كيف يولّد الأنقليس الرعاد الكهرباء

إن الثعابين الكهربائية تشتهر بقدرتها على إنتاج صدمة كهربائية ضخمة تصل إلى حوالي 600 فولت. مصدر قوتهم هو مجموعة تشبه البطارية من الخلايا المعروفة باسم الخلايا الكهربية، والتي تشكل حوالي 80 في المائة من جسم ثعبان البحر الذي يبلغ طوله مترًا.

كيف ينتج الأنقليس الكهرباء

يشرح أنجيل كابوتي، كبير العلماء ورئيس قسم علم الأعصاب التكاملي والحاسوبي في معهد البحوث البيولوجية “كليمنت إستابل” في أوروغواي. يولد ثعبان الأنقليس الرعاد تيارات كهربائية كبيرة عن طريق نظام عصبي عالي التخصص لديه القدرة على مزامنة نشاط الخلايا المنتجة للكهرباء على شكل قرص والمعبأة في عضو كهربائي متخصص. يقوم الجهاز العصبي بذلك من خلال نواة أمر تقرر متى سيطلق العضو الكهربائي. عند إعطاء الأمر، تتأكد مجموعة معقدة من الأعصاب من تنشيط آلاف الخلايا في وقت واحد، بغض النظر عن بُعدها عن نواة الأمر.

تحمل كل خلية كهربية شحنة سالبة أقل بقليل من 100 ملي فولت في الخارج مقارنة بداخلها. عندما تصل إشارة الأمر، تطلق المحطة العصبية نفخة دقيقة من أستيل كولين، وهو ناقل عصبي. يؤدي هذا إلى إنشاء مسار عابر بمقاومة كهربائية منخفضة تربط داخل وخارج جانب واحد من الخلية. وهكذا، فإن كل خلية تتصرف مثل بطارية مع الجانب المنشط يحمل شحنة سالبة والجانب المقابل يحمل شحنة موجبة.

تشبه هذه الخلايا في الشكل القرصي، وتكتسب كل منها فرق جهد صغير يبلغ حوالي 1/10 فولت من خلال التحكم في تدفق أيونات الصوديوم والبوتاسيوم (الذرات المشحونة) عبر أغشية الخلايا. مرتبطة ببعضها البعض في صفائف من آلاف الخلايا الفردية، والنتيجة هي نوع من بطارية السيارة الطبيعية، التي تطلق شحنتها عندما يرصد ثعبان السمك مفترسات أو فريسة. يتم إطلاق ما يصل إلى 0.5 كيلو واط من الطاقة الكهربائية لكل صدمة – وهو ما يكفي لإحداث إصابة خطيرة للإنسان.

نظرًا لأن الخلايا يتم توجيهها داخل العضو الكهربائي مثل سلسلة من البطاريات المكدسة في مصباح يدوي، فإن التيار المتولد عن خلية مفعلة “يصدم” أي جار غير نشط، مما يؤدي إلى سيل من التنشيط الذي يسير في مجراه في ملي ثانية فقط أو لذا. ينتج عن هذا البدء المتزامن عمليًا تيار قصير العمر يتدفق على طول جسم ثعبان الأنقليس الرعاد. إذا كان ثعبان الأنقليس الرعاد يعيش في الهواء، فقد يصل التيار إلى أمبير واحد، مما يحول جسم ثعبان الأنقليس الرعاد إلى ما يعادل بطارية 500 فولت. لكن الثعابين الأنقليس الرعاد تعيش في الماء، مما يوفر منافذ إضافية للتيار. وبالتالي فهي تولد جهدًا أكبر، ولكنها تولد تيارًا مقسمًا وبالتالي متناقصًا.

لا توجد دراسات محددة حول سبب قدرة الثعابين الأنقليس الرعاد على صدمة الحيوانات الأخرى دون أن تصدم نفسها، ولكن قد يكون أحد التفسيرات المحتملة أن شدة الصدمة الكهربائية تعتمد على كمية ومدة التيار المتدفق عبر أي منطقة معينة من المنطقة.

ولأغراض المقارنة، فإن جسم الثعابين الأنقليس الرعاد له نفس أبعاد ذراع الرجل البالغ تقريبًا. لإحداث تشنج في الذراع، يجب أن يتدفق تيار 200 مللي أمبير فيه لمدة 50 مللي ثانية. يولد الأنقليس الرعاد طاقة أقل بكثير من ذلك لأن تياره يتدفق لمدة 2 مللي ثانية فقط. بالإضافة إلى ذلك، يتبدد جزء كبير من التيار في الماء عبر الجلد، ربما يقلل هذا من التيار أكثر بالقرب من الهياكل الداخلية مثل الجهاز العصبي المركزي أو القلب.

بطبيعة الحال، فإن التيار الذي تتلقاه أي فريسة صغيرة هو أيضًا جزء صغير من إجمالي التيار الناتج عن الثعابين الأنقليس الرعاد. على سبيل المثال، يبلغ طول فريسة أصغر بعشر مرات من الثعابين الأنقليس الرعاد حوالي 1000 مرة في الحجم؛ لذلك، تصاب الحيوانات الصغيرة القريبة من الثعابين الأنقليس الرعاد بالصدمة، بدلاً من الثعابين الأنقليس الرعاد التي تفرغها بنفسها.

أثناء تحركها، تبني هذه الأيونات شحنة كهربائية موجبة في بعض الأماكن؛ هذا يخلق شحنة سالبة في أماكن أخرى؛ يؤدي هذا الاختلاف في الشحنات إلى إطلاق شعاع من الكهرباء في كل خلية كهربائية، مع وجود الكثير من الخلايا الكهربية، تتراكم هذه القطرات معًا، يمكنهما إنتاج هزة قوية بما يكفي لصعق الأسماك أو سقوط حصان.