Bạn đọc Zing.vn bình luận hài hước rằng loài lươn phóng điện 860 V là nguồn điện năng lý tưởng vì tái tạo và không gây ô nhiễm. Liệu con người có thể chuyển sang dùng điện từ lươn?
Khoa học ghi nhận gần 250 loài cá tại Nam Mỹ có khả năng tạo ra dòng điện, trong đó có cá chình điện hay còn gọi là lươn điện, vì hình dáng giống loài lươn bình thường.
Mới đây, ngày 10/9, nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications gây chú ý khi cho biết một loài lươn điện [Electrophorus voltai] có thể phóng điện lên tới 860 volt, thay vì kỷ lục 650 volt trước đây.
Với điện áp mạnh như vậy, sẽ thật tuyệt nếu dòng điện do lươn phóng ra có thể giúp bạn sạc điện thoại hay chạy điều hòa trong những ngày hè oi bức. Đó dường như sẽ là nguồn năng lượng sạch tuyệt đối, không phải đốt thứ nhiên liệu gì, và cũng hoàn tái tạo, vì lươn sẽ tự sinh sản.
Như một độc giả Zing.vn bình luận, “chúng ta có thể dùng loài lươn điện này để phát triển điện một cách không gây tổn hại môi trường như với thủy điện”.
Liệu có thể biến ý tưởng đó thành hiện thực? Trước khi bạn dọn dẹp nhà mình để dành chỗ cho một bể chứa lươn kiêm máy phát điện, có một số điểm bất lợi khiến ý tưởng dùng điện từ lươn trong cuộc sống thường ngày trở nên xa vời.
| Chúng ta có nên chuẩn bị chỗ trong nhà cho một bể chứa lươn kiêm máy phát điện? Ảnh: Connect Savannah. |
Xung điện không ổn định
Trước hết, điện từ lươn không liên tục, mà chỉ được phóng ra khi nào chúng thấy cần thiết. Xung điện của lươn được ước tính chỉ kéo dài 2/1.000 giây, theo New York Times.
Một khu trưng bày các loài cá ở Nhật Bản từng tận dụng đặc trưng của lươn điện để thắp sáng cây thông Giáng sinh, bằng cách nối cây thông với một bể chứa lươn điện. Lươn điện vốn “cảm nhận” xung quanh bằng cách tạo ra điện trường. Khi lươn di chuyển trong bể, điện trường cũng di chuyển và tạo ra dòng điện khiến bóng đèn mắc trên cây lóe sáng.
Dễ thấy, ví dụ trên chỉ tận dụng điện trường của lươn điện, chứ chưa chế ngự được dòng điện mà chúng phóng ra. Nhưng giả sử rằng chúng ta có cách để thu dòng điện, đây cũng khó trở thành nguồn điện hiệu quả, tiết kiệm.
| Một khu trưng bày các loài cá ở Nhật Bản từng thắp sáng cây thông Giáng sinh bằng cách nối với một bể chứa lươn điện. Ảnh: Khu cá cảnh Enoshima/Facebook. |
Hiệu suất thấp
Lươn điện phát điện được là nhờ năng lượng từ thức ăn. Điện của chúng không phải miễn phí, tự nhiên mà có. Vì vậy tổng chi phí đầu vào để có được điện năng phải bao gồm các quy trình nông nghiệp, công nghiệp cần thiết để tạo ra thức ăn cho chúng.
Và chúng cũng không thật sự đạt hiệu suất cao trong việc phát điện, theo tiến sĩ David LaVan từ Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật Quốc gia Mỹ [NIST], trên chương trình hỏi đáp khoa học The Naked Scientists được phát trên đài BBC [Anh] và ABC [Australia].
| Lươn điện, hay cá chình điện, là loài cá duy nhất dùng khả năng phóng ra dòng điện sinh học để tự vệ và săn mồi. Ảnh: Kenneth Catania. |
“Chúng chỉ chuyển được khoảng 15% năng lượng từ thức ăn thành điện trong điều kiện tự nhiên lý tưởng nhất”, tiến sĩ LaVan cho biết.
Hiệu suất đó sẽ giảm đi nếu bạn nuôi chúng trong bể tại gia, vì việc nuôi chúng ngoài môi trường tự nhiên sẽ tốn thêm năng lượng. Đó là năng lượng, chi phí để giữ ấm, làm sạch bể nước, cũng như mang thức ăn đến để nuôi chúng.
“Các tấm pin mặt trời thương mại mà bạn thấy trên mái nhà có hiệu suất chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành điện năng đạt 15%. Những vật liệu điện mặt trời mới có thể có hiệu suất gấp đôi”, ông LaVan nói.
