電鰻如何殺死一匹馬？

　　文章來源：環球科學

　　幾百年前就有記錄表明電鰻能電暈獵物。不過，除非你在《星際迷航》中的太空戰艦上負責安保工作，否則你可能並不了解「電暈」這個詞的準確含義。電鰻發動攻擊時到底發生了什麼？令人驚訝的是，直到最近，生物學家對電鰻仍知之甚少。

　　在這篇節選自《環球科學》5月新刊的文章中，來自美國范德堡大學的生物學教授，為我們介紹了其在研究電鰻時的奇特現象。

　　電鰻用高壓電攻擊一條魚時，電鰻附近的魚在3毫秒內全都「石化」了，就好像是它們變成了一個個小雕塑，靜止不動地漂在水中。一開始，我以為它們都被電死了。但是，當電鰻沒能抓住獵物並停止釋放高壓電後，這些魚就立馬「解凍」，然後全速游開了。也就是說，電鰻的影響是暫時的。我被這一現象吸引了，特別想弄明白這到底是怎麼回事兒。

　　我想到和電鰻最像的，就是美國警察執法時使用的泰瑟槍（Taser，又稱「電休克槍」）。泰瑟槍會干擾人體神經系統控制肌肉的能力，進而導致神經肌肉喪失功能。泰瑟槍通過電線傳輸短暫的高壓電流脈衝，每秒達19次。不同的是，電鰻能發出只持續約2毫秒的脈衝，並且可以每秒連續放電400多次——這可比泰瑟槍快多了。那麼是否可以說，電鰻只是會游泳的增強版泰瑟槍？為了回答這個問題，我開始了一項為期3年的研究，

　　用電的獵手

　　你或許沒想到，電鰻並不是一種鰻魚，而是屬於電鰻科（Gymnotidae）。電鰻科的其他魚類只能放出很微弱的電流，用來感知周圍環境以及彼此交流。在演化過程中，電鰻的放電能力不斷增強。電鰻的發電器官遍布全身（電鰻體長可達1.8米，體重超過18千克），正因為如此，它們能產生最高可達600伏特的電壓。電鰻的發電器官由數千個特殊的圓盤形細胞組成，也就是發電細胞（electrocyte），它們像電池一樣可以存儲和釋放電能。

　　為了研究電鰻的攻擊原理與泰瑟槍是否一致，我需要觀察電鰻是如何捕獵的。首先，我把電鰻和一條死魚（它的神經和肌肉仍可正常工作）放在水缸中，二者被一塊擋板隔開，但電流可以通過擋板。同時，水缸旁邊還有一台設備能夠檢測死魚的肌肉收縮。接下來，我用蚯蚓餵食電鰻，電鰻很開心地先電暈它們再吃掉。這樣一來，我就可以測量魚的肌肉對電鰻捕獵時釋放的高壓電流脈衝的反應了。

　　我發現，在電鰻釋放連續的高壓電流脈衝3毫秒後，死魚的肌肉會大幅收縮。在之前的慢動作錄像中，電鰻周圍的魚也恰好是在電鰻放電3毫秒後停止移動。很顯然，電鰻比人類更早發明了泰瑟槍。不過，我發現的可不只有這些。我還發現，電鰻並不是直接刺激魚的肌肉，而是激活控制肌肉的神經，讓獵物動彈不得。每次高壓電流脈衝都會在魚的運動神經上產生動作電位（即神經衝動）。電鰻使用了一種高保真的遠程控制方式，「定」住了獵物。

電鰻的攻擊模式

　　有趣的是，這意味著獵物的肌肉反應或許對電鰻的電流攻擊也有一定的影響。有了這一發現，我開始重新思考電鰻的連續高壓攻擊。理查德·鮑爾（Richard Bauer）在1977年發表的一項研究格外引人注目。鮑爾的研究稱，電鰻捕獵時通常會在釋放兩次高壓電流脈衝後停頓一下，每次停頓時間約為2毫秒。這兩次高壓電流脈衝也因此被稱作雙脈衝（doublet）。我自己做實驗時，電鰻也都出現了這種行為。這是為什麼呢？

　　我稍微研究一點肌肉生理學就發現，運動神經元向肌肉發出雙脈衝（也就是運動電勢）是產生最大肌肉張力的最好方法。這也就是為什麼我的實驗表明，電鰻的雙脈衝會導致附近獵物出現短暫而嚴重的全身痙攣，而連續電擊會使獵物持續麻痹。全身痙攣會使得獵物周邊的水發生運動——即產生水下聲波。由於電鰻能感受到極微弱的水流，因此我想到了一個有趣的可能性：電鰻釋放雙脈衝是為了探測周圍是否存在生命體。畢竟，野生電鰻生活在亞馬孫雨林中，它的周圍有各種各樣隱藏起來的獵物——這些獵物可比丟進水缸里的蟲子或金魚更難發現。

　　用電流搜尋獵物

　　當我研究電鰻的捕獵行為時，我還注意到其他一些事情。我曾經認為，電鰻的進攻就像發射子彈——都是事先規劃，一旦行動之後便不需要再根據感覺器官接收到的反饋信息進行調整。不過我現在認識到，電鰻還能將高壓電流脈衝用於追蹤。那麼，高壓電流能不能當作電鰻的感知工具呢？我決定通過實驗來驗證這種可能性。

　　在設計實驗時，我利用了獵物的導電性以及電鰻的攻擊性。在水中生活的動物的導電性往往比水更好，因此電鰻對導體格外敏感，因為能導電是生命體的特徵。不過需要記住的是，電鰻會使用低壓電流來探測水中的導體，直到發起進攻時才會切換到高壓電流。為了測試電鰻用高壓電流感知周圍環境的能力，我拍攝了電鰻發動攻擊時的慢動作視頻，因為電鰻在攻擊時會關閉低壓電流，切換到高壓電流。

