那么它的發(fā)電原理是什么？

在多數(shù)人看來，生物可以發(fā)電是不可思議的，這就像是一種超能力。不過在你深入了解了相關(guān)生物的知識之后，你就會意識到，生物可以進化出放電能力是理所當然的，應(yīng)該說如果在地球上億個物種中還沒有一個用電的，才是怪事呢。

為什么這么說，因為這個地球是所有的動物植物真菌都是由“電”驅(qū)動的，運用電是我們所有生物最基本的能力，所以連草履蟲這樣的單細胞原生動物都是依賴它而生存的，所以進化出直接用電攻擊的生物并不需要從頭再來，只要把已經(jīng)存在的結(jié)構(gòu)稍稍改造一下就好了。

電能轉(zhuǎn)化學(xué)能

首先我們來認識一下細胞膜，它是由雙層磷脂分子構(gòu)成的，那自然界無數(shù)的化合物中為什么偏偏要用它來組成細胞膜，而且在幾十億年間的進化中并沒有出現(xiàn)新的，取代磷脂組成細胞膜的有機分子，這是為什么呢？

首先是因為磷脂分子可以自發(fā)地形成雙層結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好；其次是磷脂分子與蛋白質(zhì)的相性比較好，可以在其中鑲嵌很多蛋白質(zhì)；最后是磷脂分子的絕緣性很好，不會輕易漏電。

什么漏電？細胞還要面臨漏電的問題？是的，而且我們真核生物的有氧呼吸依賴的正是膜系統(tǒng)的“電機”。

線粒體是細胞有氧呼吸的主要場所，還記得生物書的圖不，線粒體中有很多褶皺一般的膜，以前我們不知道這些膜是干什么的，但現(xiàn)在我們已經(jīng)明白了，這些膜就是有氧呼吸的關(guān)鍵。被氧化的葡萄糖并沒有直接合成ATP，而是變成了攜帶能量的氫原子，這些氫原子在線粒體內(nèi)膜上蛋白質(zhì)的引導(dǎo)下被拆成開并運輸?shù)侥さ膬蓚?cè)，膜內(nèi)是電子，膜外是質(zhì)子。

我們知道電壓，也就是所謂的電勢差其實就是正負電荷相互吸引的庫侖力產(chǎn)生的，在線粒體內(nèi)膜的兩側(cè)富集了大量的正電荷與負電荷，產(chǎn)生了高達數(shù)十萬伏特的電壓，與一片雷云相當！

質(zhì)子穿過鑲在膜上的ATP合成酶，帶動酶的軸心轉(zhuǎn)動，像磨盤一樣將ADP與一個Pi基團壓制在一起變成ATP。令人驚嘆，這就是在所有生物細胞中默默工作了數(shù)十億年的生命奇跡。

化學(xué)能轉(zhuǎn)電能

同樣，有了第一次自然就有第二次，有消耗電能合成ATP的酶，就有消耗ATP產(chǎn)生電能的酶，遍布我們?nèi)淼纳窠?jīng)細胞就是典型，我們知道神經(jīng)信號的本質(zhì)是電信號，所以我們的大腦才能被檢測到腦電波。神經(jīng)細胞的主要工作準備就是搬運離子，通過消耗ATP，膜上被稱為“離子通道”的蛋白質(zhì)將鈉與鈣離子搬到細胞外，將鉀離子搬到膜內(nèi)。

每搬進來兩個鉀離子就要搬出去三個鈉離子，所以細胞外正電荷要多于細胞內(nèi)，這時的細胞膜內(nèi)外產(chǎn)生了大約70mv的電勢差，這些電能蓄勢待發(fā)，只要一受到刺激，就會立即打開被動離子通道，讓離子們隨著電勢差與濃度梯度移動從而激發(fā)信號。

強化電能的必然之路

看，其實神經(jīng)細胞也已經(jīng)能完成消耗生物化學(xué)能變成電能的工作了，這算是完成了第二步。于是第三步也就順理成章了，只要能將很多可能產(chǎn)生電勢能的細胞串聯(lián)起來，就可以將電壓積累到相當可怕的程度，而電鰻所做的也正是第三步。

電鰻的發(fā)電細胞是由肌肉細胞改造來的，肌肉的運動也是依賴神經(jīng)控制與離子電壓差，所以與神經(jīng)細胞的原理是一模一樣的，連“離子通道”都一模一樣——鈉鉀離子通道。平時這些細胞就將鈉鉀離子泵出細胞。

▲鈉鉀離子通道蛋白質(zhì)

不過細胞內(nèi)外的電能怎么樣才能變成體外的電能呢？電鰻有一個巧妙的解決方案，發(fā)電細胞就像磚塊一樣緊密地排列在一起，連接它們的是不導(dǎo)電的脂肪，這樣發(fā)電細胞的兩端就被絕緣隔離了，一側(cè)光滑一側(cè)有豐富的褶皺，變成了一個小電池，這樣的發(fā)電細胞在電鰻身體兩側(cè)有6000~10000枚。

擁有了這樣巧妙的結(jié)構(gòu)，兩通過特化的神經(jīng)細胞將它們串起來也就不是難事了，在電鰻的脊髓中有一根充當主導(dǎo)線的主神經(jīng)細胞，由厚厚的、絕緣的髓鞘細胞包裹著，正極通到下巴，負極通往尾巴，把所有連接發(fā)電細胞的小神經(jīng)匯總到一起。

當需要的時候，電鰻大腦中發(fā)出信號給發(fā)電細胞，不過只打開光滑一端的離子通道，打開后鈉離子涌入鉀離子涌出，電勢差在細胞內(nèi)被中和了。但是本來沒有電勢差的發(fā)電細胞兩側(cè)出現(xiàn)了離子不平衡，正電荷集中在多褶皺的一側(cè)，而負電荷集中在光滑的一側(cè)， 它們需要相見但細胞膜與脂肪阻礙了它們，于是電荷只能繞道從電鰻的體外通過，就產(chǎn)生了定向電流啦！

這就是電鰻的發(fā)電原理了，是不是還挺好懂的呢？我是酋知魚，一只不會放電的科學(xué)作者，歡迎關(guān)注！