Như vậy, dù lươn điện hoàn toàn là nguồn năng lượng tái tạo vì chúng luôn có thể sinh sản, chúng sẽ không tiết kiệm so với dạng năng lượng tái tạo khác như điện mặt trời. Vì vậy, nếu muốn chuyển sang năng lượng tái tạo, tốt hơn hết, bạn chớ nên đầu tư vào bể chứa lươn cũng như các loại thức ăn cho chúng, mà vẫn nên giữ nguyên giải pháp dùng pin mặt trời.
| Loài lươn điện mới có tên Electrophorus voltai có thể phát ra luồng điện lên tới 860 volt. Ảnh: AFP. |
Tất nhiên, các tế bào và cơ chế phát điện trong lươn điện vẫn là hình mẫu kỳ diệu mà mẹ thiên nhiên ban tặng, để con người tìm tòi, học hỏi.
Trên thực tế, điện do chúng phóng ra có sự tương đồng với vô số dòng điện nhỏ mà não của bạn tạo ra. Chẳng hạn, khi bạn nhấn vào bài viết này, một luồng điện rất yếu đã phát ra ở đâu đó trong não của bạn, đi theo các neuron ra lệnh cho cơ tay của bạn cử động. Hiện tượng đó được gọi là action potential [tạm dịch: điện thế tác động].
Tương tự, các tế bào của lươn điện cũng tạo được “action potential”, trở thành các “cục pin” với điện áp rất yếu. Nhưng ở lươn điện, các tế bào có thể nhận lệnh phát điện đồng thời, biến con lươn thành vô số nhiều cục pin yếu nhưng xếp cạnh nhau, nhờ vậy tạo ra điện áp lớn lên tới 600-800 volt như đề cập ở trên.
Lươn điện “cảm nhận” sự xuất hiện của các con cá nhỏ quanh mình nhờ điện trường của những con cá đó [mọi sinh vật sống đều tạo ra điện trường nhỏ]. Một khi lươn điện phát hiện món ăn “hợp khẩu vị”, nó sẽ phóng điện, làm tê liệt, thậm chí giết chết và biến con mồi thành bữa ăn.
Tuy khó tận dụng được lươn điện, chúng ta vẫn có thể hy vọng sẽ có nhiều “tia sáng” lóe lên trong các phòng lab, tìm ra những thiết kế mới lấy cảm hứng từ loài vật kỳ thú này.
| Các nhà khoa học tìm kiếm 107 mẫu vật lươn điện trong 6 năm tại Amazon để phân tích sự đa dạng của loài. Ảnh: Smithsonian. |
Cá chình điện hay còn gọi là lươn điện [tên khoa học: Electrophorus Electricus] là một loài cá trong họ Cá dao lưng trần [Gymnotidae]. Nó có thể phát ra điện để giật kẻ thù và để săn mồi.
Ít quan tâm [IUCN 3.1][1]
T. N. Gill, 1864Loài [species]E. electricusDanh pháp hai phầnElectrophorus electricus
[Linnaeus, 1766] Danh pháp đồng nghĩa
- Electrophorus multivalvulus Nakashima, 1941
- Gymnotus electricus Linnaeus, 1766
- Gymnotus regius Chiaje, 1847
Chúng có một vũ khí săn mồi đáng sợ, đó là cơ quan phát điện của cá được tổng hợp từ 3 phần: phần chính tích điện, phần săn mồi phát động điện và phần đuôi định vị.
Phân tích sâu cơ quan phát điện của cá sẽ thấy chúng là các lớp mỏng cơ bao quanh bởi một dịch trong và sệt, các lớp cơ tạo điện đồng bộ và dòng điện tổng phóng ra được điểu khiển bởi não cá. Tất cả chỉ diễn ra trong 3 mi li giây [3/1000 giây] nhưng cá chình điện có thể phóng liên tục 150 lần trong một giờ mà không …mệt mỏi! Do đó ít con mồi nào thoát khỏi miệng nó. [Đã có trường hợp một con hoẵng ngã lăn kềnh ra khi ghé miệng uống nước gần chỗ cá chình điện]. Người khi bị cá chình phóng điện có thể không chết và gượng dậy thoát được, nhưng nếu chậm chân không ra khỏi vùng nguy hiểm và lãnh sự phóng điện lặp lại liên tục từ cá, chúng ta có thể bị tử vong.
