Eletricidade em Animais Nectônicos

Eletricidade em Animais Nectônicos
Seminários de Ecofisiologia de Organismo Nectônicos
Patricia Martins Sparagna
Luís Fabiano Baldasso
Renan Kuwana
Instituto Oceanográfico
Universidade de São Paulo
Junho, 2008
Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP)
Eletricidade Animal
2008
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Sumário
1
Introdução
Produção de descargas elétricas
2
Eletrorreceptores
3
Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP)
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Introdução
Histórico e Fatos interessantes . . .
Gregos e Egipícios já conheciam sobre os potentes choques da arraia
elétrica e do bagre elétrico
Os choques mais potentes são produzidos pelo poraquê sul-americana
cerca de 500V a 600V
Não há uma lógica nas espécies que podem liberar descargas elétricas
(teleósteos, elasmobrânquios,de água doce, de água marinha)
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Introdução
Quanto a utilização
A utilização deste tipo de eletricidade tem como objetivo as seguintes
finalidades:
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3
para defesa e atordoamento da presa;
para explorar o meio e localizar inimigos ou presas;
para comunicação;
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Introdução
Produção de descargas elétricas
Produção de descargas elétricas
Na maioria dos peixes, as descargas elétricas são produzidas por tecido
muscular modificado formando orgãos elétricos discretos
Na enguia este orgão chegam a ocupar 40% do volume corpórea!
descrição dos orgãos
1
2
3
4
5
6
células delgadas ( eletroplacas ou eletrolâminas);
empilhadas em colunas com 5.000 a 10.000 placas;
aproximadamente 70 coluna de cada lado do corpo;
as duas faces muito distintas;
uma é inervada por densa rede de terminais nervosos;
a outra é intensamente dobrada ou enrolada;
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Introdução
Produção de descargas elétricas
descrição do funcionamento dos orgãos
Inativo
1
2
as duas superfícies da eletroplaca possuem +84mV en relação ao centro;
Não há diferença de potencial em relação á elas;
Ativo
1
2
3
4
5
o potencial da superficie inervada é invertido;
a superfície inervada adquire -67mV;
a voltagem total através da eletroplaca é de 150mV;
como uma bateria, as varia placas em série aumentam a tensão;
e as placas em paralelo (coluna) aumentam a corrente;
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Introdução
Produção de descargas elétricas
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 algumas
dezenas 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!
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Eletrorreceptores
Eletrorreceptores
A maioria dos peixes elétricos vivem em águas turvas as quais
proporcionam visibilidade precária
Geralmente noturnos
Olhos pouco desenvolvidos
Sentido elétrico permite a exploração do meio quando a visão é
inadequada
Vantagem: independe do ciclo diurno-noturno
Desvantagem: alcance muito limitado
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Eletrorreceptores
Figura: Gymnarchus niloticus - peixe africano
Um do primeiros peixes no qual estudou-se detalhadamente a recepção
elétrica
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Eletrorreceptores
Figura: Gymnarchus niloticus
Dispara um fluxo contínuo de pulsos (300 a 400 pulsos por segundo)
Durante cada descarga, a extremidade da cauda fica momentaneamente
negativa em relação à cabeça
Uma corrente elétrica flui em direção à água circundante
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Eletrorreceptores
Configuração de um campo elétrico depende da condutividade dos arredores
e é distorcida se um objeto com condutividade superior ou inferior à água for
introduzido no campo
Objeto
condutividade mais alta
condutividade mais baixa
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Linhas de fluxo de corrente
convergem
divergem
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Eletrorreceptores
Orgãos eletrorreceptores
localizados na pele
tuberosos e ampulares
Receptores tuberosos
encontrados apenas em peixes elétricos
respondem às taxas de descarga de alta freqüência características de
peixes elétricos
Receptores ampulares
encontrados em peixes elétricos e não-elétricos
respondem a freqüências menores e alterações nos campos de
correntes elétricas
se abrem para o exterior por meio de poros na pele que, através de
canais preenchidos com material gelatinoso, levam às ampolas que
contém as células sensoriais
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Eletrorreceptores
exemplos marinhos
Figura: Carcharodon carcharias(Tubarão branco)
Canais e receptores são bastante proeminentes - ampolas de Lorenzini
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Eletrorreceptores
exemplos marinhos
Figura: Manta birostris (Raia jamanta)
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Eletrorreceptores
Ampolas de Lorenzini
Tubarões e espécies relacionadas sentem campos elétricos muito fracos
gerados por outros animais na água salgada graças à centenas, talvez
milhares de detectores especializados em seu focinho, chamados Ampolas
de 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.
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Eletrorreceptores
Peixes de água doce
Figura: Electrophorus electricus (poraquê)
em peixes eletrossensíveis de água doce os canais são muito mais curtos e
os órgãos menos proeminentes - microampolas
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Eletrorreceptores
Diferença estrutural dos eletrorreceptores
Água do mar
peixes possuem menor condutividade que a água circundante - linhas de
corrente divergem ao redor do peixe e um canal longo ajuda a maximizar a
queda 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 e
uma baixa resistência do canal - difícil de ser obtido
Para manter a resistência baixa seria necessário um gel com elevada
concentração salina ou um alto isolamento da parede
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Eletrorreceptores
Interferência por sinais elétricos de outros peixes
Se um peixe elétrico for submetido a um pulso artificial de freqüência idêntica
à dele, ele irá responder com uma alteração da freqüência, afastando-se do
sinal artificial.
