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Eletricidade em Animais NectônicosSeminários de Ecofisiologia de Organismo Nectônicos

Patricia Martins Sparagna Luís Fabiano Baldasso Renan Kuwana

Instituto OceanográficoUniversidade de São Paulo

Junho, 2008

Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal 2008 1 / 46

Sumário

1 IntroduçãoProdução de descargas elétricas

2 Eletrorreceptores

3 Sensibilidade eletromagnéticaPercepção de campos magnéticos


Introdução

Histórico e Fatos interessantes . . .

Gregos e Egipícios já conheciam sobre os potentes choques da arraiaelétrica e do bagre elétricoOs choques mais potentes são produzidos pelo poraquê sul-americanacerca de 500V a 600VNão há uma lógica nas espécies que podem liberar descargas elétricas(teleósteos, elasmobrânquios,de água doce, de água marinha)


Introdução

Quanto a utilização

A utilização deste tipo de eletricidade tem como objetivo as seguintesfinalidades:

1 para defesa e atordoamento da presa;2 para explorar o meio e localizar inimigos ou presas;3 para comunicação;


Introdução Produção de descargas elétricas

Produção de descargas elétricas

Na maioria dos peixes, as descargas elétricas são produzidas por tecidomuscular modificado formando orgãos elétricos discretosNa enguia este orgão chegam a ocupar 40% do volume corpórea!

descrição dos orgãos1 células delgadas ( eletroplacas ou eletrolâminas);2 empilhadas em colunas com 5.000 a 10.000 placas;3 aproximadamente 70 coluna de cada lado do corpo;4 as duas faces muito distintas;5 uma é inervada por densa rede de terminais nervosos;6 a outra é intensamente dobrada ou enrolada;



descrição do funcionamento dos orgãos

Inativo1 as duas superfícies da eletroplaca possuem +84mV en relação ao centro;2 Não há diferença de potencial em relação á elas;

Ativo1 o potencial da superficie inervada é invertido;2 a superfície inervada adquire -67mV;3 a voltagem total através da eletroplaca é de 150mV;4 como uma bateria, as varia placas em série aumentam a tensão;5 e as placas em paralelo (coluna) aumentam a corrente;



Veja bem . . .

No poraquê sul-americana a tensão chega 600V e corrente de 1A;Na arraia a tensão chega a 50V mas com uma corrente de 50A!Para matar um homem adulto não são necessários mais que algumasdezenas de miliamperes...

Faça as contas

No poraquê sul-americana temos uma potência disponivel de 600W ;Mas na arraia a potência disponível chega a 2500W!Que corresponde a 41 lâmpadas de 60W ou 25 computadores de 100W!


Eletrorreceptores

Eletrorreceptores

A maioria dos peixes elétricos vivem em águas turvas as quaisproporcionam visibilidade precáriaGeralmente noturnosOlhos pouco desenvolvidosSentido elétrico permite a exploração do meio quando a visão éinadequadaVantagem: independe do ciclo diurno-noturnoDesvantagem: alcance muito limitado


Eletrorreceptores

Figura: Gymnarchus niloticus - peixe africano

Um do primeiros peixes no qual estudou-se detalhadamente a recepçãoelétrica


Eletrorreceptores

Figura: Gymnarchus niloticus

Dispara um fluxo contínuo de pulsos (300 a 400 pulsos por segundo)Durante cada descarga, a extremidade da cauda fica momentaneamentenegativa em relação à cabeçaUma corrente elétrica flui em direção à água circundante


Eletrorreceptores

Configuração de um campo elétrico depende da condutividade dos arredorese é distorcida se um objeto com condutividade superior ou inferior à água forintroduzido no campo

Objeto Linhas de fluxo de correntecondutividade mais alta convergem

condutividade mais baixa divergem


Eletrorreceptores

Orgãos eletrorreceptores

localizados na peletuberosos e ampulares

Receptores tuberosos

encontrados apenas em peixes elétricosrespondem às taxas de descarga de alta freqüência características depeixes elétricos

Receptores ampulares

encontrados em peixes elétricos e não-elétricosrespondem a freqüências menores e alterações nos campos decorrentes elétricasse abrem para o exterior por meio de poros na pele que, através decanais preenchidos com material gelatinoso, levam às ampolas quecontém as células sensoriais


Eletrorreceptores

exemplos marinhos

Figura: Carcharodon carcharias(Tubarão branco)

Canais e receptores são bastante proeminentes - ampolas de Lorenzini


Eletrorreceptores

exemplos marinhos

Figura: Manta birostris (Raia jamanta)


Eletrorreceptores

Ampolas de Lorenzini

Tubarões e espécies relacionadas sentem campos elétricos muito fracosgerados por outros animais na água salgada graças à centenas, talvezmilhares de detectores especializados em seu focinho, chamados Ampolasde Lorenzini.Os campos conduzem eletricidade em canais cheios de gel, bem isolados,que se estendem dos poros da pele às ampolas em forma em bulbo,alinhadas com uma camada de células sensoriais.