Ba phần cơ quan phát điện của cá sẽ tạo dòng điện sinh học, dòng điện này hình thành từ các pin sinh học gọi là bản điện có suất điện động e = 0,15V và điện trở nội r = 0,25ohm. Các bản điện sắp xếp 140 dãy, mỗi dãy có 5000 bản điện trải dài theo thân cá. Chúng ta có thể lập mô hình tính toán như sau: Suất điện động E của bộ pin gồm 5000 bản điện/dãy và 140 dãy song song chính là suất điện động của mỗi dãy:
- E = 5000.0,15V = 750V
- Điện trở của một dãy: Rd = 5000.0,25ohm = 1250[ohm]
- Điện trở nội của bộ pin E:
- 1/Rn = 140[1/Rd] vậy Rn = Rd/140 = 1250/140 = 8,92[ohm]
Các chình điện tại Thủy cung New England
Cá chình điện có ba cặp cơ quan bụng tạo ra điện: cơ quan chính, cơ quan của Hunter và cơ quan của Sach. Các cơ quan này chiếm bốn phần năm cơ thể của nó và cung cấp cho lươn điện khả năng tạo ra hai loại cơ quan phóng điện: điện áp thấp và điện áp cao. Các cơ quan này được tạo thành từ electrocyte, được xếp thành hàng để các dòng ion có thể chảy qua chúng và xếp chồng lên nhau để mỗi người thêm vào sự khác biệt điện áp.[2]
Khi con cá chính điện tìm thấy con mồi, não sẽ gửi tín hiệu qua hệ thần kinh đến các tế bào điện.[2] Điều này sẽ mở các kênh ion, cho phép natri chảy qua, đảo ngược cực tính trong giây lát. Bằng cách gây ra sự khác biệt đột ngột về điện thế, nó tạo ra dòng điện theo cách tương tự như pin, trong đó các tấm xếp chồng lên nhau tạo ra sự khác biệt điện thế.[2] Cá chình điện cũng có khả năng điều khiển hệ thần kinh của con mồi bằng khả năng điện của chúng; bằng cách điều khiển hệ thần kinh và cơ bắp của nạn nhân thông qua các xung điện, chúng có thể ngăn con mồi trốn thoát hoặc buộc nó di chuyển để chúng có thể xác định vị trí của nó.[3][4]
Trong cá chình điện, khoảng 5.000 đến 6.000 cơ quan phát điện có thể gây sốc lên tới 860 volt và dòng điện lên tới 1 ampere.[5][6] Mức dòng điện này được cho là đủ để tạo ra một cú sốc gây tê ngắn và đau đớn giống như phóng điện stun gun, do điện áp có thể cảm nhận được ở khoảng cách từ cá; đây là rủi ro phổ biến đối với những người chăm sóc bể cá và các nhà sinh vật học cố gắng xử lý hoặc kiểm tra lươn điện.[7]
Cà chình điện sử dụng điện theo nhiều cách. Điện áp thấp được sử dụng để cảm nhận môi trường xung quanh. Điện áp cao được sử dụng để phát hiện con mồi và, riêng rẽ, làm choáng chúng. Các cặp xung điện áp cao cách nhau 2 mili giây được sử dụng để phát hiện và xác định vị trí con mồi bằng cách khiến chúng co giật không tự nguyện; con lươn điện cảm nhận được sự chuyển động này. Một chuỗi các xung điện áp cao với tốc độ lên tới 400 mỗi giây sau đó được sử dụng để tấn công và làm choáng hoặc làm tê liệt mục tiêu, tại thời điểm đó, cá chính điện áp dụng một vết cắn ăn mồi.[5]
Cơ quan Sach được liên kết với điện phân.[8] Bên trong cơ quan có nhiều tế bào giống như cơ bắp, được gọi là điện di. Mỗi tế bào chỉ có thể tạo ra 0,15 V, mặc dù cơ quan này có thể truyền tín hiệu có biên độ gần 10 V ở biên độ khoảng 25 & nbsp; Hz. Những tín hiệu này được phát ra bởi cơ quan chính; cơ quan của Hunter có thể phát ra tín hiệu ở mức vài trăm hertz.[8]
Cá chình điện là duy nhất trong số các Gymnotiformes trong việc có các cơ quan điện lớn có thể tạo ra điện có khả năng gây chết người cho phép chúng làm choáng con mồi.[9] Điện áp lớn hơn đã được báo cáo, nhưng đầu ra điển hình là đủ để làm choáng hoặc ngăn chặn hầu như bất kỳ động vật. Con non tạo ra điện áp nhỏ hơn [khoảng 100 V]. Chúng có thể thay đổi cường độ phóng điện, sử dụng phóng điện thấp hơn để săn mồi và cường độ cao hơn để làm choáng con mồi hoặc tự vệ. Họ cũng có thể tập trung phóng điện bằng cách cuộn tròn và liên lạc tại hai điểm dọc theo cơ thể của nó.[10] Khi bị kích động, chúng có thể tạo ra những cú sốc điện gián đoạn này trong ít nhất một giờ mà không mệt mỏi.
