Węgorz elektryczny może być jednym z najbardziej niezwykłych drapieżników w całym królestwie zwierząt.

Taki jest wniosek Kennetha Catanii, profesora nauk biologicznych Stevensona na Uniwersytecie Vanderbilta, który spędził ostatnie trzy lata na badaniu sposobu, w jaki ta samotna południowoamerykańska ryba wykorzystuje pola elektryczne do poruszania się po mulistych wodach dorzecza Amazonki i Orinoko, gdzie żyje, lokalizowania ukrytych ofiar i ogłuszania ich do uległości.

Węgorze elektryczne mogą rosnąć do długości przekraczającej osiem stóp i wagi ponad 44 funtów. Ponad dwie trzecie ciała węgorza jest wypełnione wyspecjalizowanymi komórkami zwanymi elektrocytami, które przechowują energię elektryczną jak małe biologiczne baterie. Kiedy węgorz jest zagrożony lub atakuje ofiarę, komórki te rozładowują się jednocześnie, emitując wyładowania elektryczne o napięciu co najmniej 600 woltów, pięć razy większym niż napięcie w standardowym amerykańskim gniazdku ściennym.

„Historycznie węgorze elektryczne były postrzegane jako niewyszukane, prymitywne stworzenia, które mają jedną sztukę w swoim podręczniku gry: wstrząsnąć swoją ofiarą na śmierć” – powiedział Catania. „Ale okazuje się, że mogą one manipulować swoimi polami elektrycznymi w skomplikowany sposób, który daje im szereg niezwykłych zdolności.”

Jednym z najnowszych odkryć biologa, opisanych w numerze czasopisma Current Biology z 29 października, jest to, że węgorze mają specjalny manewr, który pozwala im na podwojenie szoku elektrycznego, który mogą dostarczyć szczególnie dużym lub trudnym ofiarom. W badaniach opublikowanych w zeszłym roku, Catania donosi, że węgorze produkują trzy różne rodzaje wyładowań elektrycznych: impulsy niskiego napięcia do wykrywania ich środowiska; krótkie sekwencje dwóch lub trzech milisekund, impulsy wysokiego napięcia wydany podczas polowania; i volleys wysokiego napięcia, impulsy o wysokiej częstotliwości, gdy węgorz jest przechwytywanie ofiary lub broniąc się. W serii eksperymentów wykazał, że impulsy elektryczne, które węgorz wytwarza, nie działają na same mięśnie, ale na nerwy, które kontrolują mięśnie ofiary. To produkuje silne, mimowolne skurcze mięśni.

Co szczególnie fascynuje biologa jest to, że węgorz system elektryczny daje mu to, co jest w zasadzie zdalnej kontroli nad jego ofiary mięśni. „Nie znam żadnego innego zwierzęcia, które może dosłownie przejąć kontrolę nad ciałem innego zwierzęcia w ten sposób”, powiedział Catania.

Węgorze dostrajają swoje impulsy do wielkości ofiary

Normalnie, węgorz ujarzmia mniejsze ryby karmowe pływając w ich pobliżu, a następnie rażąc je serią impulsów podobnych do paralizatora. Powoduje to skurcze mięśni całego ciała, tymczasowo paraliżując ofiarę. Jeśli z jakiegoś powodu węgorz nie chwyci natychmiast ryby do pyska, jego ofiara zwykle odzyskuje siły i odpływa bez widocznych uszkodzeń.

Niedawno Catania odkrył, że węgorz ma drugi tryb ataku, gdy zdał sobie sprawę, że stoi przed większymi, trudniejszymi ofiarami, takimi jak duże raki. W tym przypadku, węgorz zaczyna od ugryzienia swojej ofiary. Następnie zawija swój ogon wokół ciała ofiary, aż ogon leży bezpośrednio naprzeciwko głowy węgorza. Wtedy węgorz znacznie zwiększa szybkość swoich wysokonapięciowych impulsów elektrycznych.

