魚類的“電武器”

編譯 張守忠

魚類的“電武器”

編譯 張守忠

科學家發(fā)現(xiàn)，許多魚類利用自身的“電武器”捕獵、自衛(wèi)，以及在同類之間進行通訊交流。這些“電裝置”的性能和效率之高，絲毫不亞于人類的發(fā)明，甚至在某些地方還超越了人類。

在第一次世界大戰(zhàn)期間，人類發(fā)明了聲納和雷達等先進探測裝置，進入20世紀后，人類又發(fā)明了各種各樣的電子武器，充分展示了人類的聰明才智?？墒牵鼇砜茖W家發(fā)現(xiàn)，遠在人類出現(xiàn)之前，許多魚類早已開始利用天然聲納和雷達來發(fā)現(xiàn)、跟蹤以及定位獵物了。魚類在使用“電武器”方面堪稱人類的“老師”。

鯊魚的“電感應器”

鯊魚經(jīng)常在漆黑一片的珊瑚礁中游來游去，在縫隙和洞穴間尋覓藏匿其中的珊瑚魚。珊瑚礁錯綜復雜的迷宮般的地形絲毫不妨礙它們的活動。不一會兒，它們便口含魚兒從珊瑚叢中一躍而出。鯊魚是如何找到獵物的呢？

鯊魚能根據(jù)珊瑚礁動物游動時制造的湍流來準確定位獵物，因為它們身上裝備有一種特別的電感應系統(tǒng)，相當于人類制造的導航定位裝置，能引導它們準確地瞄準目標。電感應意味著能察覺電流，如病人在醫(yī)院里做心電圖，儀器所跟蹤的就是來自于我們心跳的電流。水生動物收縮肌肉會發(fā)出極微弱的電脈沖，它們在水中的擾動也會制造小小的電流。鰩魚和魟魚等魚類都擁有電感應能力，而鯊魚的電感應能力是最強的。

我們在大氣層里的活動并不會導致電流從我們的身體里流出，但在鹽水環(huán)境中就不同了，鹽水里的鈉離子（Na+）和氯離子(Cl-)能分離和自由移動，因而能傳導電流，其原理就像化學電池——當用一根金屬線將電池的正、負極連通后，正、負電荷會相互吸引并朝對方移動，以便得到或失去電子，從而產(chǎn)生電流。這種情況同樣也會出現(xiàn)在活細胞和鹽水的交互作用中。魚類的體細胞所帶的電荷與它們棲息的鹽水中的電荷相反，二者相互接觸會制造一個弱電壓，而鯊魚可以感覺到這種電壓的微弱變化。舉例來說，如果將兩節(jié)AA電池連通，即使在1600千米外，鯊魚也能感覺到。

鯊魚的電感應器位于其口鼻部和下頜部周圍。只要仔細觀察鯊魚的臉部就可以發(fā)現(xiàn)，其嘴部周圍分布著許多圓點，看上去就像長著許多大的“黑頭粉刺”?！昂陬^粉刺”的數(shù)量多少取決于鯊魚的狩獵活動多寡：活動能力強的鯊魚的“黑頭粉刺”有1500個左右，甚至更多；活動能力差的鯊魚的“黑頭粉刺”僅有數(shù)百個。

這種“黑頭粉刺”其實是一種叫做“洛倫齊尼氏壺腹”的開孔，里面充滿電傳導膠質(zhì)物，底部則布滿一種叫做“纖毛”的毛狀細胞。電流穿過膠質(zhì)物流向纖毛。我們?nèi)祟惖睦w毛位于耳朵內(nèi)，當聲波傳來時能提醒大腦對噪聲保持警覺。鯊魚的纖毛的作用是對從膠質(zhì)物傳來的電流變化作出反應。纖毛引發(fā)鯊魚腦中的神經(jīng)傳遞素釋放，提醒它們有活物出現(xiàn)在附近。

