Szokujący węgorz elektryczny!

Philip Stoddard miał kiedyś zwierzątko o imieniu Sparky. Sparky był węgorzem elektrycznym, rybą podobną do węża, która może dostarczyć niewiarygodnie silnych wstrząsów elektrycznych. Był gładki i ciemnoszary, około 1,5 metra (5 stóp) długości, z maleńkimi czarnymi oczami. Stoddard, zoolog na Florida International University w Miami, trzymał Sparky’ego w zbiorniku w swoim laboratorium.

Jednego dnia poczuł pokusę, by dotknąć ryby. „To było tak piękne, że musiałem ją pogłaskać” – mówi. Stoddard wiedział, że te węgorze produkowane intensywne wybuchy elektryczne, gdy zagrożone. Ale pomyślał, że on i Sparky są przyjaciółmi. Sięgnął więc do wody i pogłaskał zwierzę.

Poważny błąd.

Sparky natychmiast poraził Stoddarda prądem o napięciu około 500 woltów. To mniej więcej cztery razy tyle, ile dostałby z typowego gniazdka elektrycznego w północnoamerykańskim domu. Ramię Stoddarda bolało przez następną godzinę. Mówi, że był to sposób Sparky’ego na powiedzenie: „Nawet o tym nie myśl, Phil!”

Węgorz elektryczny jest fascynującym stworzeniem. Żyje w ciemnych, mętnych rzekach Ameryki Południowej, takich jak Amazonka. Zwierzę nie widzi zbyt dobrze i poluje w nocy. Wykrywa więc ofiarę emitując słabe impulsy elektryczne, które działają jak radar. Następnie węgorz ogłusza swoją ofiarę silnymi impulsami elektrycznymi i wsysa zwierzę do ust.

Stoddard widział węgorza elektrycznego, który zniszczył całą ławicę ryb. „Poraża je, a one wszystkie wypływają na powierzchnię” – mówi. „Potem spala je jak popcorn tak szybko, jak tylko może.”

W ciągu ostatnich dwóch lat jeden naukowiec opublikował kilka intrygujących odkryć na temat węgorzy elektrycznych. Ken Catania, biolog z Vanderbilt University w Nashville, Tenn., odkrył, że zwierzęta te używają swoich wybuchów elektrycznych do zamrażania ofiar w miejscu. Węgorze te mogą nawet zmusić ukrywające się ryby do ujawnienia swojej pozycji.

Konkluduje Catania, „Wszystko, co widziałem u tych zwierząt, jest niesamowite.”

Szósty zmysł

Węgorze elektryczne są częścią grupy zwierząt zwanych rybami elektrycznymi. Wszystkie mają specjalne narządy, które wytwarzają impulsy elektryczne. Niektóre gatunki emitują tylko słabe impulsy. Inne emitują silne impulsy. Węgorz elektryczny może robić obie te rzeczy.

Ryby elektryczne generują te impulsy za pomocą specjalnych komórek zwanych elektrocytami. Przebiegają one w rzędach wzdłuż ciała zwierząt. Komórki te pompują dodatnio naładowane atomy sodu, zwane jonami, z wnętrza siebie na zewnątrz. Następnie komórki otwierają bramy, aby wpuścić jony sodu z powrotem do środka. Napływ jonów z powrotem do komórek powoduje powstanie impulsu elektrycznego. Napięcia wszystkich elektrocytów w rzędzie sumują się. Jest to podobne do tego, jak rząd baterii pracuje, aby wspólnie zasilać latarkę.

Ryba elektryczna używa swoich słabych impulsów jak radar. Te impulsy tworzą pole elektryczne wokół jej ciała. To działa jak bańka prądu elektrycznego. Kiedy inne zwierzę wchodzi do tej przestrzeni, ryba wykrywa zniekształcenia w polu elektrycznym. Ta zmiana pomaga jej określić pozycję i tożsamość innego zwierzęcia – nawet gdy woda jest ciemna lub mętna. „Mają dosłownie szósty zmysł” – mówi James Albert. Jest on biologiem ryb na Uniwersytecie Louisiana w Lafayette.

Te ryby mają ten szósty zmysł dzięki organom zwanym elektroreceptorami. Wykrywają one zmiany w polu elektrycznym. Elektroreceptory wyglądają jak małe dołki i pokrywają całe ciało ryby.

