18. ve 19. yüzyıllar elektrik çağı olarak bilinir. Bu söylemin nedenini anlamak için o çağa ait çalışmaları kısaca hatırlamak yeterlidir. Luigi Galvani, 1770’li yılların sonuna gelindiğinde elektriğin hayvanlar üzerine etkisi üzerinde çalışmalar yapmaya başlamıştı. Bunun sonucunda da hayvansal elektriği keşfedecekti.
Bu sıralarda Alessandro Volta da, sonunda modern pil halini alacak düzeneğini geliştirmekle meşguldü. Aynı dönemde Michael Faraday ise, elektrik ve manyetizmanın ilişkisini açıklıyordu. Bu çalışmaların hepsinin ortak özelliği araştırmalara dahil edilen elektrikli yılan balığı idi. Bunun nedeni ise elbette bu balıkların suyun altındayken bile, muazzam elektrik üretme kapasiteleri idi.
Muazzam derken abartmıyoruz. Geçtiğimiz yıllarda Amazon havzasında, biri 860 voltluk elektrik şoku üreten iki elektrikli yılan balığı türü keşfedildi. O döneme kadar elektrikli yılan balıklarının tek bir türü (Electrophorus electricus) olduğu kabul edilmekteydi. Bu balıklarında da en fazla 650 volt gerilim ölçülmüştü.
Bu keşfin devamında da “Electrophorus voltaic” ve “Electrophorus varii” adını verdikleri iki elektrikli yılan balığı türünün daha varlığını öğrendik. Bu noktada da bir çoğumuzun aklına şu sorunun gelmiş olması olasıdır.
Elektrikli Yılan Balığı Bu Elektriği Nasıl Üretiyor?
Elektrikli yılan balığı (Electrophorus electricus) adıyla tanıdığımız tatlı su yırtıcıları, adlarını avlarını sersemletmek ve yırtıcıları caydırmak için ürettikleri muazzam elektrik yükünden alır. Aslına bakarsanız elektrik üretebilen tek balık değildir.
Farklı kapasitelerde elektrik üreten bir sürü balık vardır. Ancak bazılarının elektrik üretme kapasitesi oldukça düşüktür. Ürettikleri elektrik sadece çevreleriyle iletişim kurmalarına yardımcı olur. Ancak güçlü elektrik üretme kapasitesine sahip olan balıklar bu becerilerini avlanma ve savunma amaçlı olarak kullanır.
Elektrikli balıklar, elektriklerini özel bir elektrik organı aracılığıyla üretirler. Elektrikli yılan balığının elektrik organı, balığın vücudunun yaklaşık 2/3’ünü kaplar. Organın içinde, birbirine paralel çok sayıda sütun biçiminde istiflenmiş elektrosit isimli hücreler bulunmaktadır. Bu hücreler kas ve sinir hücrelerinin değişim geçirmesiyle oluşmuş hücrelerdir.
Her hücrenin yaklaşık 150 mV’luk bir elektrik potansiyeli vardır. Bunu bir nevi pil gibi düşünebilirsiniz. Bir elektrikli yılan balığının seri olarak dizili binlerce elektrositi olduğu düşünüldüğünde, bu hayvan uzunluğu boyunca 600 V’a kadar yüksek bir potansiyel yaratır. Yani elektrik üretme süreci seri olarak bağlanmış bir pil sistemi gibi gerçekleşir.
Elektrosit hücreleri uyarılmamış durumdayken, hücre içinde potasyum iyonu miktarı, hücre dışında ise sodyum iyonu miktarı yüksektir. Elektrosit hücrelerin zarı potasyum iyonlarını geçirir. Ancak sodyum iyonlarının geçişine izin vermez. Derişim farkından dolayı potasyum iyonları hücre içinden dışına taşınır. Bunun sonucunda da hücrenin içi elektriksel olarak eksi yüklüyken dışı artı yüklüdür.
Beyinden gelen sinyaller elektrosit hücreleri uyardığında, hücre zarının bir tarafındaki iyon kanallarının açılmasını sağlar. Bunun sonucunda da sodyum iyonları bu kanallardan hücreye girecektir. Hücre içinde elektriksel yük değişimine neden olan bu durum devamında bir potansiyel farkının ortaya çıkmasına ve elektrik akımının oluşmasına neden olur. Bu elektrik akımı yaklaşık 1-2 milisaniye kadar etkili olur.
Elektrikli Balıkları Neden Elektrik Çarpmaz?
Bunun bir kaç nedeni vardır. İlk yukarıda da dediğimiz gibi akımın çok kısa bir süre boyunca açığa çıkmasıdır. Ayrıca bu balıkların boyutu da önemlidir. Elektrikli balıkların çoğu, avlarından çok daha büyüktür. Aktardıkları elektrik küçük balıkları etkisiz hale getirmek için yeterliyken, büyük balıkları ve insanlara ciddi bir biçimde zarar vermez.
Karşılaştırma amacıyla, bir yılan balığı gövdesi, yetişkin bir erkeğin koluyla kabaca aynı boyutlara sahiptir. Bir kolun spazmına neden olmak için, kola 50 milisaniye boyunca 200 miliamper akım akması gerekir. Bir yılan balığı bundan çok daha az enerji üretir çünkü akımı sadece 2 milisaniye boyunca akar. Ek olarak, akımın büyük bir kısmı deri yoluyla suya dağılır.
Son olarak elektrikli balığın elektrik organı, yağ ve bağ dokuları ile doludur. Bu dokular balığı kendi saldırgan taktiklerinden yalıtır.
Doğanın elektrikten yararlanma sürecinden ilham alan sadece geçmişin bilim insanları değildir. Geçtiğimiz yılarda, Fribourg Üniversitesi ve Michigan Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, ilham kaynağı olarak elektrositleri kullanarak jel benzeri bir maddeden yapılmış yumuşak bir pil yapmışlardı. Ekip, çalışmalarının belirli tıbbi prosedürlerde kullanılabileceğini umuyor.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- How Do Electric Fish Produce Electricity? Yayınlanma tarihi: 16 Ocak 2022; Bağlantı: https://www.scienceabc.com/
- How do electric eels generate a voltage and why do they not get shocked?. Yayınlanma tarihi: 5 Kasım 2005; Bağlantı: https://www.scientificamerican.com/
- How electric eels use shocks to ‘remote control’ other fish. Yayınlanma tarihi: 4 Aralık 2014; Bağlantı: https://theconversation.com/
Matematiksel
