De elektrische paling is misschien wel een van de meest opmerkelijke roofdieren in het hele dierenrijk.

Dat is de conclusie van Kenneth Catania, de Stevenson hoogleraar Biologische Wetenschappen aan de Vanderbilt Universiteit, die de afgelopen drie jaar heeft bestudeerd hoe deze teruggetrokken Zuid-Amerikaanse vis elektrische velden gebruikt om te navigeren door het modderige water van de Amazone en Orinoco bekkens waar hij leeft, verborgen prooien te lokaliseren en ze tot onderwerping te verdoven.

Elektrische alen kunnen een lengte van meer dan 2 meter en een gewicht van meer dan 44 pond bereiken. Meer dan twee derde van het lichaam van de aal is gevuld met gespecialiseerde cellen, elektrocyten genaamd, die elektriciteit opslaan als kleine biologische batterijen. Wanneer de paling wordt bedreigd of een prooi aanvalt, ontladen deze cellen zich gelijktijdig, waarbij elektrische ontladingen van minstens 600 volt vrijkomen, vijf maal de spanning van een standaard Amerikaans stopcontact.

“Historisch gezien werden sidderalen beschouwd als onontwikkelde, primitieve wezens die maar één spel in hun draaiboek hebben: hun prooi doodschokken,” zei Catania. “Maar het blijkt dat ze hun elektrische velden kunnen manipuleren op een ingewikkelde manier die hen een aantal opmerkelijke vaardigheden geeft.”

Een van de laatste ontdekkingen van de bioloog, gerapporteerd in het nummer van 29 oktober van het tijdschrift Current Biology, is dat de palingen een speciale manoeuvre hebben waarmee ze de elektrische schok kunnen verdubbelen die ze kunnen toedienen aan bijzonder grote of moeilijke prooien.

Het elektrische systeem van de paling voorziet hem in wezen van een draadloze Taser die hij gebruikt om zijn prooi te verdoven. In een vorig jaar gepubliceerde studie meldde Catania dat de aal drie verschillende soorten elektrische ontladingen produceert: laagspanningspulsen voor het waarnemen van hun omgeving; korte reeksen van twee of drie milliseconden, hoogspanningspulsen die worden afgegeven tijdens het jagen; en volleys van hoogspanning, hoogfrequente pulsen wanneer de aal een prooi vangt of zichzelf verdedigt. In een reeks experimenten toonde hij aan dat de elektrische impulsen die de aal produceert, niet inwerken op de spieren zelf, maar op de zenuwen die de spieren van de prooi aansturen. Dit veroorzaakt sterke, onwillekeurige spiersamentrekkingen.

Wat de bioloog vooral fascineert is dat het elektrische systeem van de paling hem in wezen op afstand controle geeft over de spieren van zijn prooi. “Ik ken geen ander dier dat letterlijk de controle over het lichaam van een ander dier op deze manier kan overnemen,” zei Catania.

De paling stemt zijn zaps nauwkeurig af op de grootte van zijn prooi

Normaal bedwingt de paling kleinere voedervissen door naar hen toe te zwemmen en hen dan te bestoken met een volley van Taser-achtige pulsen. Dit veroorzaakt spiersamentrekkingen van het hele lichaam, waardoor de prooi tijdelijk verlamd raakt. Als de aal de vis om de een of andere reden niet onmiddellijk in zijn bek grijpt, herstelt het slachtoffer zich meestal en zwemt weg zonder zichtbare schade.

Meer recent ontdekte Catania dat de aal een tweede aanvalsmodus heeft wanneer hij zich realiseert dat hij tegenover een grotere, moeilijkere prooi staat, zoals grote rivierkreeften. In dit geval begint de aal met het bijten van zijn prooi. Dan krult hij zijn staart rond het lichaam van zijn prooi tot de staart recht tegenover het lichaam van de kop van de aal ligt. Vervolgens verhoogt de aal de snelheid van zijn elektrische impulsen met een hoog voltage aanzienlijk.