“洛倫齊尼氏壺腹”由鯊魚的部分側(cè)線組成。側(cè)線是一種感覺器官，許多魚類和兩棲動物都生有這種東西，這種長長的中空管從魚鰓兩側(cè)向下一直延伸到尾部，并一直擴展到穿孔鱗片皮膚處。這種感覺系統(tǒng)讓鯊魚能夠覺察到排水量、壓力和方向的變化。

側(cè)線、電感應器，再加上其他一些感官，鯊魚因此成為動物界最敏捷的獵手之一。由于鯊魚大腦的2/3用于嗅聞，因此其嗅覺極其靈敏，即使在非常暗的水環(huán)境中也能捕捉到獵物的微弱蹤跡。當一條鯊魚距離目標物1米遠時，其電感受器便開始發(fā)揮作用，對獵物進行準確定位，然后發(fā)動一擊。

科學家通過測試鯊魚的電感應能力證實，鯊魚的確能根據(jù)電脈沖信號在最后一刻做出獵食決定?？茖W家曾做過一個試驗：讓一條鯊魚在一條死魚和一個帶電金屬棒之間進行選擇。鯊魚起初對準的是魚，但在最后一刻它改變了方向，沖向金屬棒。通過這類試驗，科學家希望能研制出一種可以欺騙鯊魚的電感受的防鯊裝置。

電感應能力還解釋了鯊魚為什么會持續(xù)不斷地攻擊同一個受害者的原因。人們發(fā)現(xiàn)即使在另一個同伴游過來營救受害者時，鯊魚仍不會改變原來的攻擊目標。鯊魚之所以會一遍遍地攻擊第一個受害者，而無視第二個人，是因為水中血液釋放出的鹽分。較高的鹽濃度增強了受害者周圍的電場強度。

電鰩的“發(fā)電機”

人類到了近代才學會發(fā)電，而海洋中的電鰩卻在幾百萬年前就會發(fā)電了。在古希臘和古羅馬時期，醫(yī)生們常常將病人放到電鰩身上或者讓病人去觸碰水池中的電鰩，利用電鰩的放電來治療風濕癥、癲狂等疾病。即使到了今天，在一些國家，仍可看到一些患有風濕病的老年人在退潮后的海灘上尋找電鰩，捉來為自己治病。

電鰩行動遲緩，游速慢，不善于追擊獵物，但它們具有很強的電感應能力。電鰩擁有兩個電器管，位于頭部兩側(cè)，電流由身體低處流向高處。

電鰩屬鰩魚類板鰓亞綱，與鯊魚是近親，因能產(chǎn)生電流放電而聞名。電鰩有很多種類，不同種類的放電能力差別較大，放電能力弱的電壓只有8伏，強的可達220伏。放電通常用來擊昏獵物或用于自衛(wèi)。電鰩身體扁平，頭和胸部連在一起，光滑無鱗，身后拖著一根棒狀尾巴，眼睛長在背部前端，嘴巴長在腹部前端，長約1.6米，寬約1米，看上去有些怪模怪樣。電鰩棲息于太平洋、大西洋和印度洋等熱帶和亞熱帶海域。它們行動遲緩，游速慢，不善于追擊獵物，因此常常將自己埋在海底沙礫中，待獵物靠近后猛然躍出，直撲獵物。由于身體呈扁平狀，面積大，浮力強，常常隨波逐流地懸浮在水中。

電鰩是電敏性最強的動物之一。電鰩的眼睛位于頭部頂端，致使其視力受限，因此必須通過其他感應官彌補這一缺陷，它們主要依賴的就是它們的電感應能力。電鰩的許多近親，如鰩魚和魟魚，其尾巴處也生有電器管，但電鰩擁有兩個電器管，位于頭部兩側(cè)，電流由身體低處流向高處。電器管由來自電葉或腦葉（顏色與腦部其余部分不同）的四束中樞神經(jīng)控制。電器管由許多蜂窩狀細胞組成，排列成六角柱體，被叫做“電板柱”。一條電鰩擁有2000多個電板柱，共200多萬塊電板。電板之間充滿了膠質(zhì)物質(zhì)，能起到良好的絕緣作用。電板柱的作用就像并連在一起的電池。由于內(nèi)電阻較低，一條大型成年電鰩能產(chǎn)生45伏電壓，輸出功率為1000瓦。

