。

随着时间的推移，这些鱼类可能在一些基因上发生了突变或重组，导致“ 电细胞 ”的数量、结构和功能发生了变化。

比如，在电鳗目和电鳐目中，肌肉细胞特化出了两种不同类型的“ 电细胞 ”：一种叫做“ 电板细胞 ”（electroplate cell），它们能产生低压、高频的电流；另一种叫做“ 电囊细胞 ”（electrocyte cell），它们能产生高压、低频的电流。

这两种“ 电细胞 ”在不同部位和比例地分布在鱼体中，形成了不同功能的“ 电器官 ”。

比如，在电鳗中，“ 电板细胞 ”主要分布在头部和尾部，形成了用于探知和交流的“ 主放电器官 ”（main electric organ）和“ 腹放电器官 ”（sach’s electric organ）；而“ 电囊细胞 ”主要分布在尾部，形成了用于攻击和防御的“ 猎放电器官 ”（hunter’s electric organ）。

这样，通过基因和细胞的变化，这些鱼类就能够产生不同类型和强度的放电，以适应不同的环境和需求。

总结

通过以上的介绍，我们可以了解到，电鳗为什么会放电，它们放的是什么电，以及它们是如何演化出这种能力的。

简单来说，就是：

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