Ja. Sie wollen ein hornissenartiges Schnabeltier im Regenwald.

Lass mich ausreden.

Wasser leitet Strom wesentlich besser als Luft, insbesondere Salzwasser. Daher ist die Elektrorezeption – die Fähigkeit, elektrische Ströme zu erkennen – bei Meereslebewesen weitaus häufiger als bei Landlebewesen. Nun, es ist bei Landtieren nicht nicht vorhanden; Elektrorezeption tritt in einer ausgewählten Gruppe von ihnen auf, den Monotremen . Das Schnabeltier und der Echidna sind bemerkenswerte Beispiele. Insbesondere Langschnabeligel leben in feuchten Waldgebieten. Die hohe Luftfeuchtigkeit im Lebensraum des Ameisenigels ermöglicht es ihm, Stromquellen zu erkennen, auch schwache. Das Schnabeltier hat einen noch feineren Sinn für Elektrorezeption , der auch in Regionen mit hoher Luftfeuchtigkeit verstärkt wird.

Ihr Tier wird daher wahrscheinlich in einer nassen, feuchten, feuchten Gegend leben, wahrscheinlich in den Tropen. Ein Regenwald ist eine Möglichkeit - ein günstiger Lebensraum für ein Schnabeltier. Halten Sie sich von Wüsten und trockenen, kargen Gebieten fern. Außerdem könnten Gebiete in der Nähe von Seen und Bächen vorzuziehen sein; Das Schnabeltier kann schwimmen, und die Elektrorezeption ist im Wasser noch wertvoller als an Land. Das könnte auch ein guter evolutionärer Grund sein, warum Ihre Kreatur Elektrorezeption entwickelt hat, aber an Land lebt: Ihre jüngsten Vorfahren waren hauptsächlich aquatisch.

Wir müssen uns noch mit der Frage beschäftigen, wie Ihr Tier Strom aufnimmt, speichert und nutzt. Die Absorption würde wahrscheinlich über modifizierte Elektrozyten erfolgen . Dies sind Zellen – die in bestimmten elektrorezeptiven Tieren zu finden sind – die ATP und Ionentransport verwenden, um Strom zu erzeugen. Ich könnte mir vorstellen, dass ein umgekehrter Ablauf des Prozesses – ähnlich wie das Umwandeln eines Motors in einen Generator – dann dieselben Wege verwenden könnte, um ATP zu erzeugen, das das Tier für später speichern würde.

Wenn es um die Nutzung der Elektrizität geht, sollten Sie sich vielleicht Prozesse in der orientalischen Hornisse ansehen , die Sonnenlicht nutzt, um ein elektrisches Potential in ihren Flügeln zu erzeugen. Der genaue Mechanismus, durch den die Hornisse dies nutzt, ist unbekannt , aber es könnte zur Energetisierung der Muskeln oder zur Enzymbildung verwendet werden ; Die Hornissen sind aktiver, wenn ihre Flügel mehr Licht ausgesetzt sind. Ich nehme an, Ihre Kreatur könnte die Elektrizität direkt für ähnliche Prozesse verwenden oder sie einfach über ATP speichern und für normale Zellfunktionen verwenden.

Elektrozyten oder ähnliche Zellen zu haben, bedeutet natürlich, dass Sie in der Lage sein sollten, Strom zu erzeugen und damit andere Tiere anzugreifen. Viele Arten tun dies, einschließlich des berüchtigten Zitteraals . Nun, für Ihr Landtier wäre ein Angriff mit Elektrizität wahrscheinlich nur im Nahkampf eine erfolgreiche Methode - denken Sie daran, dass Luft nicht so leitfähig ist. Trotzdem könnte es immer noch eine effektive Strategie sein, Beute anzulocken, bis sie sich in Schlagdistanz befindet, und sich dann zu entladen.

Einheiten

Bevor wir beginnen, lassen Sie uns unsere Einheiten in Ordnung bringen.

• Energie – eine absolute Energiemenge, gemessen in Joule , Wattstunden und Kalorien.
• Leistung - über die Zeit zugeführte Energie, gemessen in Watt oder Joule pro Sekunde.

1 Wattstunde ist 1 Watt Leistung, die für 1 Stunde geliefert wird. Ein Watt ist 1 Joule/Sekunde. 1 Stunde sind 3600 Sekunden. 1 Wattstunde sind also 3600 Joule.

