Jak działają narządy elektryczne u zwierząt? Od strętwy do dziobaka
Prąd kojarzy się nam z elektrownią i gniazdkiem w ścianie. W rzeczywistości ruch nośników ładunku elektrycznego to jednak zjawisko naturalne, powszechne również w ludzkim ciele –każdy z nas w stanie spoczynku generuje nawet 100 W! Niektóre gatunki wykształciły jednak specjalne organy elektryczne, które pomagają im czuć, komunikować się, a nawet polować!
Ryby, czyli mistrzowie elektryczności
Ogromną większość spośród zwierząt aktywnie wykorzystujących elektryczność stanowią ryby. Na myśl przychodzi tu od razu węgorz, ale w rzeczywistości ryby węgorzokształtne, które spotykamy również w Polsce, nie posiadają żadnych specjalnych talentów w tym zakresie. Wężowaty gatunek, który jest w stanie porazić prądem, to tak naprawdę strętwa (Electrophorus electricus), potocznie zwana węgorzem elektrycznym i typowa dla bagnistych dorzeczy Ameryki Południowej.
Są jednak i inne gatunki znane ze swego prądotwórczego potencjału – łącznie na świecie jest ich nawet 350. Do tych najbardziej elektryzujących oprócz strętw należą drętwokształtne (łącznie 69 gatunków) zdolne do generowania ładunku o napięciu od 8 aż do 220 V w przypadku drętwy brunatnej (Torpedo nobiliana). Jeszcze więcej, bo aż 350 V, jest w stanie wygenerować sum elektryczny (Malapterurus electricus) spotykany w Nilu oraz jeziorze Czad. Czy to dużo? Nie w porównaniu z wspomnianą wyżej strętwą, której jedno „kopnięcie” może mieć siłę aż 860 V!
O tym jak wielka jest to dawka, pisał pruski naturalista Alexander von Humboldt w swoich wspomnieniach z wyprawy po Gujanie w roku 1800. Lokalni farmerzy wprowadzali do bagien swe konie, aby „wyładować” strętwy, które miały zostać odłowione i poddane badaniom. Niestety, wiele koni straciło wówczas życie w imię rozwoju nauki.
Sum elektryczny potrafi wygenerować nawet 350 V, źródło: Cedricguppy – Loury Cédric, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Narządy elektryczne u ryb
W jaki sposób tak ogromna dawka prądu może powstać w niepozornym bądź co bądź organizmie ryby? Strętwy posiadają trzy pary narządów elektrycznych rozlokowanych wzdłuż ciała: organ główny, organ Huntera oraz organ Sach’a. Zbudowane są one ze specjalnie zmodyfikowanych komórek mięśniowych, które wykorzystują kanały potasowe i sodowe do generowania ładunków elektrycznych. Ich przemieszczanie jest możliwe dzięki enzymowi zwanemu pompą sodowo-potasową.
Narządy elektryczne zajmują aż 80% masy ciała strętwy i w zależności od potrzeby produkują prąd o różnym napięciu. Słabe impulsy wytwarzane w organie Sach’a służą do nawigacji w mętnych wodach i porozumiewania się z innymi osobnikami. Gdy strętwa próbuje upolować ofiarę, generuje jednak wysokie napięcie w narządzie głównym i narządzie Huntera, zlokalizowanych w części ogonowej. W tym celu ryba wygina się i uderza w przeciwnika niczym bicz, przekazując mu zabójczą dawkę prądu. Ten sam mechanizm wykorzystywany jest w celach obronnych.
U sumów elektrycznych występuje jedna para narządów elektrycznych wykształconych z tkanki łącznej, które ciągną się od głowy do nasady ogona, głównie w części brzusznej – stanowią one 25% masy ciała ryby. Starożytni Egipcjanie wykorzystywali mniejsze osobniki do „leczenia” artretyzmu na zasadzie podobnej do dzisiejszej elektrostymulacji prądem. W przeciwieństwie do strętwy, która w rzadkich przypadkach może spowodować śmierć człowieka atakując kilkukrotnie w płytkiej wodzie, sum nie stwarza jednak zagrożenia dla życia, choć spotkanie z nim bywa nieprzyjemne.
U drętw, które same mają kształt płaskich dysków o średnicy do 1,5 m, nerkowate narządy elektryczne umieszczone są tuż pod skórą po bokach czaszki i skrzeli. W każdym jest ponad tysiąc sześciokątnych kolumn, działających niczym połączone równolegle baterie. Emitują one całe serie impulsów, z których każdy trwa zaledwie 0,3 sek. Z kolei występujący w wodach Atlantyku skaber amerykański (Astroscopus guttatus) generuje energię elektryczną dzięki organom umieszczonym w oczodołach. Każdy z nich składa się z 200 warstw specjalnej przewodzącej tkanki.
Tabela przedstawiająca gatunki zwierząt generujące prąd elektryczny; opracowanie własne
Elektroreceptory u rekinów
Nieco inny typ narządów, ściśle związanych z elektrycznością, posiadają rekiny. Otóż ogromni drapieżcy mają słaby wzrok, któremu nie pomagają słabe warunki świetlne w morskiej głębi. Matka Natura wyposażyła ich więc w elektroreceptory, które pozwalają wyczuwać przepływy ładunków elektrycznych. Ów szósty zmysł pozwala rekinom polować z zabójczą precyzją nawet w ciemnych, mętnych wodach.
