 |
Svagströmsfisken Apteronotus albifrons, i Sydamerika kallad "det svarta spöket". Denna fisk och dess släktingar, bland annat den elektriska ålen, simmar med hjälp av vågrörelser längs med analfenan. Som synes ovan, är denna fena förlängd och löper längs med hela kroppens undersida. Med detta simsätt blir kroppen stelare, något som troligen underlättar avläsningen av de svaga elektriska fält som fiskarna själva producerar. Courtesy of Erling Holm and FishWise Professional from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License. |
|
Alla har väl hört talas om den elektriska ålen (darrålen) som påstås kunna ge stötar kraftiga nog att döda en människa. Det finns även andra fiskar som har den märkliga förmågan att producera elektriska strömmar som utsänds till omgivningen.
Alla djur ger upphov till elektriska fält och därmed elektriska strömmar i sin omgivning. Dessa fält är biprodukter av den elektriska aktiviteten i nervsystem och muskler. Ett välkänt exempel är hjärtats EKG. Ett antal fiskgrupper har oberoende av varandra utvecklat förmågan att producera starkare strömmar i särskilda elektriska organ. Man kan urskilja vissa gemensamma drag hos dessa elektricitetsalstrande fiskar. De kan indelas i starkströmsfiskar och svagströmsfiskar.
Varför har förmågan sända ut ström uppkommit?
För starkströmsfiskarna är funktionen att genom en elchock förlama ett byte eller skrämma ett rovdjur. Svagströmsfiskarna lever i vatten där sikten är låg och har därför föga nytta av synen. De använder de svaga elektriska strömmar de producerar till att få en "bild" av sin omgivning. Strömmarna mäts av elektriska sinnesorgan. Dessa organ registrerar förändringar i det elektriska fält som fisken producerar. Förändringarna orsakas av objekt i omgivningen med högre eller lägre elektrisk ledningsförmåga än vattnet. Det elektriska sinnet kompenserar för den dåliga sikten i vattnet och fiskarna använder detta sinne bland annat till att orientera sig, till att lokalisera sitt byte och till att kommunicera med artfränder.
Flera andra djurgrupper har utvecklat ett elektriskt sinne, utan att vara försedda med elektriska organ. Dessa djur använder elsinnet till att lokalisera sin föda med hjälp av de elektriska strömmar som bytesdjuren producerar. Till dem hör kloakdjuren samt hajar och rockor. Nyligen har också ett elektriskt sinne påvisats hos en flodlevande delfinart, guayanadelfinen. Läs om näbbdjurets elektriska sinne och om hajarnas elektriska sinne på andra sidor.
Värt att notera är att elektriska sinnen och elektriska organ i princip bara kan fungera hos vattenlevande djur. Detta beror på att luft är en elektrisk isolator, som leder ström mycket dåligt. De enda kända landdjur som har ett elektriskt sinne är myrpiggsvinen bland kloakdjuren. Myrpiggsvinen har elektriska sinnesorgan i nosen. Men de kan bara utnyttja sitt elsinne när de sticker ner nosen i fuktig jord, alltså i vatten.
Hur alstras strömmen?
Det elektriska organet består av strömbildande celler, så kallade elektrocyter. Dessa är anordnade i staplar, som staplade mynt. Elektrocyterna är modifierade muskelceller som ofta är släta på den ena sidan och veckade på den andra. Figuren nedan visar ett exempel med elektrocyter hos en elektrisk ål (Electrophorus electricus). Vid inaktivt läge (A i figuren) är den elektriska potentialskillnaden (d.v.s. spänningen) över membranet 84 mV på vardera sidan av cellen. Cellens inre är på båda sidorna negativt laddat jämfört med vätskan utanför. Dessa potentialskillnader är den normala så kallade vilopotential som finns i alla djurceller. Potentialskillnaden (spänningen) över hela cellen blir 0 mV, eftersom potentialskillnaderna på vardera sidan av cellen tar ut varandra.
