الکتریسیته درجانوران (ماهی ها)

الکتریسیته درجانوران (ماهی ها)

معروف است که پاره ای از ماهیها می توانند شوکهای الکتریکی قوی تولید کنند. انسانهای دوران باستان نظیر یونانیها و مصریها این مطلب را می دانستند و راجع به شوکهای قوی که سپر ماهی الکتریکی (Torpedo) و گربه ماهی الکتریکی (Malapterurus) تولید میکنند مطالبی نوشته اند ولی به ظاهر پدیده مذبور تا قبل از شناسایی ماهیت الکتریسیته بطور کامل مرموز بوده است.

تخلیه های الکتریکی قوی توسط حیوان به منظور دفاع و حمله بکار می رود. قویترین شوکها به وسیله مارهای الکتریکی آمریکای جنوبی (Electrophorus) تولید می شود که شدت این تخلیه های الکتریکی به حدود 500 الی 600ولت می رسد و برای کشتن سایر ماهیها و احتمالا جانورانی به اندازه انسان کافی می باشد. چنین تخلیه های الکتریکی قوی فقط توسط معدودی از گونه های ماهیها صورت می گیرد که با یکدیگر خویشاوندی نزدیکی ندارند. برخی از آنها متعلق به ماهیهای استخوانی عالی و بقیه از الاسموبرانشها هستند و در آب شورویا شیرین زندگی می کنند.

هنگامی که مطالعات بیشتری برروی ماهیهای الکتریکی به عمل آمد، معلوم شد که حتی تخلیه های ضعیف که فاقد هر گونه اثر مستقیمی برروی سایر ماهیها است، برای مقاصد گوناگون مفیدی به کار می روند. البته ، از تخلیه های الکتریکی بسیار ضعیف نمی توان برای بی حس کردن شکار و یا به عنوان اسلحه برای دفاع یا تهاجم استفاده نمود. با این حال، امروزه روشن گردیده است که چنین تخلیه هایی بطور کلی می تواند برای آگاهی از وضع محیطی مورد استفاده قرار  گیرد.

تخلیه های الکتریکی به ویژه برای تشخیص بین اجسام عایق و هادی خوب  مانند بدن سایر جانوران  مناسب هستند. قابلیت هدایت الکتریکی بدن جانوران آب شیرین، برای مثال ماهی، بیشتر از قدرت هدایت آب می باشد(به علت دارا بودن نمک در مایعات بدن خود).همچنین تخلیه های الکتریکی ضعیف می تواند برای جهت یابی در آبهای تیره و تار و نیز به منظور تعیین تحمل جانوران شکاری و صید بکار می رود. علاوه بر این، تخلیه های الکتریکی در ایجاد ارتباطات بین افراد مورد استفاده قرار می گیردو در برخی حالتها فقط به علائم الکتریکی جنس مخالف به وسیله حرکات ورفتار جنسی از خود واکنش نشان می دهد.

سرانجام در سالهای اخیر معلوم شد ه که بسیاری از ماهیهای فاقد قدرت تولید علائم الکتریکی تا حدودی نسبت به تخلیه های الکتریکی ضعیف ناشی از فعالیت عادی ماهیچه های سایر جانوران حساس هستند. از این طریق کوسه ها و سپر ماهیها می توانند محل سایر ماهیها حتی اگر در حالت استراحت باشند تعیین کنند.

سگ ماهی (نوعی کوسه،Scyliorhinus) در موقع گرسنگی حتی به ماهی پهنی ک در کف آکواریوم در حالت استراحت است وکاملا به وسیله شن پوشیده شده است حمله می کند. اگر سگ ماهی مزبور از فاصله کمتر از 15 سانتیمتری ماهی پهن عبور کند،ناگهان به طرف شکار مخفی باز می گردد، شنها را مکیده کنار می زند و صید را می گیرد.