Tendo em vista que eletrorreceptores podem ser extremamente sensíveis,
respondendo a gradientes de voltagens de até 10−8 V por centímetro, um
peixe ao se avizinhar de outro peixe com a mesma freqüência perceberá
facilmente esta semelhança, naturalmente alterando e encontrando outra
freqüência específica
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Eletrorreceptores
Morcego - utiliza impusos sonoros para explorar o meio
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Eletrorreceptores
Peixe elétrico - utiliza impulsos elétricos para explorar o meio
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Eletrorreceptores
Figura: Ambyostoma
Salamandras - Há atualmente fortes evidências de que o sistema da linha
lateral da salamandras também seja sensível à eletrorrecepção
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Eletrorreceptores
Ambyostoma
A linha lateral da Ambyostoma exibe dois tipos de unidades sensoriais:
eletrossensíveis
mecanossensíveis
A função das unidades eletrossensíveis nas salamandras é parecida com a
dos peixes, em relação ao intervalo de freqüência e à sensibilidade.
A alimentação de salamandras consiste em pequenos invertebrados, girinos
e peixes - a corrente gerada por esses animais é da mesma ordem de
magnitude que a sensibilidade do sistema eletrorreceptor das salamandras.
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Eletrorreceptores
Figura: Ornithorhynchus anatinus
Ornitorrinco - Vertebrado que se alimenta de organismos aquáticos vivos,
buscando seu alimento em correntes lamacentas. Mergulha de olhos, orelhas
e nariz fechados.
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Eletrorreceptores
Ornitorrinco
O bico deste animal contém uma grande quantidade de órgãos receptores suposições de que sejam mecanorreceptores extremamente sensíveis.
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Eletrorreceptores
Ornitorrinco
Experiência recentes comprovaram a existência de eletrossensibilidade do
ornitorrinco, o qual localiza campos elétricos pouco potentes emitidos por
suas presas ou por fontes artificiais.
A eletrorrecepção no ornitorrinco aparentemente evoluiu independentemente
da dos peixes, quando compara-se a inervação das unidades
eletrossensíveis, em ornitorrincos realizada pelo trigêmeo (o quinto nervo
craniano) e em peixes pelo nervo auditivo (oitava nervo craniano)
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Sensibilidade eletromagnética
Sensibilidade eletromagnética
Eletrossensibilidade
Detecção do campo magnético terrestre (Hans Lissmann)
Peixe condutor
Ao nadar pelo campo magnético, o peixe gera uma corrente induzida que se
encontra dentro do nível de sensibilidade
Campo percebido pela raia(Kalmijin, 1978)
Induzido por seus próprios movimentos (orientação eletromagnética ativa)
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Sensibilidade eletromagnética
Figura: Ampolas de Lorenzini
Ampolas de Lorenzini: responsável pela sensibilidade eletromagnética
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Sensibilidade eletromagnética
Figura: peixe palhaço
Percepção de peixes marinhos depende da alta condutividade da água do
mar
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Sensibilidade eletromagnética
Figura: bagre do rio Mekong
Na água doce a percepção eletromagnética é menos promissora, devida à
sua baixa condutividade
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Sensibilidade eletromagnética
Campo Magnético
Alguns animais terrestres também conseguem perceber a direção da bússola
magnética
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Percepção de Campos Magnéticos
Figura: Campo magnético fotografado em 3-D
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Como se forma o campo magnético da Terra?
Formado pelo movimento de rotação do núcleo ferroso do planeta.
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
O campo magnético da terra, forma a magnetosfera, que evita que jatos de
radiação do Sol queime a superfície do planeta e mantém a atmosfera
"presa"à Terra.
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Partes do planeta
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Animais migratórios utilizam o campo magnético, como as aves
Pombos, possivelmente utilizam o campo magnético para se orientarem
(apenas em tempo nublado caso contrário utilizam o Sol)
Fromme, 1961 & Emlen e col., 1976
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Figura: Albatroz
Algumas aves não são sensíveis à polaridade do campo magnético.
Utilizam a inclinação de direção axial das linhas do campo para inferir a
polaridade N-S
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Além das aves outros animais são afetados pelo campo magnético:
Salmões, Salamandras, Tartarugas, Vespões.
Abelhas melíferas (carregam no abdômen massas de material
ferromagnético) .
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Magnetita (Fe3 O4 ), presente em organismos afetados pelos campos
magnéticos
Insetos, Peixes, Anfíbios e Aves.
Não comprova se possui alguma função na orientação magnética
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Alguns animais, apesar de ser muito complicado, conseguem usar o campo
magnético terrestre para determinar a posição global
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Tartarugas marinhas
Campo magnético =⇒ Localização global
Essa capacidade requer dois parâmetros magnéticos distintos atuando de
forma diferente sobre a superfície da Terra, ao longo de suas rotas de
migração
Combinações exclusivas de
1
2
Intensidade do campo magnético.
Inclinação do campo.
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Sensibilidade eletromagnética
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Percepção de campos magnéticos
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Percepção de campos magnéticos
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Bactérias magnéticas (presentes em lobos marinhos)
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Bactérias magnéticas
Migram para o norte magnético (observadas em gotas d’água sob
microscópio)
Anaeróbicas (escapar do oxigênio)
Possuem cadeias de pequenos filamentos magnéticos
Orientação ao norte passiva
Bactérias do hemisfério Sul tem sua polaridade invertida
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Sensibilidade eletromagnética
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Percepção de campos magnéticos
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Sensibilidade eletromagnética
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Percepção de campos magnéticos
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Sensibilidade eletromagnética
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Sensibilidade eletromagnética
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Sensibilidade eletromagnética
Percepção de campos magnéticos
Muito Obrigado!!!
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