Słabe impulsy również pomagają zwierzętom w komunikacji. Ryby elektryczne zmieniają rytm i siłę swoich impulsów, aby wysyłać różne wiadomości. Sygnały te mówią innym rybom elektrycznym wiele informacji, w tym płeć posłańca, gatunek i to, jak agresywnie się czuje.

Silny impuls elektryczny jest bronią. Podczas ataku ryba może razić swoją ofiarę setki razy. Oprócz węgorzy elektrycznych, ryby takie jak płaszczki torpedowe i afrykańskie sumy elektryczne również mogą wypuszczać te intensywne wybuchy.

Ale impulsy węgorza elektrycznego są najsilniejsze ze wszystkich ryb elektrycznych. „To legendarne”, zauważa Catania.

Zamarznij!

Ludzie badali węgorze elektryczne przez długi czas. Mimo to, wiele tajemnic pozostało.

W 2014 roku Catania chciał napisać rozdział książki o tych węgorzach. Zazwyczaj bada on systemy sensoryczne zwierząt takich jak krety, aligatory i węże. Ale zafascynował go sposób, w jaki te węgorze wyczuwają pola elektryczne.

Więc Catania zdobył kilka węgorzy do swojego laboratorium. „Czułem, że jeśli mam pisać o tym stworzeniu, to chcę je trochę lepiej poznać” – wyjaśnia.

Najpierw nakręcił filmy, na których węgorze polują na złote rybki. Mówi: „Pomyślałem, że co mi tam: Muszę zobaczyć, kiedy atakują rybę – co się dzieje?”. Węgorze elektryczne atakują bardzo szybko. Catania użył więc szybkiej kamery, która robiła 1000 zdjęć na sekundę. Następnie odtworzył nagrania w zwolnionym tempie.

To, co zobaczył, zaskoczyło go. Myślał, że złota rybka będzie się szarpać po porażeniu. Zamiast tego, rybka zamarła niemal natychmiast – w ciągu trzech tysięcznych sekundy. To było tak, jakby węgorz rzucił zaklęcie, które zamieniło jego ofiarę w kamień.

Katania był zaintrygowany. „Jak to możliwe?” zastanawiał się.

Pewnie elektryczny podmuch węgorza zadziałał jak paralizator. Jest to broń policyjna, która uwalnia impulsy elektryczne. Kiedy impulsy uderzają w osobę, wyzwalają komórki nerwowe zwane neuronami. Aktywowane neurony sprawiają, że mięśnie kurczą się tak, że osoba tased nie może się poruszać.

Aby przetestować swój pomysł „tasing”, Catania przeprowadził eksperyment. Podłączył martwą złotą rybkę do urządzenia, które rejestrowało skurcze mięśni zwierzęcia. Rybka właśnie umarła, więc jej mięśnie wciąż pracowały.

Catania chciał zobaczyć, jak mięśnie rybki zareagują na impulsy węgorza. Ale nie chciał, aby węgorz rzeczywiście jeść ryby, bo to by bałagan mięśni-kontrakcji pomiarów. Umieścił więc ryby w zbiorniku z węgorzem, ale oddzielił je od siebie barierą. Następnie dodał kilka żywych dżdżownic do sekcji węgorza w zbiorniku. Węgorz raził dżdżownice setkami silnych impulsów elektrycznych. Impulsy przeniknęły przez barierę i dotarły do martwej rybki.

Tak jak Catania się spodziewał, mięśnie złotej rybki skurczyły się, gdy tylko węgorz zaczął wypuszczać impulsy. Wyglądało na to, że jego przeczucie było słuszne. Elektryczny podmuch zadziałał jak paralizator: Zamroził rybę, powodując skurcz jej mięśni.

Ale Catania zauważył też coś dziwnego. Zamiast setek, czasami węgorz emitował tylko dwa silne impulsy, gdy pływał w pobliżu martwej ryby. Dopiero potem rozpoczynał zaporę na pełną skalę. Wtedy właśnie atakował swoją ofiarę setkami impulsów i próbował przebić się przez barierę.

Nie ma gdzie się schować

Pierwszy eksperyment Katanii wykazał, że bombardowanie węgorza silnymi impulsami zamraża jego ofiarę. Dlaczego więc wcześniej węgorz wyzwolił pojedynczą parę impulsów?