每個電板的表面分布著神經(jīng)末梢，一面為負極，一面為正極，電流從正極流向負極。在神經(jīng)脈沖的作用下，放電器能把神經(jīng)能變?yōu)殡娔?，從而放電。雖然單個電板產(chǎn)生的電壓很弱，但眾多電板集合在一起，威力就很大了。

電鰩的電板由肌肉變化而來，電器管則是由腮肌演變而來的。電鰩放電的強度和時間可以根據(jù)獵物的大小和強壯程度來靈活調(diào)整。電器管釋放的是脈沖直流電，每次能持續(xù)4～5分鐘。在攻擊獵物時，電鰩在頭幾秒發(fā)出的脈沖頻率為每秒150～200次，每次放電電壓為80伏。隨著時間的延長，脈沖頻率逐漸降低。根據(jù)征服獵物所費時間，總共可能需要1000多次脈沖放電。脈沖頻率隨著水溫的升高而增加。人如果不慎觸碰到電鰩，就有可能被其放出的電流擊倒。

電鰻是放電能力最強的淡水魚類，有水中“高壓線”之稱。電鰻的電器管主要用來捕獵，釋放的電流能輕易將小型動物電死，甚至擊昏或擊斃大型動物。

電鰻的“高壓線”

在南美洲的亞馬孫河和俄里諾科河河畔，人們常?？梢钥匆娺@樣一幅奇怪的景象：一群人騎著馬，手握長鞭吆喝著趕著牛群下水。下水不久，走在前面的牛突然戰(zhàn)栗起來，像被什么東西電著了。有的牛跌倒在水里，有的牛瞪著眼睛高聲吼叫，并想轉(zhuǎn)過身來爬上岸，但卻被趕牛人驅(qū)趕回水里……過一段時間，等牛群漸漸平靜下來后，這時人們才開始下河。

這里到底發(fā)生了什么事情？原來這是人們捕捉電鰻的一種方法。電鰻是一種美味食物，為了捕捉它們，當?shù)厝讼葘⑴Ｈ黑s下水，與水里的電鰻發(fā)生沖突。電鰻放出強大電流攻擊牛群，電鰻在放完電后需要一段時間才能重新恢復電能，因此人們在其放完電后走下水去，用魚叉等利器將電鰻刺死。

電鰻是一種洄游魚類，原產(chǎn)于海洋，溯河到淡水內(nèi)長大，然后回到海洋中產(chǎn)卵。電鰻體長在2米左右，呈圓柱形，極像鰻鱺。電鰻是放電能力最強的淡水魚類，它輸出的電壓在300～600伏之間,有的甚至可達800伏，因此有水中“高壓線”之稱。

電鰻的電器管分布在身體兩側(cè)，其基本構(gòu)造與電鰩類似，同樣由許多電板組成，電板則由數(shù)千塊肌肉薄片重疊排列，每片之間都有膠質(zhì)白條間隔開來，中間有許多神經(jīng)連接，一直通到脊髓。一塊塊肌肉薄片相當于一個個小電池。身體的尾端為正極，頭部為負極，電流從尾部流向頭部。當電鰻的頭和尾巴碰到獵物或受到刺激時，即可發(fā)出強大的電流。電鰻能自由掌控放電的強度和時間，通常每秒鐘能放電50次，但連續(xù)放電后，電流會逐漸減弱，10～15秒鐘后完全消失，這時電鰻必須休息一段時間才能重新恢復放電能力。電鰻放電主要用來捕獵，釋放的電流能輕易將小型動物電死，甚至擊昏或擊斃大型動物，如牛、馬等，人如果走進電鰻放電范圍內(nèi)也可能被擊昏甚至擊死。

