Ingresso della California Academy of Science
La scorsa settimana mi trovavo a San Francisco per un convegno. Nel tempo libero ho visitato praticamente tutta la città, compresa la moderna California Academy of Science situata all’interno dell’enorme Golden Gate Park.
Girovagando tra le varie sezioni del museo, passando da un frammento di roccia lunare ad un simulatore di terremoti, mi sono ritrovato nell’area dedicata alla vita marina. Un vero e proprio acquario con decine di vasche multicolori!
Una delle vasche all’interno dell’Academy.
Mentre passavo in rassegna ogni singola vasca mi sono imbattuto in un animale di cui, fino a quel momento, avevo solo sentito parlare in qualche documentario: la misteriosa anguilla elettrica.
Dopo essermi stupito di quanto piccoli fossero gli occhi in proporzione al resto del corpo mi sono accorto di non sapere effettivamente nulla di come questo bizzarro pesce riesca a produrre scosse elettriche abbastanza forti da stordire se non uccidere le proprie prede.
A quel punto il bambino curioso mai cresciuto che vive in me ha iniziato a strattonare la giacca al biologo apparentemente adulto che si affaccia all’esterno. Per questa ragione, una volta rientrato a casa e recuperato (più o meno) dal jet lag, ho fatto qualche ricerca per rispondere alle domande insistenti del mio fanciullo interiore.
Il mio incontro con l’anguilla elettrica della California Academy of Science
Prima di addentrarci nell’argomento è però necessaria una brevissima introduzione sulla bioelettricità.
I fenomeni elettrici in natura sono estremamente comuni, basti pensare ai segnali generati e trasportati dai neuroni o all’attività del muscolo cardiaco. Le correnti elettriche negli organismi viventi non sono formate da elettroni in movimento ma bensì da flussi di ioni, ovvero atomi carichi elettricamente. Gli elementi responsabili delle maggiori correnti ioniche a livello cellulare sono il sodio, il potassio, il calcio, l’idrogeno (protoni) ed il cloro (o per meglio dire i rispettivi ioni di questi elementi).
All’interno di una cellula una corrente ionica si sviluppa grazie a particolari proteine che permettono il flusso degli ioni e sono chiamate con il nome fantascientifico di canali ionici.
I diversi tipi di ioni si accumulano in modo asimmetrico sui due lati della membrana cellulare che funge da isolante. La differenza di concentrazione ionica tra l’esterno e l’interno della cellula genera un potenziale eletttrico detto potenziale di membrana. Quando i canali ionici si aprono gli ioni possono fluire attraverso la membrana generando una corrente elettrica.
Rappresentazione semplificata di un canale ionico in membrana. L’apertura del canale permette agli ioni di fluire da un lato all’altro della membrana cellulare generanto una corrente elettrica.
Tra i fenomeni elettofisiologici più noti troviamo il potenziale d’azione, ed il logo di questo blog è una rappresentazione di un potenziale d’azione di una cellula cardiaca ventricolare.
Ma torniamo ora alle nostre anguille elettriche che… non sono anguille!
Ci sono rimasto male anch’io quando l’ho scoperto, ma le anguille elettriche non appartengono all’ordine degli Anguilliformi (a cui appartengono, per esempio, le murene).
Gli elettrofori, questo il loro vero nome, appartengono infatti all’unica specie esistente del genere Electrophorus ed la loro denominazione scientifica corretta è Electophorus electricus.
Questi pesci tipici di tutta l’America Meridionale sono predatori che possono raggiungere i due metri e mezzo di lunghezza e i 20kg di peso. Sono pesci aerobi obbligati, altra particolarità, e circa ogni 10 minuti devono emergere per respirare aria.
Vivono in acque torbide caratterizzate da una scarsa visibilità. Per ovviare a questo problema le anguille elettriche, come altri pesci elettrofori, sono dotate di un organo elettrico debole che utilizzano per orientarsi e individuare le prede: generando un campo elettrico debole sono in grado di percepire perturbazioni all’interno del campo stesso date dal transito di altri animali.
È probabile che proprio da questo organo elettrico debole si sia evoluta l’arma letale rappresentata dall’organo elettrico forte che forma circa l’80% del corpo dell’anguilla elettrica. Questo organo specializzato è in grado di genereare scariche nell’ordine delle centinaia di Volt! Le scariche, comunque, durano meno di 2 millisecondi e hanno un’intensità ridotta (circa 1A). È quindi improbabile che un uomo adulto possa rimanere ucciso da un attacco di un anguilla elettrica.
Breve stacco: nel video sottostante un’anguilla elettrica viene usata per illuminare un albero di Natale.
Tornando seri. L’organo elettrico che, come detto, occupa gran parte del corpo dell’animale (gli organi vitali sono concentrati vicino alla testa) è formato da cellule muscolari specializzate chiamate elettrociti.
Gli elettrociti sono impacchettati e orientati all’interno dell’organo elettrico formando una struttura simile ad una pila di Volta (tra l’altro sembra che sia Galvani e che Volta siano stati ispirati proprio da studi condotti sull’anguilla elettrica).
Ciascun elettrocita possiede un lato liscio a contatto con le fibre nervose e rivolto verso la coda dell’animale, ed un lato frastagliato orientato verso la testa. I canali ionici presenti sulle membrane dei due lati della cellula permettono all’elettrocita di creare una differenza di potenziale tra l’interno e l’esterno della membrana che si aggira intorno ai 0.15V.
In sostanza ciascuno elettrocita, grazie ai canali ionici, si carica in pararello di una piccola differenza di potenziale.
Quando rileva una preda il sistema nervoso dell’anguilla elettrica manda un segnale alle terminazioni nervose in contatto con ciascun elettrocita. Con una quasi perfetta simultaneità (i cui meccanismi sono ancora poco chiari) migliaia di elettrociti si scaricano in serie, sommando i loro piccoli potenziali individuali fino a raggiungere valori impressionanti intorno ai 400-600V (un fenomeno analogo a quello di un generatore di Marx).
La corrente elettrica fluisce così attraverso il corpo dell’elettroforo dalla coda verso la testa diffondendosi poi nell’ambiente circostante grazie agli ioni disciolti nell’acqua (rientrando poi nella coda dell’anguilla elettrica e chiudendo il circuito).
Per i piccoli animali di cui l’elettroforo si nutre non c’è scampo…
Visti i meccanismi alla base della fisiologia dell’anguilla elettrica sorge però un altro dubbio: perché l’anguilla elettrica non rimane folgorata dalla propria corrente?
La domanda è legittima e la risposta non è scontata. Anzi, si può dire che non si sappia con certezza come mai l’elettroforo non sia soggetto alla propria scarica elettrica.
Le ipotesi in merito sostengono che in realtà le anguille elettriche prendano effettivamente la scossa, ma che abbiano sviluppato una sorta di resistenza (per esempio percependo lo shock ma non provandone dolore) oppure la particolare conformazione anatomica (con gli organi vitali impacchettati vicino alla testa) garantisce all’animale un isolamento elettrico che lo protegge dallo shock.
Chiudo con una nota divertente. Cercando articoli per scrivere questo post mi sono imbattuto in QUESTO splendido falso articolo scientifico in cui le caratteristiche dell’anguilla elettrica vengono confrontate con le analoghe capacità del topo elettrico… il famoso P. pikachu!
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