文／簡麗賢

你一定不喜歡被電的感覺，動物也是。有一日，學生閱讀《科學人》雜誌的一篇文章，問我有關「電鰻利用體內組織產生高電壓」的相關問題。電鰻如何運用高壓電攻擊獵物，確實令人好奇，也一直是科學家很想透徹理解的研究主題。

電鰻體內組織產生高電壓驅動電荷流動，形成「電流」，電流流過獵物的身體，產生電擊作用。

什麼是電流？以淺白的話描述，電流是非常小卻多到數不完的電子在流動，如果流過人的心臟，可能讓人麻痺或致命。科學家利用高速攝影，獵取電鰻用高壓電攻擊獵物時的畫面，水槽中的魚兒在千分之三秒內靜止不動，漂浮在水中；當電鰻停止放電，魚隻即恢復運動狀態，顯現電擊的效應應很短暫。

高壓脈衝 干擾控制



電鰻電擊獵物的運作方式，就好比執法人員使用「電擊槍」，制伏桀敖不馴想要脫逃的歹徒；電擊槍能干擾神經系統對於肌肉的控制能力，造成神經肌肉失能。

電擊槍經由線路，每秒發出19次高電壓的電脈衝，好像瞬間大幅度抖動的「跳繩」，一旦被脈衝波及，會干擾神經系統對肌肉的控制能力，造成神經肌肉暫時失去功能。實驗發現，電鰻施放高電壓脈衝，經過水能導電的特性，每秒可連續發出近400次的電脈衝，放電能力最高可達600伏特，且它不是作用在獵物的肌肉上，而是連接肌肉的運動神經。你說，電鰻是不是在水中游動的進階版電擊槍？身上組織就是電擊槍，很威吧！

前面提到高壓放電能力的單位用「伏特」，是常用的電壓或電位差「單位」。物理的電學常提到導線的「歐姆定律」，以單位而言，1條金屬導線兩端的電位差或電壓是1伏特，流過的電流是1安培，那麼電壓與電流的比值，就是1伏特與1安培相除，得到的物理名詞稱為此導線的「電阻」為1歐姆。

發電細胞 麻痺神經



回到電鰻的發電主題。科學家認為，原生於南美洲的電鰻科物種，同科其他物種會放出微弱電訊息，偵測周圍環境並彼此溝通。電鰻在演化過程中，強化放電能力，發電器官可以長成和身體一樣長，超過兩公尺長，體重重達20公斤，最高發電能力可達電壓600伏特。如此驚人的發電器官，是由許多特別的發電細胞組成，這些細胞相當於人類使用的電池，必要時透過高壓電釋放高電能。

為了解電鰻對獵物的攻擊方式，科學家設計實驗，觀察得到結論。電鰻是由運動神經控制發電，運動神經又由神經元控制。每次放出高電壓電脈衝，都是由神經元發號施令，經過運動神經元，將高電壓電訊號經由水傳導至附近魚隻，啟動魚隻的運動神經元，影響肌肉。透過高效能發電能力，電鰻得以遠距離控制獵物，讓獵物全身痙攣而無法動彈。

從實驗結果推論，電鰻釋放高電壓脈衝，電擊後約3毫秒魚隻即靜止不動，顯然電鰻的發電機制啟發人類發明電擊槍的構思，我們不得不佩服水中雷霆電鰻的演化歷程。



電鰻的電學

知名的英國物理學家法拉第（Michael Faraday）研究過電鰻，幫助我們理解電鰻的發電機制。

電鰻發出電流，電流是電荷的流動，電荷建立電場，形成法拉第提出的假想線──電力線，電力線從電鰻頭部的正極出發，連結至位於尾部的負極。電力線密度代表建立電場的強弱，正負極附近的電場最強，隨著距離增加而減弱。當正極與負極距離愈靠近，可增強兩者之間的電場。

有趣的是，電鰻顯然具有此電學概念，因為牠們用這一招對付奮力抵抗的棘手獵物，電鰻咬住獵物，捲起負極的尾巴靠近獵物，然後發出一連串的高壓電強力轟擊，徹底制伏獵物。