Tại sao lươn điện không bị điện giật chết?

Trong thế giới tự nhiên, lươn điện (electric eel) là một trong những sinh vật đặc biệt nhất. Nó có khả năng tạo ra dòng điện mạnh tới 600 volt. Chỉ một cú phóng điện, lươn điện có thể khiến kẻ săn mồi choáng váng hoặc làm tê liệt con mồi trong nháy mắt. Điều khiến nhiều người thích khám phá thế giới tự nhiên tò mò là: Tại sao lươn điện không bị chính dòng điện giật chết?

Lươn điện – “máy phát điện sống”

Lươn điện có tên khoa học là Electrophorus electricus, sinh sống chủ yếu ở lưu vực sông Amazon và Orinoco thuộc Nam Mỹ. Dù được gọi là “lươn”, nhưng trên thực tế, loài này không thuộc họ lươn mà gần với cá chép và cá da trơn hơn.

Cơ thể lươn điện có thể dài tới 2,5 mét và nặng hơn 20kg. Điều đặc biệt là gần 80% cơ thể của nó không phải là cơ bắp thông thường mà là các cơ quan phát điện chuyên biệt. Ba bộ phận chính gồm: Cơ quan chính (Main organ), cơ quan Hunter’s, và cơ quan Sach’s. Cả ba cùng phối hợp để tạo ra các mức điện áp khác nhau, từ tín hiệu yếu (dưới 10 volt) dùng để định vị và giao tiếp, đến xung mạnh hơn 600 volt dùng để săn mồi hoặc tự vệ.

Mỗi lần phát điện, hàng ngàn tế bào đặc biệt gọi là electrocyte trong cơ thể lươn hoạt động giống như những viên pin nhỏ, xếp nối tiếp để tạo ra điện áp khổng lồ.

Lươn điện có tên khoa học là Electrophorus electricus, sinh sống chủ yếu ở lưu vực sông Amazon và Orinoco thuộc Nam Mỹ. (Ảnh: Vecteezy)

Cơ chế tạo điện – kỳ công của tiến hóa

Các tế bào điện của lươn hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự màng tế bào thần kinh ở động vật khác. Khi có tín hiệu thần kinh, các ion natri và kali di chuyển qua màng tế bào, tạo ra chênh lệch điện thế. Tuy nhiên, trong cơ thể lươn điện, hàng ngàn tế bào như vậy được sắp xếp theo chuỗi nối tiếp, khiến hiệu điện thế cộng dồn lại thành dòng điện mạnh.

Nếu ví mỗi tế bào như một viên pin 0,15 volt, thì 4.000–6.000 tế bào nối tiếp nhau sẽ cho ra điện áp hơn 600 volt – đủ để làm tê liệt con mồi chỉ trong vài phần nghìn giây. Khi tấn công, lươn điện có thể phát xung điện liên tục, mỗi xung kéo dài chưa đến 3 phần nghìn giây nhưng cường độ cực lớn, khiến con mồi không thể phản kháng.

Tại sao lươn điện không bị điện giật chết?

Câu hỏi này từng khiến các nhà khoa học đau đầu suốt hàng thập kỷ. Theo lẽ thường, nếu dòng điện mạnh như vậy đi qua cơ thể, lươn điện đáng lẽ phải bị tê liệt hoặc chết ngay lập tức. Tuy nhiên, thực tế lại khác.

Thứ nhất, dòng điện không đi qua các cơ quan trọng yếu. Cấu trúc cơ thể của lươn điện được thiết kế rất thông minh. Các cơ quan nội tạng quan trọng như tim, não, phổi đều tập trung ở phần đầu, chỉ chiếm khoảng 20% chiều dài cơ thể. Trong khi đó, phần còn lại chủ yếu là các cơ quan phát điện nằm ở thân và đuôi. Khi lươn phát điện, dòng điện chạy chủ yếu dọc theo chiều dài cơ thể và tỏa ra môi trường nước chứ không quay ngược vào các cơ quan sống còn.

Lươn điện không bị điện giật chết là nhờ vào cấu tạo cơ thể đặc biệt và các phản xạ thần kinh, cùng với lớp mỡ dày và cách chúng di chuyển khi phóng điện. (Ảnh: Vecteezy)

Thứ hai, cơ thể lươn có lớp cách điện tự nhiên. Bên ngoài cơ thể lươn điện được bao phủ bởi một lớp da dày và ẩm, hoạt động như một lớp cách điện sinh học. Lớp da này có khả năng hạn chế dòng điện rò ngược lại vào bên trong. Ngoài ra, trong cơ thể lươn, nước và dịch tế bào có thành phần ion được điều chỉnh đặc biệt để giảm tính dẫn điện nội bộ.

Thứ ba, thời gian phóng điện cực ngắn. Mỗi lần lươn phát điện chỉ kéo dài chưa tới 3 milli-giây, tức ngắn hơn rất nhiều so với khoảng thời gian có thể gây tổn thương tế bào. Điều này giúp chúng không chịu tác động sinh lý đáng kể từ dòng điện.

Thứ tư, dòng điện được “điều hướng”. Khi tấn công, lươn điện thường cuộn tròn cơ thể sao cho con mồi nằm giữa hai cực điện – đầu và đuôi. Nhờ vậy, phần lớn dòng điện chạy qua con mồi chứ không phải xuyên qua cơ thể lươn. Cách “định tuyến” thông minh này giúp lươn tối đa hóa hiệu quả tấn công mà vẫn an toàn.

Nhiều thí nghiệm đã chứng minh cơ chế “miễn nhiễm” điện giật của lươn điện. Nhà sinh vật học Kenneth Catania (Đại học Vanderbilt, Mỹ) đã dùng các thiết bị đo điện chuyên dụng để ghi lại cường độ và hướng dòng điện trong lúc lươn săn mồi. Kết quả cho thấy: Điện thế cao nhất xuất hiện giữa đầu và đuôi, trong khi điện trường gần phần đầu – nơi chứa nội tạng – lại rất yếu.

Ngoài ra, khi lươn bị tách khỏi môi trường nước, khả năng phóng điện của nó giảm mạnh. Điều này chứng tỏ môi trường nước đóng vai trò như “mạch dẫn ngoài”, giúp dòng điện lan truyền ra xung quanh thay vì quay ngược vào cơ thể.

Con người chạm phải lươn điện có nguy hiểm?

Câu trả lời là có; thậm chí rất nguy hiểm nếu gặp trong môi trường nước. Một cú phóng điện 600 volt trong nước có thể khiến con người tê liệt cơ bắp, choáng váng, hoặc ngạt nước nếu bị tấn công liên tiếp.

Tuy nhiên, lươn điện không tấn công người một cách chủ động. Chúng chỉ phóng điện khi bị đe dọa hoặc khi săn mồi. Một số nạn nhân bị thương nặng là do rơi xuống vùng nước có nhiều lươn điện, khiến cơ thể bị “đánh liên hoàn” bởi nhiều cú xung điện liên tiếp.

Tóm lại lươn điện không bị điện giật chết bởi cơ thể của chúng được tiến hóa hoàn hảo để kiểm soát và định hướng dòng điện. Cấu trúc đặc biệt của cơ quan phát điện, lớp da cách điện, sự phân bố nội tạng hợp lý cùng cơ chế phóng điện ngắn và định hướng đã tạo nên “lá chắn sinh học” hoàn hảo.

NGUYỆT ÁNH (Tổng hợp)