科學家經(jīng)過解剖研究終于弄清了電鰻的放電原理。電鰻生有三種可產(chǎn)生電流的器官：主器官、獵器官和薩切斯器官。這些器官占據(jù)整個身體的4/5，可產(chǎn)生兩種放電：低壓電和高壓電。這些器官由發(fā)電細胞組成，排列成線形，電流能迅速通過，并產(chǎn)生電荷。當電鰻瞄準獵物后，其大腦會發(fā)送一個信號，經(jīng)過神經(jīng)系統(tǒng)到達電細胞，這為離子傳導打開了一個通道，促使帶正電荷的鈉離子流動，并立即使電荷反轉(zhuǎn)，通過突然制造一個電壓差產(chǎn)生電流。

電鰻產(chǎn)生電脈沖的方式與電池非常相似，都是由堆積式承載板產(chǎn)生電荷。電鰻體內(nèi)有5000～6000個堆積式電板，能產(chǎn)生高達500伏的電壓和1安的電流（功率為500瓦）。如此猛烈的電擊能讓一個成年人瞬間喪命（0.75安電流就可電死人）。

薩切斯器官與電子定位相關。在這個器官內(nèi)有許多類似肌肉細胞的發(fā)電細胞，每個發(fā)電細胞能產(chǎn)生0.15伏電壓，加起來可發(fā)送25赫茲左右的10伏電信號。

電鰻放電時會否電到自己呢？電鰻的放電器官在身體兩側(cè)，而且身體大部分或重要的器官都由絕緣性非常好的組織結(jié)構(gòu)包住，猶如一個防水大電池。我們知道，電流會由電阻最小的路徑通過，電鰻在水中放電時，電流會通過水傳遞（水的電阻小于電鰻的體電阻），因此不會電到電鰻自己。但如果電鰻脫離水體，進入空氣中，因空氣的電阻比電鰻的體電阻大，電鰻在空中放電就會電到自己。另外，如果電鰻受傷致使兩側(cè)的絕緣體破損的話，放電時就會像兩條裸露的電線一樣發(fā)生短路現(xiàn)象。

電鰻發(fā)出的電流雖然是直流電，但放電頻率很高，每秒可達300個脈沖。放電強度取決于電鰻的個頭大小和強壯程度。電鰻不足1米時，隨著身體的長大，電壓不斷增強；當電鰻長到1米后，身體再長大就只增加電流強度，不增強電壓。電鰻捕食的時候，首先悄悄地游近魚群，然后連續(xù)放電。在電流的反復沖擊下，魚兒非死即傷，電鰻乘機吞食它們。被電死的魚往往超過電鰻的食量，這給漁業(yè)生產(chǎn)帶來很大危害。

象鼻魚不是用眼睛觀察世界，而是通過尾柄后部一個類似雷達的電器管在遠距離外探查周圍環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)危險便能提前作出反應。

象鼻魚和裸臀魚的“雷達”

象鼻魚是一種淡水魚類，原產(chǎn)于非洲西部的剛果河流域。象鼻魚造型非常奇特，長了一條大象一樣的長鼻子，也因此得名“象鼻魚”。象鼻魚的長鼻子其實并非鼻子，而是其下頜延伸而形成的長吻，因此它們也被稱為“象吻魚”。象鼻魚喜歡在水底活動，覓食時將長鼻子插進淤泥里，尋找藏匿其中的小動物。象鼻魚生活的水域有很多兇猛動物，但每當遇到敵害時它們總能逢兇化吉，逃之夭夭。原來，它們不是用眼睛觀察世界，而是通過尾柄后部一個類似雷達的電器管在遠距離外探查周圍環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)危險便能提前作出反應。