Jak to działa? Ruch każdego zwierzęcia generuje niewielkie przepływy prądu, które w powietrzu byłyby niewyczuwalne, ale słona woda przewodzi je bardzo dobrze, dzięki obecności jonów sodu i chloru. Impulsy te odbierane są przez specjalne receptory rozmieszczone wokół nosa i szczęki rekina – najbardziej aktywne gatunki mają ich nawet 1500. Fachowo nazywa się je ampułkami Lorenziniego i są to de facto zmodyfikowane receptory linii bocznej, wypełnione żelowym przewodnikiem. Impulsy elektryczne przenikają ów żel, pobudzając rzęski, które z kolei uruchamiają neuroprzekaźniki w mózgu drapieżcy. Są one w stanie wyczuć prąd o napięciu jednej miliardowej wolta!
Polujący rekin w pierwszej kolejności polega na swym doskonałym węchu. Gdy znajdzie się metr od ofiary, główną rolę przejmują jednak elektroreceptory pozwalające zorientować szczęki dokładnie tam, gdzie potrzeba. Oczy w tym czasie dla ochrony wywracane są tył głowy, więc ryba polega wyłącznie na swoim szóstym zmyśle. Elektrolokację wykorzystują również inne gatunki, np. płaszczki czy mrukokształtne, ale rekiny są jej niekwestionowanymi mistrzami.
Rekiny podczas polowań korzystają z elektrolokacji, fot. imagesourcecurated/envato
Inne zwierzęta pod napięciem
Elektroreceptory przydają się nie tylko rybom. Dziobaki australijskie (Ornithorhynchus anatinus) polują w wodzie, ale przed zanurkowaniem zamykają zawsze oczy, uszy i nosy. W poszukiwaniu zdobyczy wykorzystują mechaniczne i elektryczne receptory zlokalizowane wokół przypominającego dziób pyska. Dzięki częstym ruchom głowy te jajorodne ssaki są w stanie wyczuć kierunek oraz dystans, z którego emitowany jest impuls elektryczny.
Spokrewniona z dziobakiem kolczatka australijska (Tachyglossus aculeatus) korzysta ze swoich elektroceptorów na lądzie. Jej wydłużony pyszczek wyposażony jest w elektroreceptory mające postać gruczołów śluzowych i zdolne do wykrywania pola elektrycznego o napięciu 1,8 mV na 1 cm. Tym sposobem kolczatki orientują się w przestrzeni i łatwo lokalizują swoje ulubione mrówki i termity.
Bardzo ciekawym przypadkiem wykorzystania elektryczności jest szerszeń wschodni (Vespa orientalis). Otóż ów gigantyczny owad z rodziny osowatych posiada na odwłoku żółty pas, który aktywnie pochłania energię słoneczną. Dzięki zawartości specjalnego pigmentu jest on w stanie transformować światło w energię elektryczną na zasadzie podobnej fotowoltaice. Po co szerszeniowi własna bateria słoneczna? Naukowcy nie są do końca pewni, ale sugeruje się, że dodatkowa dawka energii przydaje się podczas kopania podziemnych gniazd, w których owady hibernują przez zimę.
Na zakończenie warto dodać, że u świetlików wbrew pozorom nie dochodzi wcale do produkcji energii elektrycznej. Widoczne gołym okiem światło ma tak naprawdę charakter chemiczny i jest przykładem bioluminescencji, nie zaś typowej dla ryb elektrogenezy.
Narządy elektryczne u zwierząt – pytania i odpowiedzi
Czy w Polsce żyją węgorze elektryczne?
Nie, żadne węgorze nie generują energii. Ryby nazywane węgorzami elektrycznymi to strętwy, żyjące w rzekach Ameryki Południowej.
W jaki sposób ryby generują prąd?
Produkcja elektryczności jest możliwa dzięki specjalnym organom wykorzystującym naładowane jony sodu i potasu.
Po co zwierzętom elektroreceptory?
Elektroreceptory pozwalają wykrywać zmiany ładunków elektrycznych w okolicy (zwłaszcza w wodzie) wygenerowane przez inny poruszający się organizm.
- „Bioeletric organ” Britannica, https://www.britannica.com/science/bioelectric-organ, 28/03/2025;
- “Generating Electricity: Electric Animals” Let's Talk Science, https://letstalkscience.ca/educational-resources/backgrounders/generating-electricity-electric-animals, 28/03/2025;
- “The world's most electric animals” Matilda Battersby, https://www.bbcearth.com/news/the-worlds-most-electric-animals, 28/03/2025;
- “10 electric animals, from a ray that packs a deadly high-voltage punch to a species that uses electricity to communicate” Sheena Harvey, https://www.discoverwildlife.com/animal-facts/electric-animals, 28/03/2025;
- “Unexpected species diversity in electric eels with a description of the strongest living bioelectricity generator” C. David de Santana i in., https://www.nature.com/articles/s41467-019-11690-z, 28/03/2025;
- “Chapter 18 - Electric organs”, David J. Randall i in., Fish Physiology, Academic Press, Vol. 40, 2023, ISBN 9780443137334;
