电鳗放电 发光_百度知道
电鳗放电 发光
电鳗放电时，会发光吗?就像电线短路在空气中，电光四射。求答案，5岁小孩想知道...
电鳗放电时，会发光吗?就像电线短路在空气中，电光四射。求答案，5岁小孩想知道
浮生若是梦591
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萤火虫的发光，简单来说，是萤光素在催化下，发生的一连串复杂的生化反应，而光，即是这个过程中释放的能量，不同类型的萤火虫，发光的形式不同。 萤火虫的发光器是由发光细胞、反射层细胞、神经与表皮等所组成。 如果将发光器的构造比喻成汽车的车灯，发光细胞就如车灯的灯泡，而反射层细胞就如车灯的灯罩，会将发光细胞所发出的光集中反射出去。 萤火虫发光的效率非常高，几乎能将化学能全部转化为可见光，为现代电光源效率的几倍到几十倍。由于光源来自体内的化学物质，因此，萤火虫发出来的光虽亮但没有热量，人们称这种光为“冷光”。 电鳗是鱼类中放电能力最强的淡水鱼类，输出的电压300～800伏，因此电鳗有水中的&高压线&之称。电鳗的发电器的基本构造与电鳐相类似，也是由许多电板组成的。它的发电器分布在身体两侧的肌肉内，身体的尾端为正极，头部为负极，电流是从尾部流向头部。当电鳗的头和尾触及敌体，或受到刺激影响时即可发生强大的电流。电鳗的放电主要是出于生存的需要。因为电鳗要捕获其他鱼类和水生生物，放电就是获取猎物的一种手段。它所释放的电量，能够轻而易举地把比它小的动物击死，有时还会击毙比它大的动物，如正在河里涉水的马和游泳的牛也会被电鳗击昏。
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你想变身人形电鳗吗？电影大部分是虚构的！现实点！
末日探究者
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基因的差距太大了，完全不可能
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电鳗如何放电？
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电鳗是鱼类中放电能力最强的淡水鱼类，有「水中高压线」之称。　电鳗的长度可以超过8英尺(约合2.4米)，重量可以达到44磅(约合20千克)。　　电鳗身体超过三分之二的部分都由一种特殊的细胞所覆盖。该细胞名为“发电细胞”，能够像微型生物电池一样储存电能。电鳗的放电能力来自于它特化的肌肉组织所构成的放电体。电鳗尾部两侧的肌肉由规则排列着的枚肌肉薄片组成，薄片之间有结缔组织相隔，并有许多神经直通中枢神经系统。当电鳗受到威胁时，或者在捕猎时，这些细胞会同时放电，电压高达600伏。电鳗的头部是正极，尾部是负极，每枚肌肉薄片像一个小电池，只能产生150毫伏的电压，但近万个“小电池”串联起来，放电时的电压便高达600～800V，这种高电压只能维持非常短暂的时间。电鳗之所以能不被自己或同类电到，那是因为电鳗体内的脂肪组织有很好的绝缘作用，而且电鳗本身已很适应微弱的带电环境。2014年6月《Science》发表了研究人员关于电鳗发电的最新研究成果。该研究揭晓了电鳗首次进化形成带电能力源自2亿年前，带有发电器官的电鳗共经历了6次进化，逐渐完善其放电能力，并首次解码电鳗的基因之谜。研究指出，1-2亿年前，一些鳗鱼物种通过进化肌肉细胞为发电细胞，开始增强电能，逐次组织细胞并制造更多的电能。研究报告合著作者、美国威斯康星大学麦迪逊分校研究生琳赛-特雷格(Lindsay Traeger)说：“进化改变了肌肉细胞的收缩能力，使其在细胞膜的蛋白质分布规律发生变化，目前所有发电细胞推动离子穿过细胞膜，形成大量的正电荷电流。”参考资料[1] 电鳗[2] Gallant J R, Traeger L L, Volkening J D, et al. Genomic basis for the convergent evolution of electric organs[J]. Science, 91): .