Dies wird wichtig, da einige biologische Organismen zwar viel Energie liefern können , wie ein elektrischer Aal-Schock, dies jedoch für einen sehr, sehr, sehr kurzen Zeitraum tun, was zu einer sehr geringen Energieübertragung führt .

Die Elektrizität eines Organismus "ablassen".

Nein, man kann keinen Organismus erschaffen, der die elektrische Energie eines anderen Organismus entzieht. Organismen sind keine Batterien, die entladen werden können, und Nerven sind keine Drähte.

Stattdessen verhält sich jedes Neuron wie ein Mitglied einer Eimerkette : Ein elektrisches Potential wandert durch die Bewegung von Natrium- und Kaliumkationen entlang eines seiner Axone , das so etwas wie ein Tentakel auf einem Oktopus ist, bis zur Spitze des Axons . Diese Kationen bewegen sich durch kleine „ Tore “ in der Membran, die die unterteilten Kompartimente umgeben, die im Inneren des Axons aneinandergereiht sind, ein und aus: Die Ionen bewegen sich nicht entlang der Linie, aber sie bewirken, dass sich die Tore im benachbarten Kompartiment öffnen und schließen. Usw. Nirgendwo fließt Strom so wie durch Metalldrähte. An der Spitze jedes Axons befindet sich eine synaptische Lücke
zwischen ihm und der Spitze des Axons eines anderen Neurons. Das Signal wird durch die Freisetzung spezieller ungeladener – elektrisch neutraler – Chemikalien, die als Neurotransmitter bezeichnet werden, über die Synapse übertragen . Alles grob vereinfacht natürlich.

Ich sagte, Organismen sind keine Batterien... aber sie sind es. Nervenzellen werden durch chemische Energie von Dingen wie ATP „aufgeladen“ . Sie verwenden diese chemische Energie, um Ionen gegen den magnetischen Gradienten zu transportieren, wodurch potenzielle Energie in Form einer Ladung zwischen den beiden Zellen entsteht. Nerven sind im Grunde kleine Kondensatoren. Aber Sie können sehen, dass es normalerweise nichts gibt, woraus Sie Energie ziehen können, da Nervenzellen nur eine Ladung relativ zueinander haben und alles sowieso von der Außenwelt isoliert ist.

Wenn Sie all diese Isolierung irgendwie magisch überwinden und die potenzielle Energie im Nervensystem absorbieren würden, würden die Nervenzellen die chemische Energie von ATP verwenden, um sich wieder aufzuladen. Ich weiß nicht, wie sich das auf den Organismus auswirkt, aber Nervenzellen laden und entladen sich normalerweise tausendfach in der Sekunde.

Grundsätzlich bedeutet „Absorbieren“ der Elektrizität des Organismus, den Organismus zu fressen. Was viele Organismen bereits tun.

Zitteraale und statischer Schock

Obwohl Sie in einem Organismus eine Ladung aufbauen können, indem Sie ihn von der Außenwelt isolieren , was wir "statische Elektrizität" nennen, und dieses bisschen Elektrizität ernten können, ist dies in den meisten Organismen belanglos.

Da es empfindliche Elektronik beschädigen kann, bietet Fundamentals of Electrostatic Discharge Part Five – Device Sensitivity and Testing eine reizvolle Vereinfachung des menschlichen Körpers.

Das HBM-Testmodell stellt die Entladung von der Fingerspitze einer stehenden Person dar, die an das Gerät abgegeben wird. Es wird durch einen 100-pF-Kondensator modelliert, der über eine Schaltkomponente und einen 1,5-kΩ-Vorwiderstand in die Komponente entladen wird. Dieses aus dem 19. Jahrhundert stammende Modell wurde zur Untersuchung von Explosionen von Gasgemischen in Bergwerken entwickelt.

Der Mensch, laut einem Electrostatic Discharge Tester.

Können wir daraus irgendeine nützliche Kraft ziehen?