När elektrocyten aktiveras (B i figuren) ändras polariteten på den släta sidan av cellen, varvid potentialskillnaden över membranet där blir 67 mV, nu med cellens inre positivt. En potentialskillnad på 151 mV, det vill säga
84 mV + 67 mV = 151 mV
uppstår då tvärsöver hela cellen. Vad som har hänt är att en aktionspotential (nervimpuls) har uppkommit på den släta sidan av cellen, men ännu inte spritt sig till den veckade sidan. Elektrocyten fungerar nu som ett biologiskt batteri.
 |
Elektrocyt hos elektrisk ål i vila (A) och i aktivt tillstånd (B). Se vidare texten ovan. Bild av André Olsson. |
|
Hos vissa fiskar kan aktionspotentialen sprida sig och aktivera den veckade sidan, samtidigt som den släta sidan inaktiveras och återgår till vilopotentialen. Vi har nu åter en elektrisk potentialskillnad över hela cellen. Men det elektriska fältet har bytt riktning, eftersom den veckade sidan nu är negativ och den släta positiv. Det är som om cellen skulle ha vänts upp och ner. Sådana fiskar är växelströmsfiskar. Hos andra fiskar vandrar aktionspotentialen inte över till den motsatta sidan, utan dör ut. Sådana fiskar är likströmsfiskar.
Hur kan starkströmsfiskarna få så hög effekt?
Antalet elektrocyter i en stapel varierar beroende på vilken fiskart det är. I den elektriska ålens starkströmsorgan finns det 6 000-10 000 elektrocyter kopplade i serie inom varje stapel och på vardera sidan av kroppen finns det cirka 60 parallellkopplade staplar bredvid varandra. Eftersom ett stort antal elektrocyter är kopplade i serie, adderas deras potentialskillnader och den totala spänningen blir så hög som cirka 500 V (enligt andra uppgifter cirka 600 V). När du stoppar två batterier på vardera 1,5 volt i en stavformad ficklampa, blir ju den totala spänningen över glödlampans glödtråd 3 volt. Hos den elektriska ålen har varje "batteri" i och för sig en lägre spänning, men det finns många fler "batterier". Eftersom relativt få staplar är kopplade parallellt med varandra hos ålen blir den totala strömstyrkan relativt låg, men ändå cirka 1 A. Eftersom den elektriska effekten är lika med spänningen multiplicerat med strömstyrkan blir ålens effekt cirka 500 W! Effekten är alltså lika stor som hos ett medelstort elektriskt värmeelement! En viktig skillnad är dock att ålen utvecklar sin höga effekt under loppet av en elstöt, som bara varar några bråkdelar av en sekund. Den totala energin i varje stöt är således relativt liten. Stötarna kan därför sannolikt aldrig döda en människa, även om de känns mycket obehagliga.
 |
Huvudet av en elektrisk ål (darrål), Electrophorus electricus. Groparna är troligen elektroreceptorer, som känner av elektriska strömmar. Den elektriska ålen är inte en nära släkting till vår vanliga ål. Det lilla ögat antyder att synen inte är särskilt viktig för denna fisk som lever i grumligt vatten. I stället producerar fisken svaga elektriska strömmar för att orientera sig i sin omgivning. Omgivningen orsakar störningar i det elektriska fältet som fisken avläser med speciella sinnesorgan. Den elektriska ålen producerar också starka elektriska strömmar för att fånga sitt byte. Den räknas till starkströmsfiskarna, men fungerar alltså egentligen både som en starkströmsfisk och som en svagströmsfisk, med både starkströmsorgan och svagströmsorgan. Elålen är en luftandande fisk som dör om den inte får tillgång till luft. Munhålans ytförstorade, väl genomblödda slemhinna fungerar som luftandningsorgan. Läs mer om luftandande fiskar på en annan sida. Courtesy of N. Sloth from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported License. |
|
Darrockorna (släktet Torpedo), som också är starkströmsfiskar, har en annan anordning av staplarna. De har ända upp till 2 000 parallellkopplade staplar, vars strömmar adderas till varandra och ger en mycket hög strömstyrka som kan uppgå till cirka 50 A. De har ett mindre antal seriekopplade elektrocyter i varje stapel än den elektriska ålen, vilket ger en lägre spänning, mellan cirka 8 V och 220 V hos olika arter. Om vi antar att spänningen är 50 V och strömstyrkan 50 A och multiplicerar strömstyrkan med spänningen, finner vi att en darrocka kan utveckla en högre effekt än den elektriska ålen, cirka 2 500 W!