آزمایشهای دقیق نشان داده است که توانایی کوسه ماهی در تعیین محل ماهی پهن مربوط به حس بوبایی نمی باشد. ظاهرا کوسه ماهی در برابر پتانسیل های الکتریکی جزیی که با حرکات تنفسی ماهی پهن مخفی شده تولید می شودواکنش نشان می دهد، زیرا به تخلیه الکتریکی مصنوعی حدود4 میکرو آمپر(حدود همان تخلیه الکتریکی که به وسیله ماهی پهن زنده تولید می گردد  نیز پاسخ می دهد و سعی می کند این طعمه تصوری را پیدا نماید.

به طور خلاصه  ماهیهای الکتریکی می توانند از تخلیه الکتریکی خود برای بی حس نمودن طعمه  کسب اطلاعات در مورد محیط خود(که بیشتر متداول است) و ارتباطها استفاده کنند. علاوه بر این، ماهیهای غیر الکتریکی می توانند از گیرنده های الکتریکی بی نهایت حساس خود برای تعیین محل شکاراز طیق پتانسیل های کار که بار فعالیت طبیعی ماهیچه ها ایجاد می گردد، استفاده نمایند.

ایجاد تخلیه های الکتریکی

تخلیه های الکتریکی تقریبا در تمام ماهیهای الکتریکی که به وسیله اندامهای الکتریکی مجزا و متشکل از ماهیچه های تغییر شکل یافته ایجاد می گردند.اندام مزبور به دقت در مار ماهی الکتریکی که قادر به تولید تخلیه های الکتریکی به شدت بیش از 500 ولت می باشد، مطالعه شده است. اندام های الکتریکی بزرگ این مار ماهی به صورت تو ده بزرگی تقریبا در تمام طول دو طرف بدن قرار دارد و حجم آنها به 40% از حجم بدن جانور می رسد.

اندامهای الکتریکی از سلولهای نازکی (مشابه با نان بستنی) موسوم به صفحات الکتریکی (electroplaques) یا تیغه های الکتریکی (electroplates) تشکیل شده اند. صفحات الکتریکی به یکدیگر چسبیده و ستونهایی را تشکیل می دهند که ممکن است دارای 5000 تا 10000 صفحه باشند و تعداد این نوع ستونها در هر طرف بدن تقریبا به عدد 70 می رسد. دو سطح هر صفحه الکتریکی کاملا با یکدیگر فرق دارند. یک سطح به وسیله شبکه فشرده ای از پایه های تارهای عصبی پوشیده شده و طرف دیگر به شدت چین خورده است.

هنگامی که اندام الکتریکی فعالیت ندارند، هر دو سطح صفح الکتریکی مقداربار الکتریکی مثبت (هر سطح84+ میلی ولت نسبت به داخل صفحه 9 )به خارج رها می سازد.

از این رو  اختلاف پتانسیل کل از سطح خارجی یک غشا به سطح خارجی غشای دیگر برابر با صفر است. با این حال فپتانسیل مزبور طی تخلیه الکتریکی از سطحی که دارای تارهای عصبی است معکوس می شود وو لتاژ کل در طول این سطح به حدود 150میلی ولت می رسد.

ولتاژ مزبور را با توجه به توالی صفحات الکتریکی، همانند اتصال یک سری باتری بطور متوالی، افزوده می گردد. به این ترتیب قرار گرفتن چندین هزار صفحه الکتریکی بر روی یکدیگر ولتاژ مار ماهی الکتریکی به چند صد ولت می رسد(به علت اتلافهای الکتریکی داخلی، ولتاژ مربوط نمی تواند به حد کامل خود در یک اتصال متوالی مناسب صفحات الکتریکی برسد).

ترتیب صفحات الکتریکی به شکل ستونهای موازی موجب افزایش عبور شدت جریان می شود و میزان آن در مار ماهی الکتریکی ممکن است به حدود یک آمپر برسد.

گیرنده های الکتریکی

بیشتر ماهی های الکتریکی درون آبهای تیره و تار زندگی می کنند و قدرت دید آنها بسیار ضعیف است، بیشتر آنها شب فعال و فاقد چشمها چنان تکامل یافته ای هستند. بنابراین ارزش حس الکتریکی آشکار می باشد ،زیرا به وسیله آن می توان در شرایط نبودن دید کافی و مستقل از چرخه شب و روز به جستجوی محیط پرداخت. بزرگترین نقطه ضعف در حس الکتریکی مربوط به محدودیت برد آن است که معمولا از چند هزار متر تجاوز نمی کند.

