電鰻：水中的多重震撼
By Daria Zaitseva
在1800年，意大利科學家Alessandro Volta受電鰻的啟發，創造了第一顆電池 [1, 2]。雖然名字中有個「鰻」字，但電鰻在分類上並不屬於鰻魚的一種 [2]，儘管兩者外形非常相似。這些有趣的淡水刀魚擁有獨特的放電能力，能使其他動物暈眩甚至死亡。到底箇中原理是甚麼呢？
首先，我們須了解電流這個概念，就是帶電粒子（例如電子或離子）的流動。兩點之間的電荷差異產生電勢差，當電路接通時就會導致放電現象，當中電流大小與電路的電阻成反比。
在生物的神經系統中，信號是以電脈衝的形式傳遞。類似於電池有正負極，我們的神經元會主動地維持細胞膜兩邊離子的不同濃度，使細胞內外有著電勢差。透過有秩序地開關細胞膜中的離子通道，離子就可以順濃度梯度穿越細胞膜。離子的流動最終產生一波電脈衝，將信息從神經一端傳遞至另一端。
然而電鰻將生物放電的潛能發揮到極致。牠們身體八成均由與放電相關的特化器官組成 [3]，這三個器官分別是石赫氏器官（Sach's organ）、亨特氏器官（Hunter's organ）和主器官（main organ），由稱為「發電細胞」的特化扁平肌肉細胞組成。這些微小的電池同時以串聯和並聯方式連接，分別使電壓和電流得以累加。當發電細胞接收到指示它們放電的神經信號時，細胞膜中的鈉通道會打開，使鈉離子（Na+）湧入細胞。這使一群群堆疊的發電細胞內部積聚大量正電荷，將電鰻身體變成一條長長的電池 － 魚的頭部為正極，尾部為負極。這塊「活電池」的電壓可以高達600伏特 [1]，幾乎是香港標準電壓的三倍！
為了彌補視力上的不足，電鰻還能透過設置低電壓的電場以探測周圍環境 [4]，使牠們能在南美洲北部亞馬遜河和奧里諾高河一帶混濁的死水和沼澤中生活和捕獵 [2]。當障礙物、獵物或捕食者靠近時，魚的電場會受到干擾；而即使是細小至每厘米一微伏（10-6 V/cm）[4] 的電場扭曲，也能被散佈在電鰻身體上的電感受器偵測到，使電鰻能察覺四周。
一旦電鰻偵測到類似獵物的物體，就會進入典型的攻擊模式 [5, 6]。電鰻首先會以高電壓連續兩下放電，使躲藏的獵物不自主地強烈抽搐。泛起的漣漪能被電鰻感知，從而揭示獵物的位置。然後電鰻會以一連串高壓脈衝掃射獵物，使其麻痺再把其吞下。有時為了施以更強烈的電擊，電鰻會用口叼住獵物並捲曲身體，將獵物拉近尾部，把獵物扯進更強烈的電場 [5]。
這驚人能力背後還有一個不解謎團：電鰻如何在放電中保護自己免受電擊？有理論認為電鰻相對較大的體型（可達2.5米長！）能幫助牠們承受細小獵物無法忍受的電流 [7, 8]。與此同時，包圍著放電器官的絕緣脂肪層 [8] 和在水中散失的一部分電流 [7] 保護了電鰻的中樞神經系統和心臟，避免其受自己發出的強大電流直接衝擊。儘管如此，關於電鰻，確實還有許多東西需要進一步研究和發現。
參考資料
[1] SPARK Museum of Electrical Invention. (n.d.). Volta’s Fishy Invention. https://www.sparkmuseum.org/voltas-fishy-invention/
[2] Chetan-Welsh, H. (n.d.) How do electric eels work? Natural History Museum. https://www.nhm.ac.uk/discover/how-do-electric-eels-work.html
[3] The University of Western Australia. (2015, February). Electrical circuits 6: Electric eels (fact sheet). https://www.uwa.edu.au/study/-/media/faculties/science/docs/electric-eels.pdf
[4] Bennett, M. V. L. (1971). Electroreception. In W. S. Hoar, & D. J. Randall (Eds.), Fish Physiology (pp. 493–574). Academic Press. https://doi.org/10.1016/S1546-5098(08)60038-2
[5] Catania, K. C. (2019, April 1). Shocking Secrets of the Electric Eel. Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/shocking-secrets-of-the-electric-eel/
[6] Catania, K. (2014). The shocking predatory strike of the electric eel. Science, 346(6214), 1231–1234. https://doi.org/10.1126/science.1260807
[7] Scientific American. (2005, December 5). How do electric eels generate a voltage and why do they not get shocked in the process? https://www.scientificamerican.com/article/how-do-electric-eels-gene/
[8] BBC Wildlife Magazine. (2023, July 3). How an electric eel works: You wouldn't want to be on the receiving end of its high voltage charge. https://www.discoverwildlife.com/animal-facts/fish/how-an-electric-eel-works