Wir können die Energie eines solchen Stoßes berechnen.$\text{Energy} = \frac{\text{Capacitance} \times \text{Voltage}^2}{2}$Die Zahlen für den menschlichen Körper variieren, aber die höchste, die ich gesehen habe, ist$C = 400 pF$und$V = 50 \text{kV}$. Wenn Sie die Spannung viel höher machen, wird die Umgebungsluft ionisiert und entladen. Wenn wir diese einstecken, erhalten wir 500 mJ , was ungefähr der Energie entspricht, um einen Apfel 50 cm hochzuheben, oder, poetischer, die akustische Energie von 50 Flüstern.

Zitteraale erzeugen ihren Schock auf ähnliche Weise, aber sie haben Muskel- und Nervengewebe modifiziert , um einen Volta-Stapel , eine einfache Batterie, zu erzeugen. Sie werden parallel aufgeladen und dann in Reihe geschaltet, um einen Ruck auszulösen. Es gibt Tausende, die jeweils 0,15 V erzeugen, was zu einer ziemlich hohen Spannung führt. Bei einer Entladung von 1 Ampere kann es 860 Watt Leistung erzeugen, was buchstäblich einen ziemlichen Schock bedeuten kann. Aber es passiert nur für 2 ms, also liefert es nur 1 oder 2 J .

Zum Vergleich: 1 Gramm Fleisch enthält 9000 J Energie . Wenn Sie Energie aus einem elektrischen Aal gewinnen möchten, essen Sie ihn.

Absorbieren aus einer Steckdose

Theoretisch könntest du den Prozess rückwärts laufen lassen. Anstatt ATP zu verwenden, um eine Gebühr zu erstellen, könnten Sie eine Gebühr verwenden, um ATP zu erstellen. Das Problem besteht darin, diese Energie zu den Zellen zu bringen, ohne den Organismus zu braten. Sie können es nicht einfach durch die Haut absorbieren, Haut und Fett sind sehr gute Isolatoren, also würden Sie sie braten, um ihren Widerstand zu überwinden. Sie benötigen spezialisierte Organe, die als "Drähte" fungieren.

Handwinken genau, wie das funktionieren würde, wie viel Strom benötigen Sie?

Um eine grobe Schätzung zu erhalten, benötigt ein typischer Mensch mit einem Gewicht von etwa 75 kg etwa 2000 kcal oder 8 MJ pro Tag. Das sind etwa 100 kJ/kg. Nehmen wir an, Sie "laden" 2 Stunden am Tag, das ist$50 \frac{kJ}{kg \times hour}$oder ungefähr 14 Watt/kg . Unser typischer 75-kg-Mensch, der 2 Stunden am Tag auflädt, benötigt also 1050 Watt.

Das ist ungefähr die Leistungsaufnahme eines Mikrowellenofens, Wasserkochers oder Toasters, was nicht unvernünftig ist. Das Problem ist, dass 1050 Watt bei 110 Volt 9,5 Ampere sind ($Power = Voltage \times Current$), die dich definitiv umbringen wird.

Aber vielleicht kommt dein Organismus damit irgendwie zurecht. Der Punkt ist, es kommt schnell eine Menge Energie herein. Es reicht, um Brot zu toasten und Wasser zu kochen. Ihr Organismus würde einen Weg brauchen, um es schnell aufzulösen und zu verteilen.

Magnetfelderkennung

Zahlreiche Lebewesen können Magnetfelder erkennen, und Elektrizität erzeugt im Allgemeinen ein Magnetfeld. Der magnetische Sinn von Tieren (eigentlich Organismen ) bricht die Erkennungsmechanismen für uns zusammen.

• Mechanisch - winzige magnetische Partikel, die wie kleine Kompasse wirken und sich an einem Magnetfeld orientieren
• Induktion - die Bewegung durch ein Magnetfeld induziert einen Strom in einem Organ im Organismus
• Chemisch-magnetische Felder können Spinzustände verändern, die von einem Organismus wahrgenommen werden können

Normalerweise gibt es zwei Gründe, Magnetfelder zu erkennen.

• Navigation und Orientierung entlang des Erdmagnetfeldes der Erde
• Beute-/Raubtiererkennung - da Organismen ein schwaches Magnetfeld aussenden

Wenn Sie versuchen wollten, daraus Energie zu gewinnen, wäre die beste Option wahrscheinlich die Induktion. Aber wie wir oben gezeigt haben, ist von anderen Tieren einfach nicht viel Energie zu haben. Fleisch ist ein sehr effizienter Energiespeicher.