Eletrorreceptores

Peixes de água doce

Figura: Electrophorus electricus (poraquê)

em peixes eletrossensíveis de água doce os canais são muito mais curtos eos órgãos menos proeminentes - microampolas


Eletrorreceptores

Diferença estrutural dos eletrorreceptores

Água do mar

peixes possuem menor condutividade que a água circundante - linhas decorrente divergem ao redor do peixe e um canal longo ajuda a maximizar aqueda de voltagem por meio da unidade sensorial

Água doce

linhas de corrente convergem para o peixe devido à sua maior condutividade.Um canal longo poderia funcionar se houvesse uma alta resistência da pele euma baixa resistência do canal - difícil de ser obtido

Para manter a resistência baixa seria necessário um gel com elevadaconcentração salina ou um alto isolamento da parede


Eletrorreceptores

Interferência por sinais elétricos de outros peixes

Se um peixe elétrico for submetido a um pulso artificial de freqüência idênticaà dele, ele irá responder com uma alteração da freqüência, afastando-se dosinal artificial.Tendo em vista que eletrorreceptores podem ser extremamente sensíveis,respondendo a gradientes de voltagens de até 10−8V por centímetro, umpeixe ao se avizinhar de outro peixe com a mesma freqüência perceberáfacilmente esta semelhança, naturalmente alterando e encontrando outrafreqüência específica


Eletrorreceptores

Morcego - utiliza impusos sonoros para explorar o meio


Eletrorreceptores

Peixe elétrico - utiliza impulsos elétricos para explorar o meio


Eletrorreceptores

Figura: Ambyostoma

Salamandras - Há atualmente fortes evidências de que o sistema da linhalateral da salamandras também seja sensível à eletrorrecepção


Eletrorreceptores

Ambyostoma

A linha lateral da Ambyostoma exibe dois tipos de unidades sensoriais:

eletrossensíveismecanossensíveis

A função das unidades eletrossensíveis nas salamandras é parecida com ados peixes, em relação ao intervalo de freqüência e à sensibilidade.A alimentação de salamandras consiste em pequenos invertebrados, girinose peixes - a corrente gerada por esses animais é da mesma ordem demagnitude que a sensibilidade do sistema eletrorreceptor das salamandras.


Eletrorreceptores

Figura: Ornithorhynchus anatinus

Ornitorrinco - Vertebrado que se alimenta de organismos aquáticos vivos,buscando seu alimento em correntes lamacentas. Mergulha de olhos, orelhase nariz fechados.


Eletrorreceptores

OrnitorrincoO bico deste animal contém uma grande quantidade de órgãos receptores -suposições de que sejam mecanorreceptores extremamente sensíveis.


Eletrorreceptores

OrnitorrincoExperiência recentes comprovaram a existência de eletrossensibilidade doornitorrinco, o qual localiza campos elétricos pouco potentes emitidos porsuas presas ou por fontes artificiais.A eletrorrecepção no ornitorrinco aparentemente evoluiu independentementeda dos peixes, quando compara-se a inervação das unidadeseletrossensíveis, em ornitorrincos realizada pelo trigêmeo (o quinto nervocraniano) e em peixes pelo nervo auditivo (oitava nervo craniano)


Sensibilidade eletromagnética


EletrossensibilidadeDetecção do campo magnético terrestre (Hans Lissmann)

Peixe condutorAo nadar pelo campo magnético, o peixe gera uma corrente induzida que seencontra dentro do nível de sensibilidade

Campo percebido pela raia(Kalmijin, 1978)

Induzido por seus próprios movimentos (orientação eletromagnética ativa)



Figura: Ampolas de Lorenzini

Ampolas de Lorenzini: responsável pela sensibilidade eletromagnética



Figura: peixe palhaço

Percepção de peixes marinhos depende da alta condutividade da água domar



Figura: bagre do rio Mekong

Na água doce a percepção eletromagnética é menos promissora, devida àsua baixa condutividade



Campo Magnético

Alguns animais terrestres também conseguem perceber a direção da bússolamagnética


Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos

Percepção de Campos Magnéticos

Figura: Campo magnético fotografado em 3-D



Como se forma o campo magnético da Terra?

Formado pelo movimento de rotação do núcleo ferroso do planeta.



O campo magnético da terra, forma a magnetosfera, que evita que jatos deradiação do Sol queime a superfície do planeta e mantém a atmosfera"presa"à Terra.



Partes do planeta



Animais migratórios utilizam o campo magnético, como as avesPombos, possivelmente utilizam o campo magnético para se orientarem(apenas em tempo nublado caso contrário utilizam o Sol)Fromme, 1961 & Emlen e col., 1976



Figura: Albatroz

Algumas aves não são sensíveis à polaridade do campo magnético.Utilizam a inclinação de direção axial das linhas do campo para inferir apolaridade N-S



Além das aves outros animais são afetados pelo campo magnético:Salmões, Salamandras, Tartarugas, Vespões.Abelhas melíferas (carregam no abdômen massas de materialferromagnético) .



Magnetita (Fe3O4 ), presente em organismos afetados pelos camposmagnéticos

Insetos, Peixes, Anfíbios e Aves.

Não comprova se possui alguma função na orientação magnética



Alguns animais, apesar de ser muito complicado, conseguem usar o campomagnético terrestre para determinar a posição global



Tartarugas marinhas

Campo magnético =⇒ Localização globalEssa capacidade requer dois parâmetros magnéticos distintos atuando deforma diferente sobre a superfície da Terra, ao longo de suas rotas demigração

Combinações exclusivas de1 Intensidade do campo magnético.2 Inclinação do campo.



Bactérias magnéticas (presentes em lobos marinhos)



Bactérias magnéticas

Migram para o norte magnético (observadas em gotas d’água sobmicroscópio)Anaeróbicas (escapar do oxigênio)Possuem cadeias de pequenos filamentos magnéticosOrientação ao norte passivaBactérias do hemisfério Sul tem sua polaridade invertida



Muito Obrigado!!!


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