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scimonth - Science | 2014-12-09 | 人氣:2526

 電鰻是一種生存在亞馬遜流域的生物,這種外表看似鰻魚,實際上卻和鯰魚關係較近的無鱗魚類,可是人見人怕的恐怖分子。顧名思義,電鰻在掠食者或獵物接近時會放出強烈電流,文獻紀錄甚至曾將一匹健壯的成年馬給電暈。電鰻這種能力,居然類似於今日飽受爭議的泰瑟槍…..

 

研究人員在歷時九個月的觀察裡,研究電鰻怎麼利用高壓放電癱瘓並定位獵物。這篇論文是由范德堡大學肯尼斯.卡塔尼亞教授所完成,並發表在12/5號的Science上,命名為「電鰻那令人吃驚的掠食技能」。( The shocking predatory strike of the electric eel )

 

Electric Eel

Flickr :Doug Letterman

人類已經認識發電魚類一段時日,古埃及人會使用電鯰治療癲癇。法拉第利用電鰻瞭解電流的性質,伏打解剖電鰻並從中吸收靈感,製造出世上第一顆電池。這類發電生物對基礎電學的研究進展可說是功不可沒。生物學家測量,一條180公分的電鰻大約能生成600伏特的電壓,是今日家中常用電壓(110V)的六倍。今年夏天威斯康辛大學麥迪遜分校則宣布解序了電鰻全基因組。

 

但到目前為止,研究人員還是不清楚電鰻的電擊系統究竟是怎麼運作。為了找出答案,卡塔尼亞教授製造了一個巨型水族箱,並在水族箱裡設置數個電流感測器,這些感測器能接收到4公尺以內的電流,最後池中再放電鰻進去,實驗便能開始進行。

 

但當他開始觀察時,發現這些電鰻的動作速度超出他的想像。牠們只需0.2秒的時間便能電擊同時吞下一隻小蟲或小魚。卡塔尼亞教授只好準備一台高速攝影機來記錄,這台攝影機能處理到每千分之一秒一幀的水平,並以慢動作撥放研究電鰻動作。

 

他記錄發現電鰻有三種不同的放電方式:低電壓脈衝用來檢測環境狀態、其次為搜尋獵物時由兩到三個高電壓波形組成的短波脈衝(稱作doublets或triplets),最後則是捕捉獵物或是防禦自身所發出的高電壓高頻率的電流脈衝。

 

Electric eel

Flickr : Perry G

他發現電鰻在準備對游動獵物下手前的10~15毫秒的時間內,會先以第三種的高電壓高頻率脈衝攻擊獵物。在高速攝影機底下可以很明顯的發現,在被電流擊中的3~4毫秒內,獵物由於神經電流瞬間被打亂而無法做出任何動作,因而出現類似癱瘓的狀態。這種狀態是暫時性的,如果電鰻沒有立即咬走獵物,獵物就會恢復原來的游泳能力逃走。

 

「這可是相當驚人!電鰻的狩獵方式居然是將獵物給電暈,並在獵物身體尚未恢復的3毫秒內精確的拿下。」卡塔尼亞教授表示。

 

這項發現也冒出一個顯而易見的問題:電鰻怎麼做到?而現今的科學文獻裡並未給出一個標準答案。而卡塔尼亞教授從朋友身上找到了答案。

 

「我有一些朋友在警察機關服務,所以我很了解泰瑟槍的運作模式。我驚訝的發現電鰻的凌空電擊方式與泰瑟槍的原理有些相似。不過泰瑟槍提供的是每秒19次的高電壓脈衝,但是電鰻每秒卻高達400次。」

 

Shot with a Taser-04

使用泰瑟槍一直以來都存有相當大的爭議

Flickr :J. Les Gainous

泰瑟槍的原理是利用電流使控制肌肉的神經細胞混亂,進而造成肌肉不自主收縮。為了確定電鰻的電流也是引起相同效果,研究人員把水族箱分成兩邊,中間以一塊能傳導電流的屏障隔開,電鰻在一邊,接著將一隻脊髓被破壞的小魚掛在另一側。研究人員餵食電鰻蚯蚓,由於蚯蚓會誘發電鰻放電,因此在另外一側的小魚出現了嚴重的肌肉收縮。

 

接著要更詳細的確知電流作用的部分,究竟電流是作用於運動神經還是直接作用於肌肉上?他這次放了兩種小魚,一種注射生理食鹽水,而另一隻則注射箭毒(Curare)阻斷骨骼肌接收神經衝動。

 

最後顯示:注射生理食鹽水的小魚依舊會出現肌肉收縮,但注射箭毒組小魚身上肌肉卻完全不會收縮,這證明電鰻的電流是針對運動神經元,就如同泰瑟槍的原理一般。

 

接下來卡塔尼亞教授把焦點放在電鰻運用電流狩獵上。電鰻是夜行性動物,所以視力嚴重,電鰻必須克服這個問題並且找出躲藏的獵物。

 

他們發現第二種脈衝發射對應於電鰻動作神經元送入肌肉的電流,使得電鰻肌肉能極端且快速的收縮。

 

「正常情況下,沒有任何動物能讓身體所有肌肉在同一時間內收縮。但是電鰻卻能藉著第二種脈衝辦到。」卡塔尼亞教授表示。

 

這兩者搭配在一起,使得電鰻對水體動靜極端敏銳,卡塔尼亞教授假設:獵物在受到電擊而肌肉收縮時,電鰻能在第一時間內感覺,並定位出隱藏獵物。為了證實這項假設,卡塔尼亞把將被破壞脊髓的小魚接上感測器。並且將小魚放到乾淨的塑膠袋中避免受到電鰻電擊。他發現如果刻意在電鰻放電後抖動小魚,電鰻就會立刻發動攻擊,但若沒有反應,電鰻也就不會有任何動作。這項結果顯示教授提出的假設是對的,電鰻確實利用電擊對獵物的影響定位獵物。

 

仔細想想,電鰻這能力實在相當出類拔萃!牠能遠距離壓制獵物行動。獵物躲在附近時,會使其抽蓄並暴露出所在位置,如果電鰻準備下手,可以百分之百的麻痺獵物,並在其無法控制身體的瞬間吞噬獵物。

 

原文網站 : ScienceDaily

論文來源     :  

  1. K. Catania. The shocking predatory strike of the electric eel. Science, 2014; 346 (6214): 1231 DOI: 10.1126/science.126080

編輯&翻譯:林建霖

 
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