Fazit

Chemikalien speichern Energie viel besser als elektrische Ladungen. Deshalb haben wir uns entwickelt, um es zu nutzen, um Energie zu speichern, technologisch und biologisch. Organismen speichern keine Elektrizität, außer in besonderen Fällen, in denen es einen Vorteil gibt, und dann sehr kleine Mengen und sehr ineffizient. Wir speichern chemische Energie und wandeln diese bei Bedarf in Strom um.

Das ist auch der Grund, warum wir uns dazu entwickelt haben, uns gegenseitig zu essen. In einem Organismus ist zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht viel elektrische Energie vorhanden, selbst der Stoß eines Zitteraals beträgt nur 1 oder 2 J. Die Energie eines Organismus ist in Chemikalien eingeschlossen. Es ist viel einfacher, die Chemikalien Ihrer Beute zu essen, als Ihre Beute dazu zu bringen, ihre Chemikalien für Sie in Elektrizität umzuwandeln, diese zu absorbieren und sie zur effizienten Lagerung wieder in Chemikalien umzuwandeln.

Organismen, die sich direkt von Energie, der Photosynthese , ernähren, sind ziemlich ineffizient und haben nicht die Energie für Bewegung oder komplexe Aktionen.

Strom essen ist möglich. Theoretisch könnten wir das sogar.

ATP ist die Energiewährung einer Zelle. Wenn eine Zelle ATP produzieren kann, wird sie mehr produzieren, wenn sie einem extrinsischen elektrischen Strom (der richtigen Größe) ausgesetzt wird.

https://frequencyspecific.com/wp-content/uploads/2016/04/Cheng-1982.pdf

Dieses Experiment wurde in Rattenzellen durchgeführt. Sie produzierten maximal 5-mal mehr ATP als zu Beginn. Stärkere Ströme beschädigten die Zellen, wahrscheinlich durch ohmsche Erwärmung.

Der Bericht stellt fest, dass dasselbe für Chloroplasten festgestellt wurde. Exogene Ströme stimulieren die Synthese, wahrscheinlich durch Erhöhen des verfügbaren ATP, und werden klinisch verwendet, um die Knochenheilung zu fördern. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20182239

Ein interessantes Experiment: Messen Sie das Wachstum eines Testorganismus (Hefe?) in einer kalorisch eingeschränkten Umgebung, einmal mit und einmal ohne Strom. Kann der elektrische Strom „Kalorien“ den Aufbau von Biomasse gegenüber dem steigern, was die Kontrollgruppe mit normalen Kalorien erreicht? Was für ein cooles Experiment wäre das und einfach! Wissenschaftsmesse, irgendjemand?

Wie auch immer - Ihre Kreaturen: Wenn sie Zugang zu einer zuverlässigen Stromquelle haben, könnten sie diese anzapfen, um die ATP-Produktion zu steigern - oder möglicherweise ihre gesamte Energiequelle sein. In diesen Fragen habe ich Organismen vorgeschlagen, die einen piezoelektrischen Strom zur Energieerzeugung nutzen würden: Können Pflanzen mit Windkraft Energie erzeugen?

Ein Strom impliziert Zeit. Die Elektronen müssen fließen. Um also einen Strom durch Sie fließen zu lassen, müssen Sie zur Quelle glomen oder den Strom ständig erzeugen (wie die Piezo-Bäume). Sie könnten etwas haben, das Ladung ansammeln kann, wie ein Zitteraal, weil es den Strom durch die ATP-Generatoren auf einem konstant gesunden Niveau halten und etwas Energie für später sparen würde - so wie wir Kalorien ansammeln, die wir essen, um sie später zu verwenden.

In Bezug auf das Ablassen von Opfern erzeugen die meisten Tiere keinen elektrischen Strom durch sie. Wenn zwischen mir und beispielsweise dem Ohr meines Bruders ein Ladungsunterschied besteht, gleicht sich der Ladungsunterschied plötzlich mit einem statischen Funken aus. Strom impliziert einen langsamen Ausgleich der Ladungsdifferenz, was entweder einen Mechanismus erfordert, um ihn langsam zu halten, oder eine konstante Ladungserzeugung auf einer Seite. Ihre Ladungsfresser würden wahrscheinlich nicht hinter biologischer Elektrizität her sein.