Mając nadzieję się tego dowiedzieć, naukowiec przyjrzał się uważniej danym dotyczącym skurczów mięśni złotej rybki. Zdał sobie sprawę, że jej ciało drgnęło zaraz po tym, jak węgorz wyemitował dwa impulsy. Zastanawiał się, czy mały wybuch elektryczny węgorza wywołał drgawki.

Pomysł ten miał sens. Wyobraź sobie małą rybę w ciemnej rzece w nocy. Aby uniknąć zjedzenia przez węgorza elektrycznego lub jakiegoś innego drapieżnika, ryba ukrywa się w niektórych roślin. Pozostaje w bezruchu, mając nadzieję, że węgorz jej nie zauważy.

Jeśli węgorz mógłby w jakiś sposób zmusić rybę do drgań, ruch ten spowodowałby falowanie wody. Węgorz wyczułby falowanie i zauważyłby ukrywającą się rybę. Być może węgorz potrzebuje tej wskazówki do lokalizacji ofiary, ponieważ jego system radarowy nie zawsze może wykryć rybę, która jest nieruchoma.

Ale zbieranie dowodów dla tego pomysłu było trudne. Jak Catania mógł wykazać, że drganie pozwoliło węgorzowi zorientować się w położeniu ofiary? Może drgawki nie były ważne. Te dwa impulsy mogły być tylko rozgrzewką przed pełnym atakiem.

Aby się o tym przekonać, Catania wymyślił kolejny eksperyment. Po pierwsze, podłączył inną martwą złotą rybkę do urządzenia zwanego stymulatorem. Poprzez przewody przymocowane do ciała złotej rybki, urządzenie przekazywało impuls elektryczny, który zmuszał rybkę do drgawek.

Zanim Catania włączył urządzenie, umieścił rybkę w plastikowej torbie. Plastik niezbyt dobrze przewodzi prąd. Tutaj więc torba zablokowała impulsy węgorza.

Catania obserwował, co się działo, gdy stymulator był nieaktywny, a ryba pozostawała nieruchoma. Węgorz wydawał parę impulsów, jak zwykle. Ponieważ plastikowa torba osłaniała rybę, nie drgnęła ona. Węgorz nie zaatakował rybki.

Potem Catania użył stymulatora, aby złota rybka drgnęła po dwóch impulsach węgorza. Tym razem węgorz zaatakował. Wynik sugerował, że ryba potrzebowała tych drgawek, aby wykryć swoją ofiarę.

W pewnym sensie węgorz wykonuje „zdalne sterowanie” rybą, mówi Catania. Węgorz może sprawić, że ryba porusza się nawet bez dotykania jej. To trochę jak Jedi z Gwiezdnych Wojen używający Mocy, by zmusić ludzi do robienia rzeczy, których nigdy nie zamierzali robić.

„To po prostu cholernie sprytne”, dodaje Stoddard.

Zmylone węgorze

Catania odkrył kilka imponujących strategii węgorza. Ale jego praca jeszcze się nie skończyła. Każdy eksperyment rodził kolejne pytania.

Zauważył, że kiedy ryba w plastikowej torbie drgnęła, węgorz rzucił się w jej kierunku, aby zaatakować. Ale nie skończyło się to ugryzieniem ryby. Poruszał się we właściwym kierunku, ale potem zrezygnował. „Ryba jest tuż przed nimi,” mówi Catania. „Więc o co chodzi?”

Czy węgorzowi brakowało czegoś kluczowego?

Skok ryby dał węgorzowi wskazówkę co do jej ogólnej lokalizacji – jak „Jestem po twojej prawej stronie”. Ale być może węgorz potrzebował więcej informacji, by trafić dokładnie w to miejsce.

Plus, ofiara mogła przenieść się w nowe miejsce po drgnięciu. Nawet jeśli atak węgorza zamroził mięśnie ryby, mogła ona nadal dryfować w wodzie. A węgorze nie mają dobrej wizji.

Catania zastanawiał się, czy węgorz potrzebuje śledzić swoją ofiarę za pomocą impulsów elektrycznych (które plastikowa torba zablokowała). Wiedział, że węgorze elektryczne używają swoich słabych impulsów jako „radaru” do wykrywania ofiar. Jednak podczas ataku impulsy węgorza zmieniają się ze słabych na silne. Zwierzę nie może emitować obu rodzajów impulsów jednocześnie.