To zachowanie było obserwowane wcześniej, ale nikt nie zaoferował wyjaśnienia. Catania zdał sobie sprawę, że manewr ten powoduje zbliżenie dodatniego bieguna organu elektrycznego węgorza, który znajduje się w jego głowie, do bieguna ujemnego, znajdującego się w jego ogonie. Poprzez zbliżenie tych dwóch biegunów do siebie, z ofiarą umieszczoną pomiędzy nimi, węgorz zwiększa ilość ładunku elektrycznego, który dostarcza swojej ofierze. Więc zaprojektował kilka eksperymentów, aby zmierzyć ten efekt i okazało się, że więcej niż podwoiła siłę impulsów elektrycznych, że ofiara otrzymała.

Jak Taser-jak impulsy, wzmocnione wyładowania działają na nerwy, które kontrolują mięśnie ofiary zwierzęcia. Ale badania Catanii wykazały, że zwiększona moc i wysoka częstotliwość impulsów miała dodatkowy efekt: napędza mięśnie ofiar tak szybko i mocno, że cierpią one na głębokie zmęczenie mięśni.

„Zwierzęta ofiar są całkowicie sparaliżowane”, powiedział Catania. „Efekt jest porównywalny do podania dawki środka paralitycznego, takiego jak kurara.”

Węgorze używają impulsów do skanowania w poszukiwaniu ofiar w mulistych wodach

Innym przykładem tego, jak węgorz korzysta z tej zdolności zdalnego sterowania, jest jego użycie dubletów i tripletów – krótkich sekwencji dwóch lub trzech milisekundowych, wysokonapięciowych impulsów, które węgorze emitują podczas polowania.

Czasochłonęło Catanię długie dochodzenie i obserwacje, aby dowiedzieć się, jaki jest cel tych sygnałów. W końcu zdał sobie sprawę, że impulsy są wytwarzane w precyzyjnych częstotliwościach, które wywołują skurcze mięśni całego ciała.

„Jednym z głównych problemów węgorza jest znalezienie ofiary w pierwszej kolejności”, powiedział Catania. „Ich środowisko w Amazonii jest wypełnione mulistą wodą i wszelkiego rodzaju roślinnością, która daje rybom wiele miejsc do ukrycia się. Tak więc, gdy węgorz płynie wzdłuż, emituje podwójny lub potrójny sygnał. Jeśli w pobliżu ukrywa się ryba, jego ciało spazmuje, a spazm generuje fale ciśnienia w wodzie. Chociaż węgorze elektryczne nie widzą zbyt dobrze, są bardzo dobre w wykrywaniu ruchu wody. Więc to ujawnia pozycję jego następnego posiłku.”

And they use zaps to track fast-moving prey

Catania odkrył również, że węgorz używa swoich wysokonapięciowych wyładowań elektrycznych jako wysoce precyzyjnego systemu radarowego, który pozwala mu na śledzenie szybko poruszających się ofiar.

Od pewnego czasu biolodzy wiedzą, że ryby elektryczne, w ogóle, a węgorze elektryczne, w szczególności, używają pola elektrycznego o niskim napięciu do nawigacji. W artykule opublikowanym online przez Nature Communications w dniu 20 października, Catania poinformował, że węgorz elektryczny ma wtórne zastosowanie dla swojego systemu elektrycznego wysokiego napięcia: do śledzenia szybko poruszających się ofiar.

Węgorz potrzebuje sposobu, aby śledzić lokalizację swojej ofiary po tym, jak jest ogłuszony. Projektując serię eksperymentów, które uniemożliwiły węgorzom korzystanie z innych wskazówek sensorycznych, Catania wykazał, że węgorze używały informacji zwrotnej z ich wysokonapięciowych siatek, aby wyzerować pozycję ofiary.

„To podwójne wykorzystanie systemu wysokiego napięcia zarówno jako broni, jak i systemu sensorycznego wskazuje, że zachowanie łowieckie węgorzy jest o wiele bardziej wyrafinowane niż sądziliśmy”, powiedział Catania.

Badania Catanii były finansowane przez National Science Foundation grant 1456472, John Simon Guggenheim Fellowship i Pradel Award od National Academy of Sciences.