Eletricidade em Animais Nectônicos
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- Lorenzo Chaplin Molinari
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1 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 / 46
2 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) Eletricidade Animal / 46
3 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) Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
4 Introdução Quanto a utilização A utilização deste tipo de eletricidade tem como objetivo as seguintes finalidades: 1 para defesa e atordoamento da presa; 2 para explorar o meio e localizar inimigos ou presas; 3 para comunicação; Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
5 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 células delgadas ( eletroplacas ou eletrolâminas); 2 empilhadas em colunas com a 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; Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
6 Introdução Produção de descargas elétricas descrição do funcionamento dos orgãos Inativo 1 as duas superfícies da eletroplaca possuem +84mV en relação ao centro; 2 Não há diferença de potencial em relação á elas; Ativo 1 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; Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
7 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! Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
8 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
9 Eletrorreceptores Figura: Gymnarchus niloticus - peixe africano Um do primeiros peixes no qual estudou-se detalhadamente a recepção elétrica Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
10 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
11 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 Linhas de fluxo de corrente convergem divergem Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
12 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
13 Eletrorreceptores exemplos marinhos Figura: Carcharodon carcharias(tubarão branco) Canais e receptores são bastante proeminentes - ampolas de Lorenzini Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
14 Eletrorreceptores exemplos marinhos Figura: Manta birostris (Raia jamanta) Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
15 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. Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
16 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
17 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
18 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
19 Eletrorreceptores Morcego - utiliza impusos sonoros para explorar o meio Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
20 Eletrorreceptores Peixe elétrico - utiliza impulsos elétricos para explorar o meio Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
21 Eletrorreceptores Figura: Ambyostoma Salamandras - Há atualmente fortes evidências de que o sistema da linha lateral da salamandras também seja sensível à eletrorrecepção Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
22 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. Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
23 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. Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
24 Eletrorreceptores Ornitorrinco O bico deste animal contém uma grande quantidade de órgãos receptores - suposições de que sejam mecanorreceptores extremamente sensíveis. Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
25 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) Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
26 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) Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
27 Sensibilidade eletromagnética Figura: Ampolas de Lorenzini Ampolas de Lorenzini: responsável pela sensibilidade eletromagnética Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
28 Sensibilidade eletromagnética Figura: peixe palhaço Percepção de peixes marinhos depende da alta condutividade da água do mar Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
29 Sensibilidade eletromagnética Figura: bagre do rio Mekong Na água doce a percepção eletromagnética é menos promissora, devida à sua baixa condutividade Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
30 Sensibilidade eletromagnética Campo Magnético Alguns animais terrestres também conseguem perceber a direção da bússola magnética Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
31 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Percepção de Campos Magnéticos Figura: Campo magnético fotografado em 3-D Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
32 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Como se forma o campo magnético da Terra? Formado pelo movimento de rotação do núcleo ferroso do planeta. Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
33 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. Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
34 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Partes do planeta Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
35 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
36 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
37 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). Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
38 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Magnetita (Fe 3 O 4 ), presente em organismos afetados pelos campos magnéticos Insetos, Peixes, Anfíbios e Aves. Não comprova se possui alguma função na orientação magnética Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
39 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Alguns animais, apesar de ser muito complicado, conseguem usar o campo magnético terrestre para determinar a posição global Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
40 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 Intensidade do campo magnético. 2 Inclinação do campo. Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
41 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
42 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
43 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Bactérias magnéticas (presentes em lobos marinhos) Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
44 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 Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
45 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
46 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
47 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
48 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
49 Sensibilidade eletromagnética Percepção de campos magnéticos Muito Obrigado!!! Sparagna, P.M., Baldasso, L.F., Kuwana, R. (IOUSP) Eletricidade Animal / 46
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