Więc Catania zaczął się zastanawiać, czy węgorz również używał swoich silnych impulsów jako radaru. Byłoby to zaskakujące. Naukowcy sądzili, że węgorze używają silnych impulsów tylko jako broni.

Aby się o tym przekonać, Catania powtórzył swój eksperyment, ale dodał coś od siebie. Wrzucił do zbiornika pręt węglowy. Pręt ten przewodził prąd elektryczny.

Catania użył stymulatora, aby wprawić w drganie złotą rybkę w plastikowej torbie. Ale tym razem stało się coś dziwnego. Węgorz rzucił się w stronę rybki, ale potem zmienił kierunek i zaatakował pręt węglowy!

Dlaczego? Węgorz wypuszczał silne impulsy, aby spróbować zamrozić swoją ofiarę. Ale te silne impulsy działały również jak radar. Plastikowa torba osłoniła złotą rybkę przed radarem, ale pręt węglowy nie miał tyle szczęścia. Węgorz wykrył pręt, pomyślał, że to ofiara i zaatakował ją zamiast niej.

Katania przeprowadził jeszcze wiele eksperymentów, aby upewnić się, że jego pomysł jest słuszny. Umieścił w zbiorniku plastikowe pręty wraz z prętami węglowymi. Ponieważ plastik nie przewodzi dobrze prądu, radar węgorza nie mógł ich wykryć. Węgorz zignorował plastikowe pręty, atakując tylko węglowe.

Następnie umieścił węglowy pręt na wirującym dysku, aby sprawdzić jak dobrze węgorz może śledzić szybko poruszający się obiekt. Węgorz gonił i uderzał w poruszający się pręt.

Catania przeprowadzał również eksperymenty w ciemności, używając jedynie światła podczerwonego. Węgorz nie mógł nic zobaczyć w tym świetle, a mimo to zachowywał się tak samo. Więc wizja nie była tak ważna w polowaniu węgorza.

Wszystkie eksperymenty sugerowały, że węgorz elektryczny polega na swoich silnych wybuchach elektrycznych, aby śledzić ofiary. Innymi słowy, silne impulsy są zarówno bronią, jak i systemem sensorycznym. „To jak widzenie laserowe” – mówi Catania. Pomyśl o postaci z kreskówki, która używa swoich oczu do widzenia, ale także do strzelania śmiercionośnymi wiązkami laserowymi. To jest właśnie to, co węgorz robi ze swoimi zapsami.

Wyrafinowany łowca

Catania ułożył wiele kawałków układanki. Odkrył, że węgorz elektryczny najpierw emituje dwa impulsy, aby zmusić swoją ofiarę do drgawek. Następnie wypuszcza setki silnych impulsów. To bombardowanie robi dwie rzeczy w tym samym czasie: zamraża mięśnie ofiary i pomaga węgorzowi śledzić jej dokładną lokalizację.

Węgorze te wyciągają wszystkie przystanki, aby upewnić się, że dostaną swój posiłek. „Są nawet bardziej wyrafinowane niż myśleliśmy”, mówi Stoddard. „Nie działają wyłącznie na zasadzie brute force.”

Gdy Catania po raz pierwszy przyniósł węgorze elektryczne do swojego laboratorium, nigdy nie sądził, że dowie się o nich tak wiele. Myślał, że może zrobić kilka fajnych filmów, które pokaże swoim studentom w klasie i napisze rozdział w swojej książce. „Zamiast tego, natknąłem się na rzecz, która była tak interesująca, że musiałem się nią zająć” – mówi. Za każdym razem, gdy uważnie przyglądał się węgorzom, pojawiało się nowe pytanie – i chciał na nie odpowiedzieć.

W przeciwieństwie do Stoddarda, Catania nie został jeszcze porażony przez dużego węgorza elektrycznego, a jedynie przez małe. „Jestem bardzo ciekawy” – przyznaje. Ale zdecydował, że nie musi wiedzieć z pierwszej ręki, co czuje się podczas ataku węgorza elektrycznego. To jedno pytanie pozostawi bez odpowiedzi.