Ytterkigare en fiskgrupp, de elektriska stjärnkikarna (släktet Astroscopus), kan räknas till starkströmsfiskarna. Dessa marina fiskar saknar elektriska sinnesorgan. De använder således inte sina elektriska organ till att orientera sig i omgivningen eller till att kommunicera med artfränder. De uppges kunna producera en spänning på upp till 50 V, men strömstyrkan är låg. Det är tveksamt om de kan bedöva sitt byte med hjälp av sina strömpulser. Nedgrävda i sanden ligger de i bakhåll och öppnar blixtsnabbt munnen, varvid förbipasserande mindre fiskar sugs in i munhålan. Kanske använder de strömpulserna till att försvara sig eller till att förvirra sitt byte. Läs om deras "falska" inre näsborrar på en annan sida.
 |
En elektrisk stjärnkikare (släktet Astroscopus). Normalt ligger den och lurar, nedgrävd med bara ögonen, lukgroparna och munnen uppstickande ur sanden. Dessa fiskar räknas till starkströmsfiskarna. Märkligt nog är deras elektriska organ omvandlade yttre ögonmuskler. De behöver inte andas genom munnen, som andra fiskar. De andas genom en förbindelse mellan luktgroparna på nosens ovansida och munhålan, en anpassning till deras nedgrävda levnadssätt. Courtesy of David Snyder, from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License. |
|
Läs om en annan starkströmsfisk, darrmalen, på en annan sida.
Mycket lite är känt om hur starkströmsfiskarna skyddar sig mot sina egna strömpulser. När det gäller den elektriska ålen finns ett par hypoteser. En möjlig förklaring är att dess tjocka hud är elektriskt isolerande, utom där strömpulserna passerar. Enligt en obekräftad uppgift ska elålar med skadad hud drabbas av sina egna elektriska pulser. Alla elålens inälvor finns i framänden, framför de elektriska organen. En annan möjlig förklaring är att inälvorna och huvudet är elektriskt isolerade från den bakre delen av kroppen av fettvävnad. Dessa förklaringar utesluter naturligtvis inte varandra.
Hur fungerar svagströmsfiskarna?
Svagströmsfiskar sänder ut långa serier av strömpulser. Under varje puls bildas ett elektriskt fält kring fisken. Fiskens elektriska sinnesorgan innehåller elektroreceptorer, som registrerar detta fält. Fisken kan känna av objekt i omgivningen som har en annan ledningsförmåga än det omgivande vattnet med hjälp av de ändringar i fältet som objekten ger upphov till. De kan till exempel upptäcka ett byte genom sådana störningar i det elektriska fältet.
De elektriska fiskarna visar på ett påtagligt sätt att raffinerade metoder att utnyttja elektricitet har uppkommit genom biologisk evolution långt innan människan började utnyttja elektriska apparater.
Läs om elektriska och magnetiska sinnen på en annan sida.
Referenser
Texten har uppdaterats och utökats år 2016 av Anders Lundquist.
D. J. Aidley: The electric organs of fishes (In: D. J. Aidley, The physiology of excitable cells, 3rd ed, 1989, pp. 336-345).
J. A. Alves-Gomes: The evolution of electroreception and bioelectrogenesis in teleost fish, a phylogenetic perspective (Journal of Fish Biology 58:1489-1511, 2001).
M. Briffa and C. Hopkins: Self-shocking electric eels? (The naked Scientists, University of Cambridge, updated 10 February 2008).
R.W. Hill, G.A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012).
B. Kramer: Electroreception and communication in fishes (Progress in Zoology, vol. 42, 1996).
Map of Life: Electric fish: insights into convergence (University of Cambridge, updated 2 May 2016).
Map of Life: Electroreception in fish, amphibians and monotremes (University of Cambridge, updated 29 October 2012).
K. Schmidt-Nielsen: Animal physiology (5:e upplagan, Cambridge University Press, 1997).
Till början på sidan
Till "Artiklar om djur"
|
