海洋生物趣闻 --带电的海洋动物及其放电给我们的启示

海洋生物趣闻 ---带电的海洋动物

我们在日常生活中少不了要和电打交道，但你听说过有一些鱼类也具有专门的发电器官吗？目前已知世界上能发电的鱼有250多种，而人还只研究了20多种．就拿电鳐来说吧，电鳐是海洋中能发电的鱼，它是沿海常见的一种软骨鱼类．电鳐的发电器官在身体中线两旁，它能放出80伏特的电压，最高可达200伏特．电鳐身上的发电器官，有许多是由肌肉纤维演变成电板，电鳐体内有200万块电板，虽然单个电板的电压不高，但是把它们串联起来，就会产生很高的电压．
 
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　　电鱼的特殊本领早就引起人们的注意．早在古希腊和罗马时代，人们就利用电鳐的电力来医治疾病．19世纪，意大利物理学家伏特以电鳐的发电器官为模型，设计出最早的伏打电池．由于这种电池是根据电鱼的天然发电器官设计的，所以又叫“人造电奇观”．伏打电池是世界上第一个直流电源．近年来，人们仿照放电鱼的发电器官，制造出“电子手”、“电子腿”等．
　　这些仿造生物制造的电子产品，运用于工业生产和医疗救护上，极大地减轻了人的劳动强度，提高了劳动生产力．

动物放电给我们的启示

电对于人类是如此的重要，不用说大至工农业生产，如果停电，很多机器不能开动，生产就要停顿；就拿小至千家万户的日常生活来说，一旦停电，电灯不能照明，只好又采用蜡烛或油灯等落后的照明方法，很多家用电器都无法使用，冰箱里的食品就会变质，电视机和录像机不能显影，各种电器音响无法播音，深受家庭主妇喜爱的电饭堡、电烤箱、洗衣机、电熨斗、空调、风扇等等都不能工作．
人们认识到电的功能就努力去寻求产生电的方法．远在古代就已观察到摩擦生电的现象．19世纪意大利物理学家伏特用电位上有差别的不同材料制成的化学电池制成了最早的人工电．19世纪30年代末期，英国的格罗夫利用液体或气体作燃料制成燃料电池．20世纪各种发电厂包括火力发电厂、水力发电站和核电站，能把煤、木材、液体燃料、沼气、核物质以及日光等都转换成电，这些都是人们所共知的．但是，有相当一部分人可能还不知道动物也能放电，可以这样说，凡是有生命活动就有生物电．动物是生物，当然也就能生电，不过一般动物产生的电太微弱，所以不被人们注意．就拿人本身来说也能生电，你到医院去检查身体，医生为你做心电图和脑电图，就是用电极把你的心脏和脑子发出的电信号引导出来，经过示波仪放大和记录下来，然后根据所显示的电波形状分析你的健康情况．人的心脏跳动时，在皮肤表面产生的电压为0.001～0.002伏．而人脑输出的电压仅为0.00002～0.0001伏．目前已测知的人体电还有肌电、视网膜电、皮电和细胞活动电等．当然，人体产生的电流是微弱的，产生的电量还不及一节普通电池的千分之一．从脑传给四肢肌肉或器官的神经电称为肌电，人们对肌电进行深入研究，认识到由于神经电特性不仅能操纵肌肉，而且也能操纵人造器械．医学生物工程已能从断肢部位的神经中引出肌电，经放大后来操纵人造假肢的活动．
在自然界有些鱼类能放出相当强的电流，这些鱼身体内有发电器．电鳐是生活在海洋中的一种软骨鱼，躯体呈扁圆型，体后拖着一条粗长的尾巴，整体有些像一把团扇，在它的头侧与胸鳍之间，每边有一个大型的发电器，每个发电器由纤维组织隔成约2000个直立的六角形柱状小管，管内又分成约40个小隔，每隔有一块扁平的电板，实际上就是一个由肌肉细胞转化来的电化学细胞．这种细胞兴奋时不是收缩，而是产生电流．电板一侧的膜是光滑的，有从脑通到发电器的神经分支出来的神经末梢，这一侧的膜能产生电压放电；另一侧的膜具有许多指状突起，但没有神经末梢分布，电极之间充满胶状物质，起电解质的作用，细胞膜让钾离子进入，而把钠离子隔在外面，在膜内就有过剩的电子，所以细胞内外就形成电位差，膜内是负的，膜外是正的．当一个神经冲动触发了发电细胞，受神经支配的细胞膜放出化学物，改变了对钠离子的透性，全部电极一齐激发，离子就从一个细胞向另一个细胞移动，便形成电流，由于电极都朝一个方向叠合，所以电流有一定方向，电流在体内流动的方向是从腹部流向背部，电流在体外通过水流动就形成电场．电鳐的电力根据电极数目及其幅度，加上鱼体大小和精力而定，一般相当强，可以使一个成年人触及而失去知觉．
生活在南美洲河流中的一种电鳗产生的电流就更强了．一条2米长的电鳗在水中所产生的电压可达250伏，而离开水时所产生的电压竟高达550伏，并能产生足以使6只100瓦灯泡发出闪光的电流．电鳗是一种淡水硬骨鱼，身体细长，但头和躯干部很短，仅占整个身体的八分之一左右，其余都是尾部，它的发电器全都安装在这条长尾中．成年电鳗的发电器约占它的总体积的40％左右，发电器每侧各有两个，上面一个较大，由尾部的前端一直伸向尾部的后端，是主要发电器；下面一个较小，沿着身体下表面伸展，这些发电器都是由一系列整齐的圆盘形电板组成，约有一万多个电板，每一个电板可放出0.14伏电压，当所有电板一齐放电时，头部是正极，尾部是负极，电流方向是由前传向后，在鱼身四周的水中有电流通过形成电场，可以电击在此范围内的任何生物．电鳗体内的一些重要结构，如神经和肌肉等都有与电流绝缘的脂肪组织所包围，因此，虽然相应的电流也在电鳗体内流动，但不会因此而受损．
非洲淡水河中的电鲶能产生高达350伏的电压，它的发电器不像电鳐和电鳗那样集中在某一部位，而是存在于由鳃至尾端整个躯体的皮肤和肌肉之间，以纤维质包住胶状物形成像鞘一样的发电器，它的电板上有神经末梢的一侧膜是正极，这同电鳐和电鳗正好相反，同时鱼的后部是正极，电由尾向前部负极流动．此外，从脑和脊髓交界处发出神经分布到发电器上去，再逐步分支到每一电极已仅是一条神经纤维，而不是一支神经．电鲶的发电器的来源尚不清楚，有人认为是从皮层细胞转化而来．
各种电鱼的电板在显微镜下检查时，所见到的细胞就像电池里的电板一样，以各种各样的串联和并联方式连接起来，受神经支配，放电完全在鱼的意愿控制之下，并不是一直在放电，如果几次发电后，电力就会愈来愈弱，像电池一样，也会耗尽，但只要休息片刻，就能重新放电，电鳐可在30分钟内放电近2000次，耗尽后，间隔15分钟后又可发电，可见它的恢复功能是相当强的．
电鱼的发电器具有非常高的效率，电鳗的每克体重发电器输出电功率为0.1瓦，相当于目前汽车上用的铅蓄电池每克重输出电功率的100倍．电鱼发电器不是连续地输出功率，而是以间歇方式工作，间歇输出的周期又较高，每秒内工作几毫秒．还有，电鱼发电器的小型化更是人造发电器所追求的，这些都值得人们好好地研究和模拟，这对人们制造更好的发电装置和利用动物电源必会有所帮助.