یکی از اولین ماهیهای که حس الکتریکی آن مورد مطالعه دقیق قرار گرفته است ماهی الکتریکی افریقایی(Gymnarchus niloticus) می باشد . این ماهی که نام متداولی ندارد به ایجاد جریانهای دایم با فرکانسهایی حدود300تا400 بار در هر ثانیه می پردازد. در طی تخلیه الکتریکی بخش انتهایی دم نسبت به سر جانور برای لحظه ای منفی می شود و یک جریان الکتریکی وارد آب اطراف می گردد. وضعیت میدان الکتریکی به رسانایی محیط بستگی دارد و اگر جسمی با رسانایی بیشتر و یا کمتر از آن در این میدان قرار گیرد ، وضعیت مزبور به هم می خورد. چنانچه رسانایی جسم بیشتر از آب باشد خطوط عبور جریان به یکدیگر نزدیک می شوند و بر عکس در صورت وجود رسانایی ضعیفتر این خطوط از یکدیگر دور می گردند.

اندامهای گیرنده ی الکتریکی و مسئول دریافت جریانهای بالا کدامند؟ گیرنده های مزبور به دو شکل درون پوست قراردارند: لوله ای و امپولی. گیرنده های لوله ای ( tuberous receptors) را فقط در ماهی الکتریکی می توان یافت. این گیرنده ها به طور ویژه به تخلیه هایی با فرکانس زیاد (چندین صد هرتز)پاسخ می دهند که از ویژگیهای ماهی الکتریکی است و فرکانس هر گیرنده در هر گونه در سطح تخلیه ویژه همان گونه قرار دارد.

نوع دیگر یعنی گیرنده های الکتریکی آمپولی ( ampullary electroreceptors) را در هر دو دسته از ماهیهای الکتریکی و غیر الکتریکی می توان یافت .این گیرنده ها نسبت به فرکانس های بسیار پایین تر و همچنین به تغییرات میدانهای جریان مستقیم پاسخ می دهند. این گیرنده ها توسط منفذهای کوچکی از خارج باز هستند و از این منفذها کانالهایی مملو از مواد ژله ای به طرف آمپولها کشیده می شوند. که جایگاه سلولهای حسی می باشند. کانالها و گیرنده های مزبور در کوسه ماهیهای دریایی و سفره ماهیها از خارج به آسانی دیده می شوند و حتی مدتها پیش از شناسایی وظیفه آنها، به عنوان آمپولهای لورنزینی(lorenzini) مشهور بوده اند. کانالها در ماهیها و سفره ماهیهای حساس به الکتریسیته ساکن آب شیرین بسیار کوتاهتر هستندو این اندامها آشکار بوده موسوم به میکرو آمپول می باشند .

تفاوت در ساختار گیرنده الکتریکی بین ماهیها آب شور و آب شیرین به سهولت قابل فهم است.در آب دریا یعنی جایی که مقاومت بدن ماهی بیشتر از آب اطراف می باشد خطوط جریان در اطراف ماهی پراکنده است.

بنابراین مجراهای طویل و مملو از مواد ژله ای با رسانایی زیاد باعث کاهش ولتاژ در طول واحد حسی به میزان حداکثر خواهد شد.

در آب شیرین خطوط جریان بر روی بدن ماهی یه علت مقاومت کم آن به یکدیگر نزدیک می شوند. بنابراین مجرای طویل در صورتی می تواند عمل کند که مقاومت پوست زیاد ولی مقاومت کانال کم باشد که ایجاد چنین حالتی به دشواری امکان پذیر است. یعنی باید تراکم نمک ژل درون مجرا زیاد باشد تا مقاومت آن کم شود و یا عایق بندی دیواره آن فوق العاده بالا باشد به همین دلیل مجراهای گیرنده تمام ماهی های آب شیرین که دارای حس الکتریکی هستند فقط آن اندازه عمق دارند که در  محدوده پوست قرار گیرند .

گیرنده های الکتریکی می توانند بسیار حساس باشند و نسبت به شیب ولتاژهایی به اندازه ناچیز 10 به توان منفی 8 ولت در سانیمتر پاسخ دهند .