象鼻魚的電器管每分鐘能發(fā)出80～100個脈沖電波，而其背鰭上還有一個“接收器”，能接收反射回來的電磁波。當敵害出現(xiàn)時，發(fā)出的脈沖電流在碰到目標物后迅速反射回來，接收器在收到反射信號后發(fā)出報警信號，于是象鼻魚立即開溜。象鼻魚的“雷達”不光用來探測敵害，也用來通訊交流。如果有同類侵犯了一條象鼻魚的勢力范圍，它便會張開長嘴巴發(fā)出電信號進行警告；如果來犯者不聽勸告，它便會加大信號強度，發(fā)出一陣比一陣強烈的電信號；如果來犯者仍置之不理，它便會大打出手，向其發(fā)起兇猛攻擊。由于象鼻魚擁有靈敏的“雷達”，所以用漁網(wǎng)很難捕捉到它們。

裸臀魚身上不僅裝有“雷達”，而且還有接收雷達回波的接受裝置，這個裝置就是長在皮膚里的電感受器。

除了象鼻魚，生活在非洲河湖里的還有裸臀魚和喙魚等魚類，它們也被稱為“活雷達”。它們的放電能力雖然弱小，但感覺非常靈敏。裸臀魚長得有些像鰻鱺，身體細長，因尾巴沒有尾鰭，光禿禿的，因此得名。裸臀魚的放電器位于尾部附近，由800多塊電板組成，皮膚上布滿了微孔，能感受到電場。裸臀魚不停地發(fā)射電脈沖，在其四周形成一個電場，通過電場產(chǎn)生的細微變化發(fā)現(xiàn)獵物或敵害。

裸臀魚的感覺器官極其靈敏，哪怕弱到只有0.03毫伏的電壓變化，它們也能感覺出來。如果有獵物靠近，就會干擾它們的電場，致使電場發(fā)生變化，其電器管就能探測到。由于能覺察電場發(fā)生的最細微變化，它們因此能毫不費力地分辨干擾電場的是獵物、敵害，還是其他什么東西，并作出決定：進攻還是逃避，或者置之不理。

科學家做過這樣的實驗：將兩只完全一樣的瓶子放入水族箱中，在其中一個瓶子里放進一根玻璃棒，結(jié)果裸臀魚總能準確分辨出哪只瓶子裝了玻璃棒。這個實驗證明裸臀魚是通過身上的“雷達”找出玻璃棒的，因為瓶子不透明，玻璃棒無氣味，它們既看不到也聞不到。科學家通過計算發(fā)現(xiàn)，玻璃棒對裸臀魚電場的干擾只有0.003微微安?？茖W家還做了一個實驗：在水族箱里放入兩個電極，能產(chǎn)生0.15微伏的電場，結(jié)果裸臀魚仍能探測出來?？茖W家還發(fā)現(xiàn)，如果站在水族箱稍遠的地方用塑料梳子梳頭發(fā)，裸臀魚就會表現(xiàn)得驚慌不安，因為梳頭發(fā)能產(chǎn)生微量電荷。

裸臀魚身上不僅裝有“雷達”，而且還有接收“雷達”回波的接受裝置，這個裝置就是長在皮膚里的電感受器。它們的電感受器非常敏感，而且還能過濾電波，將不需要的高頻和低頻電波過濾掉，只讓所需要的波頻通過，這樣它們既能排除地球磁場產(chǎn)生的電流的干擾，又能避免受到自己發(fā)出的高頻電波的影響。

裸臀魚一般白天休息，晚上出來覓食。在黑暗渾濁的環(huán)境中，它們憑借超強的感覺能力尋找獵物。在鉆進河底洞穴之前，裸臀魚總是先將尾巴伸進去探查一下，然后整個身體再鉆進去，這樣的捕獵手法在動物界是獨一無二的。