Chình điện cũng sở hữu các thụ thể củ nhạy cảm với tần số cao, được phân bố thành từng mảng trên cơ thể. Tính năng này rõ ràng hữu ích cho việc săn các Gymnotiformes khác.[8]
Cá chình điện đã được sử dụng như một mô hình trong nghiên cứu về di truyền điện sinh học.[11] Loài này được các nhà nghiên cứu quan tâm, những người sử dụng acetylcholinesterase và adenosine triphosphate.[12][13]
Michael Faraday đã thử nghiệm rộng rãi các tính chất điện của một con chình điện, được nhập khẩu từ Suriname. Trong khoảng thời gian bốn tháng, Faraday đã cẩn thận và đo lường một cách nhân đạo các xung điện do con vật tạo ra bằng cách ấn các mái chèo bằng đồng có hình dạng và yên ngựa vào mẫu vật. Thông qua phương pháp này, Faraday đã xác định và định lượng hướng và cường độ của dòng điện, và chứng minh các xung động vật trên thực tế là điện bằng cách quan sát tia lửa và độ lệch trên điện kế].[14]
- ^ Reis, R.; Lima, F. [2009]. “Electrophorus electricus”. Sách đỏ IUCN về các loài bị đe dọa. 2009: e.T167700A6369863. doi:10.2305/IUCN.UK.2009-2.RLTS.T167700A6369863.en. Truy cập ngày 20 tháng 12 năm 2021.
- ^ a b c Xu, Jian; Lavan, David [2008]. “Designing artificial cells to harness the biological ion concentration gradient”. Nature Nanotechnology. 3 [11]: 666–670. Bibcode:2008NatNa...3..666X. doi:10.1038/nnano.2008.274. PMC 2767210. PMID 18989332.
- ^ Gill, Victoria [ngày 4 tháng 12 năm 2014]. “Electric eels 'remotely control prey'”. BBC News.
- ^ “Electric eels remote-control nervous systems of prey”. ngày 17 tháng 2 năm 2015.
- ^ a b Catania, Kenneth C. [tháng 4 năm 2019]. “Shock & Awe”. Science American. 320 [4]: 62–69.
- ^ The Guardian: Shocking news: world's most powerful electric eel found in Amazon. Truy cập 11 Sep 2019
- ^ Wheeler; và đồng nghiệp [1995]. “Practical considerations in the handling and care of electric eels”. Journal of Experimental Zoology. 43 [9]: 53–57.
- ^ a b c Ranier Froese và Daniel Pauly [chủ biên]. Thông tin Electrophorus electricus trên FishBase. Phiên bản tháng December năm 2005.
- ^ Nelson, Joseph, S.; Grande, Terry C.; Wilson, Mark V. H. [2016]. Fishes of the World [ấn bản 5]. John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-1118342336.
- ^ Catania, Kenneth C. [ngày 29 tháng 10 năm 2015]. “Electric Eels Concentrate Their Electric Field to Induce Involuntary Fatigue in Struggling Prey”. Current Biology. 25 [22]: 2889–98. doi:10.1016/j.cub.2015.09.036. PMID 26521183. Truy cập ngày 29 tháng 10 năm 2015.
- ^ Albert, J.S.; H. H. Zakon; P. K. Stoddard; G. A. Unguez; S. K.S. Holmberg; M. R. Sussman [2008]. “The case for sequencing the genome of the electric eel, Electrophorus electricus”. J. Fish Biol. 72 [2]: 331–354. doi:10.1111/j.1095-8649.2007.01631.x.
- ^ Simon, Stéphanie; Massoulié, J [ngày 26 tháng 12 năm 1997]. “Cloning and Expression of Acetylcholinesterase from Electrophorus”. Journal of Biological Chemistry. 272 [52]: 33045–33055. doi:10.1074/jbc.272.52.33045. PMID 9407087.
- ^ Zimmermann, H; CR Denston [1976]. “Adenosine triphosphate in cholinergic vesicles isolated from the electric organ of Electrophorus electricus”. Brain Res. 111 [2]: 365–76. doi:10.1016/0006-8993[76]90780-0. PMID 949609.
- ^ Faraday M [1839]. “Experimental Researches in Electricity, Fifteenth Series”. Philosophical Transactions of the Royal Society. 129: 1–12. doi:10.1098/rstl.1839.0002.
Bài viết này cần thêm chú thích nguồn gốc để kiểm chứng thông tin. |
- Dữ liệu liên quan tới Electrophorus electricus tại Wikispecies
| Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Cá chình điện. |
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Cá_chình_điện&oldid=68340848”