اکنون چگونگی جلوگیری از تداخل علائم الکتریکی را در بین ماهیها مورد بررسی قرار می دهیم . چنانچه تعداد زیادی ماهی  الکتریکی در منطقه ای زندگی کند چگونه از تداخل علائم خود با علائم سلیر ماهیها جلوگیری می کنند ؟ چنانچه یک ماهی الکتریکی را بر فرکانس های الکتریکی مصنوعی که مشابه فرکانسهای خود ماهی است مواجه سازیم ماهی مزبور به منظور تمایز علائم خود از علائم مصنوعی به سرعت فرکانسهای خود را تغییر می دهد . این روش احتمالا مانع تداخل علائم یک ماهی با علائم سلیر ماهی ها می شود . چنین ادعایی توسط تمایل ماهی الکتریکی برای جابجایی فرکانس خود به هنگام برخورد با ماهی دیگری که دارای همان فرکانس است، قابل آزمایش است .

توانایی استفاده از ایمپالسهایی که خود ماهیها به منظور بررسی محیط خود تولید می کنند تشابه ظاهری با کاربرد پالسهای صوتی توسط خفاشها دارد با وجود این ،این دستگاه الکتریکی متفاوت است، زیرا انعکاس و بازتابی ندارد بلکه متکی بر بهم زدن میدان الکتریکی است.

در گذشته تصور می شد که فقط ماهیها دارای حس الکتریکی هستند اما اکنون شواهد بسیار خوبی وجود دارند که سیستم خط جانبی سمندرها مانند آگزولوتل (ambystoma) نیز در دریافت حس الکتریکی نقش دارند .خط جانبی آگزولوتل دارای دو نوع واحد حسی است یکی حساس یه الکتریسیته و دیگری حساس به عوامل مکانیکی .واحدهای حساس به عوامل مکانیکی نسبت به حرکت در آب از خود حساسیت زیادی نشان می دهند. واحدهای حساس به الکتریسیته تنها به شیبهای ولتازی ضعیف پاسخ میدهند و در برابر محرکهای مکانیکی به استثنای شدیدترین محرکها واکنشی نشان نمی دهند.

نحوه عمل واحدهای حساس به الکتریسیته در سمندرها هم از لحاظ فرکانس و هم از لحاظ حساسیت شبیه چگونگی عمل آنها در ماهیها است. آگزولوتل از بی مهرگان کوچک ،نوزاد قورباغه و ماهی تغذیه می کند و جریان های الکتریکی که به وسیله این جانوران تولید می شود در همان اندازه و سطحی است که دستگاه گیرنده الکتریکی آگزولوتل عمل می کند .

مهره دار دیگری که از جانداران آبزی تغذیه می کند پستاندار تخمگذاری به نام پلاتی پوس متقار اردکی( duck-billed platypus) است . این جانور غذای خود را درون جریانهای گل آلود جستجو می کند و هنگامی که به زیر آب می رود معمولا چشمها وگوشها و بینی خود را می بندد. مدت زمان زیادی است که معلوم شده منقار پلاتی پوس دارای انبوهی از اندامهای حسی است فرض گردیده که این اندامهای گیرنده های مکانیکی حساسی هستند چنین فرضی بدون تردید درست می باشد اما به تازگی حس الکتریکی نیز در پلاتی پوس نشان داده شده است .این جانور می تواند به کمک میدانهای الکتریکی ضعیفی که توسط جانوران شکاری و یا یک منبع مصنوعی به وجود می آید به آشیانه خود بازگردد.

به احتمال زیاد حس الکتریکی در پلاتی پوس مستقل از حس الکتریکی در ماهیها به وجود آمده است این گمان از آنجا سرچشمه می گیرد که عصب رسانی به اندامهای حساس الکتریکی پلاتی پوس از طریق عصب سه شاخه (عصب پنجم مغز )و در ماهیها توسط عصب شنوایی (عصب هشتم مغز) انجام می گیرد .

منبع:نئوبیولوژی (نشریه تخصصی استان مازندران)

لیست کل یادداشت های این وبلاگ