Dit gedrag was al eerder waargenomen, maar niemand had er een verklaring voor. Catania realiseerde zich dat de positieve pool van het elektrische orgaan van de paling, dat zich in zijn kop bevindt, door deze manoeuvre in de buurt komt van de negatieve pool, die zich in zijn staart bevindt. Door de twee polen dicht bij elkaar te brengen, met de prooi ertussen geklemd, verhoogt de aal de hoeveelheid elektrische lading die hij aan zijn slachtoffer afgeeft, realiseerde hij zich. Dus ontwierp hij enkele experimenten om dit effect te meten en ontdekte dat het de sterkte van de elektrische pulsen die de prooi ontving, meer dan verdubbelde.

Net als de Taser-achtige pulsen werken de versterkte ontladingen in op de zenuwen die de spieren van het prooidier aansturen. Maar Catania’s studies ontdekten dat de verhoogde kracht en hoge pulsfrequentie een extra effect had: Het drijft de prooidierspieren zo snel en hard dat ze lijden aan diepe spiervermoeidheid.

“De prooidieren zijn volledig verlamd,” zei Catania. “Het effect is vergelijkbaar met het toedienen van een dosis van een verlammend middel zoals curare.”

De palingen gebruiken pulsen om te scannen naar prooien in modderig water

Een ander voorbeeld van de manier waarop de aal profiteert van deze mogelijkheid tot afstandsbediening is het gebruik van doublets en triplets – korte sequenties van twee of drie milliseconde, hoogspanningspulsen die de aal afgeeft tijdens het jagen.

Het kostte Catania een lange periode van onderzoek en observatie om het doel van deze signalen te achterhalen. Uiteindelijk realiseerde hij zich dat de pulsen op precieze frequenties werden geproduceerd die spierspasmen in het hele lichaam opwekken.

“Een van de grootste problemen van de paling is het vinden van een prooi,” zei Catania. “Hun omgeving in het Amazonegebied is gevuld met modderig water en allerlei soorten vegetatie die de vissen veel plaatsen geven om zich te verbergen. Dus, als de aal langs glijdt, zendt hij een doublet of triplet uit. Als er zich een vis in de buurt verbergt, zal zijn lichaam verkrampen en de verkramping zal drukgolven in het water opwekken. Hoewel sidderalen niet erg goed kunnen zien, zijn ze zeer goed in het detecteren van waterbewegingen. Dit onthult dus de positie van zijn volgende maaltijd.”

En ze gebruiken zaps om snel bewegende prooien op te sporen

Catania heeft ook ontdekt dat de aal zijn elektrische ontladingen onder hoogspanning gebruikt als een zeer nauwkeurig radarsysteem waarmee hij snel bewegende prooien kan opsporen.

Biologen weten al enige tijd dat siddervissen in het algemeen, en sidderalen in het bijzonder, een elektrisch veld onder laagspanning gebruiken voor navigatie. In een artikel dat op 20 oktober online werd gepubliceerd in Nature Communications, meldde Catania dat de sidderaal een secundair gebruik heeft voor zijn hoogspanningselektrisch systeem: het opsporen van snel bewegende prooien.

De aal heeft een manier nodig om de locatie van zijn prooi bij te houden nadat deze is bedwelmd. Door het ontwerpen van een reeks experimenten die de palingen verhinderden om andere zintuiglijke signalen te gebruiken, toonde Catania aan dat de palingen de feedback van hun hoog-voltage stoten gebruikten om de positie van hun prooi te bepalen.

“Dit dubbele gebruik van het hoogspanningssysteem als wapen en als zintuig geeft aan dat het jachtgedrag van de palingen veel verfijnder is dan we dachten,” zei Catania.

Catania’s onderzoek werd gefinancierd door National Science Foundation grant 1456472, een John Simon Guggenheim Fellowship en een Pradel Award van de National Academy of Sciences.