การปล่อยกระแสไฟฟ้าและการรับสัญญาณไฟฟ้าของปลา

By -

สาเหตุการเกิดสัญญาณไฟฟ้ามีอยู่หลายสาเหตุ ซึ่งบางอย่างก็เกิดขึ้นตามธรรมชาติ หรืออาจเกิดจากการสร้างของสิ่งมีชีวิต ในตัวปลามีจุดกำเนิดหลายส่วนที่สามารถสร้างไฟฟ้าได้หลายรูปแบบ บางชนิดใช้การเคลื่อนไหวของเหงือกเพื่อสร้างสนามพลังไฟฟ้า หรือใช้บางส่วนของร่างกายผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของโลก อวัยวะสร้างไฟฟ้าของปลาไฟฟ้า เกิดมาจากการดัดแปลงกล้ามเนื้อและเส้นประสาท

ปลาไฟฟ้า
ในแหล่งน้ำจืดเขตร้อนของอัฟริกาและอเมริกาใต้ทั่วไป เราสามารถที่จะพบปลาที่สร้างไฟฟ้าได้ แต่มีน้อยชนิดมากที่อยู่ในทะเล เช่น ปลากระเบนไฟฟ้า สกุล Nacine, Narke, Torpedo ปลากระเบนสเกตบางชนิด และปลากบ หรือปลาอุกบางชนิดในวงศ์ Uranoscopidae จะมีการจัดตำแหน่งและการเรียงตัวของกลุ่มเซลล์ที่ทำหน้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ในปลาที่สร้างไฟฟ้าเหล่านี้ เรียกว่า เซลล์ไฟฟ้า

ปลาที่มีเซลล์ไฟฟ้า แต่ไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ก็มีอยู่หลายชนิด กระแสไฟฟ้าที่ปลาพวกนี้สร้างขึ้นจะอ่อนมาก ไม่เพียงพอในการใช้ช็อตเหยื่อเพื่อหาอาหาร ป้องกันตัว หรือต่อสู้ แต่จะใช้สำหรับตรวจหาตำแหน่งและสื่อสารกับพวกเดียวกัน สนามพลังไฟฟ้าจะเกิดขึ้นรอบตัวเมื่อปลาปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมา ปลาหลายชนิดจะปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมาเป็นระยะๆ เพราะจำเป็นต้องใช้พลังงานเมื่อจะปล่อยไฟฟ้าในแต่ละครั้ง ส่วนปลาที่สามารถปล่อยสนามพลังไฟฟ้าออกมาด้วยคลื่นความถี่ตลอดเวลาอย่างสม่ำเสมอก็มีในปลาบางชนิด การปล่อยกระแสไฟฟ้าที่มีความถี่สูงถึง 1,700 รอบ/วินาที ของปลาไหลไฟฟ้าอเมริกาใต้ สามารถทำให้กล้ามเนื้อและเส้นประสาทเผาไหม้จนเกรียมด้วยความรุนแรงได้

การนำไฟฟ้าของน้ำจะทำได้ไม่ดีนัก จึงทำให้ขอบข่ายสนามพลังไฟฟ้าของปลาไม่กว้างไกล และเมื่อถูกกระทบกับวัตถุที่มีและไม่มีชีวิตใต้น้ำก็จะมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น เช่น เมื่อกระทบกับเหยื่อ ก้อนหิน พืชใต้น้ำ หรือปลาอื่นๆ ซึ่งปลาไฟฟ้าจะทราบการเปลี่ยนแปลงจากผลสะท้อนนี้ และทำให้มันทราบถึงตำแหน่งที่อยู่ของเหยื่อได้