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我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。全球首个人造“发电器官”问世，能产生与电鳗相仿的电压全球首个人造“发电器官”问世，能产生与电鳗相仿的电压DeepTech深科技百家号一直以来，自然都是人类伟大的老师，生物从亘古走来经历了沧桑的变化，进化得比任何人类机械更为精良高效。而人类像咿呀学语的孩童不停的从自然中汲取灵感，收获并成长。而今，科学家们从电鳗的自身发电中找到灵感，模拟其发电细胞发明了世界上首个“发电器官”，这种灵活的“超级电源”不需要在体内安装传统的电池组，非硬质且不需要插入接通，未来很可能在软体机器人、植入物（如心脏起搏器）及可穿戴设备上发挥巨大的潜能。研究人员们使用了耐用且易于使用的部件，以及自动化和可扩展的制造工艺来打造这种具有潜在生物相容性的人造“电器官”，它可以产生超过 100V 的电位差。该项研究由 Adolphe Merkele 研究所、瑞士弗里堡大学（University of Fribourg）及密歇根大学（University of Michigan）的研究人员共同完成，相关研究的细节发表在 12 月 13 日的《自然》杂志上。那么，电鳗这种科普读物及水族馆中的明星生物，究竟是如何引起了研究人员的兴趣呢？电鳗（拉丁学名 Electrophorus electricus），裸背电鳗科的鳗形南美鱼类，主要分布于南美洲的亚马逊河流域及圭亚那河流域，是一种以能短暂强力放电而闻名的淡水鱼类，其输出电压可达 300-800 伏，足以击死一头大型牲畜。电鳗这种神奇的自体发电效果激发了研究人员的灵感。于是，他们根据电鳗发电系统的三种特征功能进行人造发电器官的设计。首先就是要模拟出电鳗的发电系统的第一个特性，也是其最基本要素：发电细胞。正是那些位于鳗鱼身体后部平行堆叠生长的发电细胞，实现数千个串联的离子梯度。这些数以千计的发电细胞之间有结缔组织相隔，并有许多神经直通中枢神经系统。电细胞的前膜和后膜作为隔离膜，具有离子选择性，因此能使得跨膜的跨细胞电位累加。通俗地来说，在电鳗的身体中，每一个发电细胞就像一个小电池一样（每个发电细胞电压约为 0.15 伏），许许多多这样的小电池（发电细胞）堆叠在一起，串联成为一个电池组，在电鳗的头尾之间形成高压（头部正极、尾部负极），进而在体外形成足够大的电流来攻击天敌或猎物。图丨该图显示了静息电极和放电电极是如何产生电位差和放电的：在静息状态下，前后膜电位相互抵消，而与之相反，在脉冲期间，后膜去极化将会产生约 150mV 的总跨细胞电位。大的电鳗体内堆叠着（串联着）数千个这样的电极对，可因此产生超过 600V 的电势差。多个并联布局的堆叠电极能使得峰值电流在短路情况下接近 1A。为了制造出类似的发电细胞，研究人员用 4 种水凝胶作为主要原料，来模拟电鳗发电细胞的解剖结构：盐浓度高的水凝胶、阳离子选择凝胶、盐浓度低的水凝胶和阴离子选择凝胶。这四种水凝胶组合物形成“四聚体凝胶细胞”，依次构成离子导电通路，从而建立横跨数十至数千个选择性渗透隔室的电解质溶液梯度，形成类似于电鳗发电细胞堆叠的效果。而在具体的制作过程中，他们使用 3D 打印机将 4 种水凝胶按照一定的顺序沉积到不同的塑料基材上，随后使用紫外光将液滴固化，转化为凝胶。图丨“四聚体凝胶细胞”：研究人员将高盐度和低盐度交替的凝胶（红色和蓝色）打印在下层基材上，将阳离子选择性和阴离子选择性交替的凝胶（绿色和黄色）打印在上层基材上，两片基材将像拉链一样相互咬合，每个四聚体成为一个离子导电单位（每个约为 0.13-0.185 的压差），叠加成为具有 612 个四聚体“凝胶发电细胞”的导电通路，最高可产生 110 伏的电压而基于反向电渗析原理，这些“四聚体凝胶细胞”中的每一个细胞在开路时将产生 130~185mV 的压差，该数值与单个电鳗发电细胞能产生的电压值相差无己。研究数据表明，2449 个串联堆积的凝胶细胞产生的电位差，线性增加到 110V。图丨 2449 个串联堆积的凝胶细胞产生的电位差，线性增加到 110V有了基本的组成“细胞”，研究人员们还要在这些“细胞”中构建起相应的发电机制，这就涉及到电鳗发电器官的第二个特性：确保沿着整个器官（可能超过 1 米长）的电刺激能同时激发。在电鳗体内，由于神经信号在放电持续时间内（2mS 左右）的传播速度不足以激活所有的发电细胞，所以，对于神经冲动能够最快到达的器官部位（这些器官部位往往也最接近神经指挥中心），电鳗的发电系统会通过减缓神经冲动的速度来保持信号的同步传递。人造发电器官也需要同时激活这些凝胶细胞才能避免能量耗散。