　　第一個簡單的實驗是在水缸里增加一根由碳製成的導體棒，就放在那條裝在密封袋裡的死魚旁邊。當電鰻察覺到死魚痙攣產生的水流後，它便發動攻擊，沖向那條在絕緣袋裡的魚。不過這次，電鰻在半路上改變了目標，轉而沖向了碳棒，並且試圖把碳棒吸入嘴中。看起來，電鰻好像把碳棒當成了魚。如果電鰻真的能利用高壓電流脈衝追蹤獵物，這種現象就確實會發生。

　　在後續實驗中，我加入多根塑料棒作為對照組，來排除電鰻用視覺選擇獵物的可能性。在每次實驗中，電鰻都會攻擊碳棒，連續釋放高壓電流。在終極測試中，我設計了一個快速旋轉的圓盤，將一根很小的導體嵌在圓盤表面，其他部分都是絕緣材料，跟對照組一模一樣。電鰻的表現堪稱完美：它們在釋放高壓電流期間，成功追蹤並攻擊了導體，速度之快、精度之高，跟使用電來感知周圍的動物相比是有過之而無不及。我們相信，電鰻發出的高壓電流不僅是制服獵物的武器，同時也可以用來追蹤獵物，屬於感官系統的一部分。隨著研究的深入，我對電鰻的本事也是愈加讚歎。接下來，我也將成為實驗的一部分。

　　主動防禦

　　1800年3月，德國自然學家亞歷山大·馮·洪堡（Alexander von Humboldt）雇了幾個亞馬孫地區的漁民，打算抓一些電鰻來做實驗。後來，這件事變成了一個傳奇故事。這些漁民決定用馬來抓電鰻，他們找來30匹野馬和騾子，驅趕它們進入一片滿是電鰻的淺水塘。結果，電鰻從水塘中躍起發動攻擊，不停地電擊這些馬和騾子。漁民們大聲呵斥並揮動著樹杈，把這些受到驚嚇的馬困在池塘里，直到電鰻耗盡能量。隨後，漁民很安全地就抓到了這些電鰻。最終有兩匹馬死於這次行動，其他的則踉踉蹌蹌地走出池塘，癱倒在水塘邊上。洪堡在1807年報道了這次經歷，並贏得了聲望。不過，後來有些學者開始質疑洪堡的這一描述。電鰻為什麼要冒著受傷的風險，來攻擊自己不能吃的大型動物？在之後的200多年裡，再沒出現過對電鰻這種行為的報道，直到我在實驗室用錯誤的漁網去捕捉一條很大的電鰻。

　　通常，電鰻並不會躍出水缸。不過也有例外，當你在水面上用一個大導體靠近一隻無處可逃的電鰻時，它往往會瘋狂地發動進攻。我之所以能發現電鰻的這種行為，是因為我當時試圖用一個帶金屬圈和金屬把手的漁網，把一隻大電鰻換到一個新水缸里。一瞬間，電鰻調轉方向，從水中躍出，用下頜抵住了金屬把手，釋放出長時間的連續高壓電流脈衝（幸好我當時戴了絕緣橡膠手套）。實驗室里所有的受試電鰻都出現了這一令人震驚的防禦性行為。

　　隨著對電鰻行為的進一步研究，結合洪堡的敘述，很多問題就有了答案。如果電鰻把較小的導體當作是可以食用的獵物，那麼它就會游向獵物。半沒在水中的大型導體很可能會被當成大型危險動物，比如一隻貓或一條鱷魚。電鰻為什麼不遊走呢？那是因為在乾旱季節，亞馬孫地區的電鰻往往會被困在小池塘里，此時它們就有被吃掉的風險，洪堡的故事描述的就是這種情形。

　　用胳膊做實驗

　　對於有些東西，學校的財務部門是肯定不會給你買的，而屍體的手臂恰好就屬於這類。所以，當我需要一些假胳膊來做實驗時，我想了想還是自己掏腰包算了。這些實驗是為了進一步研究電鰻的跳躍行為，在去掉這些假胳膊上的假血管後，我在胳膊裡面放了一些會發光的二極體，來模擬神經通路。隨後，我拿改造後的胳膊靠近電鰻。作為回應，電鰻開始瘋狂跳躍來進行防禦。電鰻放電時跳得越高，假胳膊里的二極體也就越亮。

　　實驗室中最大的電鰻體長超過90厘米，它的發電器官可產生382伏特的電壓。由於它自身的電阻只有450歐姆，因此如果沒有其他阻力，這條電鰻可產生將近1安培的電流，這可比泰瑟槍厲害多了！所以說，被這傢伙電一下可不是鬧著玩的。

　　當電鰻躍出水面，用下頜抵住獵物時，從電鰻頭部到尾部的那條電路就被關閉了——因為空氣不是良導體。這時，一條通過獵物的新電路將取而代之。不同尋常的是，電鰻躍出水面越高，施加在獵物身上的電壓也越高——這跟調節音量很像。這種現象解釋了電鰻躍出水面這種行為是如何演化來的，因為跳的高度越高越有優勢。現在，我可以很自信地宣布，電鰻在攻擊時跳出水面能高效地提高電壓。

　　在一開始，我進行這個研究項目可能是為了在將來能講授更多關於電鰻的知識，但最後反而是電鰻給我上了一課。每次研究一個新物種，我都發現，動物總是比人們想像的更厲害、更有趣。

　　撰文?肯尼斯·C·卡坦尼亞（Kenneth C。 Catania） ?

　　翻譯?張哲

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