北京時間12月9日消息，據科學日報報道，電鰻——一種能夠發出足以擊倒一匹成年馬的強烈震顫電擊的無鱗亞馬遜魚類——具有一種異常類似泰瑟槍(一種武器)的電擊系統，這一發現是基于對電鰻使用高壓電流定位和麻痹獵物的方式長達9個月的研究。這項研究是由美國史蒂文森范德堡大學生物科學教授肯尼思·卡塔尼亞(Kenneth Catania)帶領進行的，它被發表在12月5日的期刊《科學》上。
科學家揭示電鰻發出電擊工作原理類似泰瑟槍
人類對會放電的魚并不陌生。古埃及人用電鰩治療癲癇。英國物理學家邁克爾·法拉第(Michael Faraday)用鰻魚調查電的本質，而鰻魚的解剖學激發了Volta發明第一個電池。生物學家確定了六英尺長的電鰻能夠產生600伏特的電壓——這相當于一個美國插座電壓的五倍。今年夏天威斯康辛大學麥迪遜分校的科學家們宣布他們完成了對電鰻基因組的完整測序。
然而，在此之前，沒有人完全了解電鰻的電擊系統的工作原理。為了解開這一謎團，卡塔尼亞為大型水族館裝配了一個可以檢測電鰻電信號的系統，并獲得了幾條電鰻作為實驗品，長度最長為4英尺。
隨著卡塔尼亞開始觀察電鰻的行為，生物學家發現他們的行動異常迅速。它們能夠在1/10秒的時間內電擊并吞下一條蠕蟲或者小魚。因此卡塔尼亞裝配了一個每秒運行幾千幀的高速視頻系統，從而慢鏡頭的研究電鰻的行為。
卡塔尼亞記錄了電鰻三種不同類型的放電：用于感知環境的低壓脈沖；在獵捕過程中釋放的二至三次高壓毫秒脈沖組成的短序列(被稱為二連脈沖或者三連脈沖)；以及捕食或者自我防御時釋放的高壓高頻率脈沖。卡塔尼亞發現電鰻會在攻擊前10至15毫秒，對自由游動的獵物釋放高頻率高壓脈沖展開攻擊。在高速視頻里，很明顯在電擊擊中魚類后三至四毫秒，魚被完全麻痹。這種麻痹只是暫時的：如果電鰻沒有立即捕獲魚類，后者會迅速恢復移動性并迅速游走。
“這真是太不可思議了。電鰻可以在三毫秒的時間內麻痹獵物，魚完全處于癱瘓狀態。” 卡塔尼亞說道。這些觀察結果產生了一個很明顯的問題：電鰻是如何做到這一點的?科學文獻里尚未有這一問題的明確答案。
“我有一些執法機關的朋友，因此我很熟悉泰瑟槍的工作原理，” 卡塔尼亞解釋道。“當我發現電鰻的放電與泰瑟槍的放電如此相似，我感到非常震驚。泰瑟槍每秒發出19次高壓脈沖，而電鰻每秒能夠產生400次脈沖。”
泰瑟槍的工作原理是麻痹控制人體肌肉的神經，從而導致肌肉處于不由自主的收縮狀態。為了確定電鰻的放電是否有相似的作用，卡塔尼亞用電可以穿透的障礙物將水族館的部分隔開。它將一個刺毀腦脊髓的魚放在障礙物的一邊，而電鰻處于另一邊，工作人員為電鰻喂食蚯蚓，這將引發它發出電脈沖。電脈沖將穿過障礙物并擊中魚類，從而導致后者產生強烈的肌肉收縮。
為了確定放電究竟是作用在獵物的運動神經元上——也就是控制肌肉的神經——還是作用在肌肉本身，卡塔尼亞將兩個刺毀腦脊髓的魚放在障礙物一邊：其中一條魚被注射了生理鹽水，而另一條被注射了箭毒(箭毒馬鞍子的毒素)，一種攻擊神經系統的麻醉劑。電鰻的電擊導致注射生理鹽水的魚的肌肉不斷收縮，而被注射箭毒的魚在藥效開始起作用后就不再發生肌肉收縮。這展示了電鰻的放電是作用在運動神經元上，和泰瑟槍的放電是同一個原理。
接下來卡塔尼亞將注意力關注于電鰻利用電信號來捕獲獵物的方式。電鰻是夜間動物，視力并不好，因此它需要其它方式來監測隱藏的獵物。生物學家確定電鰻發出的二連脈沖或者三連脈沖與肌肉神經元向肌肉發送的用于產生極度快速肌肉收縮的電信號是相一致的。
“一般來說，人類或者動物無法實現身體所有肌肉同時收縮。然而，這就是電鰻的電信號能夠產生的后果。” 卡塔尼亞表示。結合電鰻對水運動極度敏感，以及整個身體肌肉收縮會導致獵物的身體抽搐，從而產生電鰻能夠感知的水運動，卡塔尼亞總結稱電鰻利用這些信號定位隱藏的獵物。
為了測試這一假說，卡塔尼亞將刺毀腦脊髓的魚連接到一個刺激器上，它將魚放在透明的塑料袋里以保護它們不受到電鰻的電擊。他發現當電鰻釋放信號后，如果他立即刺激魚類抽搐，電鰻就會發起攻擊。但是如果魚類沒有針對信號做出回應，電鰻就不會發起攻擊。這一結果支持了之前的觀點，也即電鰻利用電擊系統迫使獵物顯露自己的位置。
“如果你仔細想想，會發現電鰻真是太不可思議了。”卡塔尼亞說道。“它能利用自身電系統遙遠的控制獵物的身體。如果附近隱藏了一條魚，電鰻可以迫使它抽搐，泄露自己的位置信息，如果電鰻已經準備好獵捕魚，那么它會立即麻痹后者使得魚無法逃離。”這項研究得到了美國國家科學院普拉德爾研究獎、古根海姆獎和國家科學基金會的資金支持。