在这一点上，他们使用可编程的流体分配器按顺序生成并定位一系列凝胶细胞，一旦凝胶细胞有了编号，就可以保证系统可以按编号同时激发或者顺序激发的。图丨含 41 个凝胶细胞的人造发电器官在这种配置下，他们制备了含 41 个凝胶细胞的人造发电器官，并且证明了三个并联的凝胶柱能传递三倍的电流和功率。也就是说，自动化的流体装配方式使得人造发电器官的制造成为可能，电流和功率在此情况下也与凝胶柱的数量成正比，类似于电鳗体内的平行电极柱。电鳗发电系统的第三个特性是，维持和再生电细胞内外之间钠离子和钾离子较大的离子浓度差。对于电鳗本身来说，这种浓度差不仅是细胞产生电活动的基础，也是体内物质转运过程中的重要条件。我们都知道，细胞的主动运输依赖于 ATP 提供能量，而整个过程其实是靠钠离子/钾离子、ATP 酶蛋白通过抵消被动扩散和放电后重建浓度梯度来完成的。因此，如果这种人造发电器官要用到生物体上，就不得不同样具备保持这种浓度差的能力。这种能力如何实现呢？答案是，研究人员则通过在启动前确保每一个水凝胶之间的物理分离来保持离子梯度，这一设计不需要消耗能量。图 | 电鳗的发电原理那么，这种人造发电器官真的能和鳗鱼相娉美了吗？作为此次研究团队中的一员，弗里堡大学的生物物理学家 Michael Mayer 承认：“事实上，目前人工发电器官并不如电鳗的电细胞高效。”他认为，现在的人造发电器官只能为一些低耗能设备，如心脏起搏器供电。未来该联合团队希望通过减小凝胶厚度、降低电阻等方式提高该系统的发电效率。同样不成熟的还有发电器官的充电问题，这个人造发电器官现阶段仍需要外部充电。研究人员不得不外接设备来使离子回到初始点位，即通过向两端电极施加电流的方式进行充电（其充电的速度没有放电快），而电鳗却可以通过自身能量代谢以保持细胞间的离子浓度梯度进而产生放电行为。团队合作者之一，来自密歇根大学的化学工程师 Thomas Schroeder 也希望对鳗鱼这种高效的方式进行更深入的模仿，“以体液为媒介、自行充放电的人工电器官将指日可待。”但即使再小的应用范畴对某些患者或家属来说也是一件幸事，就心脏起搏器的电池更换而言，这一类手术的危险性再小，对患者和家属来说也是一种无法摆脱的折磨。随着机械设备与生物技术的不断融合，这种具有潜在生物相容性、机械顺从性且生态无害的能量源，实在是“一种明智的（跨界）联通方法”，尽管并没有参与这项研究，来自美国路易斯安那州立大学（Louisiana State University）的工程师 Jian Xu 对此十分看好，并认为“未来商业化前景必然十分广阔。”“这是一项超越常规思维的绝妙发明”，Markus Buehler，这位来自麻省理工学院的材料学家及工程师评价到，“我期待在不远的将来看到这项技术惊人的发展和应用。”本文由百家号作者上传并发布，百家号仅提供信息发布平台。文章仅代表作者个人观点，不代表百度立场。未经作者许可，不得转载。DeepTech深科技百家号最近更新：简介:百度文库精选系列专家号作者最新文章相关文章从电鳗身上获得灵感，首个模拟发电细胞的柔性超级电源问世
研究人员从电鳗身上获得灵感，研发出模拟发电细胞的超级电源。 视觉中国 资料英国《自然》杂志12月12日发布了一项工程学最新进展：欧洲科学家报告了首个模拟发电细胞的“电器官”。这是一种利用生物相容性材料制成的柔性超级电源，灵感源于电鳗，符合软体机器人的需求，并将在移植物、可穿戴设备上发挥巨大潜力。
自然界一向被视为人类各种技术思想及重大发明的源泉，科学家们研究自然界生物体的结构与功能原理，并依据这些原理发明出新的设备和技术。研究人员此次研发的模拟发电细胞的超级电源，正是从“水中高压线”——电鳗身上获得灵感。电鳗是一种以短暂强力放电而闻名的鱼类，可以瞬间产生高达100瓦特的强大电力击昏猎物。奇妙的是，它还能随意放电、自行掌握放电时间和强度。电鳗所依赖的不是电池，而是成千上万的发电细胞，这些细胞堆叠在一起可以大量放电。
瑞士弗里堡大学研究人员迈克尔·梅耶及其同事借此开发出了一种水凝胶基管状系统，可以很好地模拟发电细胞的相关特征。他们还精心设计了一个类似折纸一样的折叠结构来帮助控制放电，由此最终得到的电源，能够产生和电鳗相仿的电压。
研究人员表示，随着技术与生物体的融合不断推进，具有生物相容性、机械顺从性并且能捕捉生物系统内部化学能的电源，已成为一种必需。而今问世的是世界首个利用生物相容性材料制成的软体、柔性、透明的“电器官”，非常符合软体机器人的相关需求——非硬质且不需要插入接通。
论文作者表示，下一代设计如能改进性能，则该系统将更广泛用于移植物、可穿戴设备和其他移动设备电源，真正打开“电器官”供应的大门。
来源：科技日报
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