รีเซพเตอร์แอมพูลลารี[ampullary(tonic)receptor]
พวกปลาที่สร้างไฟฟ้าแบบอ่อน จะมีรีเซพเตอร์รับความรู้สึกอยู่ใต้ผิวหนัง เรียกว่า รีเซพเตอร์แอมพูลลารี หรืออวัยวะแอมพูลลารี(ampullary organs) ที่ผิวหนังด้านนอกจะประกอบไปด้วยท่อยาว ส่วนผิวด้านในจะติดต่อกับเซลล์รับความรู้สึกที่ฝังอยู่ข้างใต้ เซลล์ด้านบนสุดจะมีขนเส้นเล็กๆ เรียกว่า ไคโนซีเลียม(kinocilium) ยื่นเข้าไปในท่อ และเมือกวุ้นที่มีความต้านทานต่ำจะบุอยู่ที่ฐานของท่อที่มีไคโนซีเลียม แม้ความต้านทานภายในผนังของท่อนี้จะมีสูงมากกว่าที่แผ่นมัยอีลีน 30-100 เท่าก็ตาม จะทำหน้าที่ตรวจสอบสภาพการเปลี่ยนแปลงของน้ำ คล้ายกับเคเบิลใต้น้ำที่มีเสาอากาศยื่นออกมาจากนอกเซลล์ รีเซพเตอร์นิวโรมาสท์ของเส้นข้างตัวได้ดัดแปลงมาเป็นรีเซพเตอร์ไฟฟ้า ทำหน้าที่คล้ายกับเส้นข้างตัว คือรับความรู้สึก การทำงานจะมีสองระดับ คือ รับความรู้สึกจากนอกตัวแล้วส่งไปยังสมอง และระบบการทำงานก็สามารถปิดได้ด้วย ได้พบจากการทดลองว่า จะมีการออกคำสั่งให้หยุดส่งกระแสไฟฟ้าในปลาไฟฟ้า เพื่อเป็นการหยุดพักหลังจากที่ส่งสนามพลังงานไฟฟ้าออกไปแล้ว ปลาจะปิดรับความรู้สึกชั่วคราวในช่วงนี้ ในพวกปลาที่ออกหากินตอนกลางคืน เช่นปลาไฟฟ้าอัฟริกาและอเมริกาใต้ ในน่านน้ำที่มีความขุ่นที่ไม่สามารถใช้สายตามองเห็นได้ ระบบไฟฟ้านี้จึงมีความจำเป็นกับมันมาก

รีเซพเตอร์แอมพูลลารี หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า แอมพูลลาของลอเรนซินี(the ampullae of Lorenzini) ในปลาฉลามจะพบได้มากตลอดทั้งส่วนหัว ส่วนในปลากระเบนจะพบกระจายอยู่มากที่บริเวณปีกด้านข้าง โดยมีเนื้อเยื่อเกี่ยวพันคล้ายแคปซูลล้อมรอบอยู่ รีเซพเตอร์แอมพูลลารีของปลาไฟฟ้าในวงศ์ Gymnnnarchidae, Gymnotidae, Mormyridae ปลาชะโอน(เนื้ออ่อน) Kryptopterus และปลาดุกไฟฟ้าน้ำจืดสกุล Ictalurus จะเรียงกันอยู่เป็นแถวยาว กระจายอยู่อย่างหนาแน่นทั่วส่วนหัวและลำตัว ท่อรีเซพเตอร์ของปลาน้ำจืดจะสั้นกว่าปลาทะเล รีเซพเตอร์ในปลาบางชนิดก็จะอยู่ที่ผิวตัวเลย เช่นในปลาสกุล Erpetoichthys

รีเซพเตอร์ชนิดหัว[tuberous(phasic)receptors]
รีเซพเตอร์ชนิดนี้มีลักษณะเป็นหัว ไม่ไวต่อกระแสไฟฟ้าที่อ่อน แต่จะไวต่อกระแสไฟฟ้าตรงที่มีกำลังค่อนข้างสูง ในปลาที่สร้างกระแสไฟฟ้าแบบอ่อนก็อาจพบได้ด้วย เช่น ปลาวงศ์ Gymnotidae(ปลาหลดไฟฟ้า) และ Mormyridae(ปลาช้าง) ในปลาแต่ละชนิดตำแหน่งของอวัยวะชนิดนี้จะอยู่แตกต่างกันไป ชั้นนอกจะถูกห่อหุ้มกั้นการติดต่อกับเนื้อเยื่อใกล้เคียงไว้ มีเซลล์รับความรู้สึกอยู่ภายใน แต่ขนไคโนซีเลียมจะไม่มีในเซลล์เหล่านี้ แต่เยื่อหุ้มเซลล์จะมีไซโตพลาสซึมเป็นหยักยื่นออกมา เรียกว่า ไมโครวิลไล หรือสเตอริโอวิลไล เมื่อสื่อไฟฟ้าคลื่นความถี่สูงมากระตุ้น รีเซพเตอร์นี้จะตอบสนองและมีการทำงานเป็นระยะๆ รีเซพเตอร์ชนิดนี้อาจมีช่องผ่านพิเศษส่งมาที่ผิวหนังแม้จะไม่มีท่อเปิดสู่ภายนอกตัวก็ตาม กระแสไฟฟ้าความถี่สูงที่ปล่อยออกมาจากอวัยวะสร้างไฟฟ้า รีเซพเตอร์ชนิดนี้สามารถปรับการรับให้เหมาะสมได้

อวัยวะสร้างไฟฟ้า(electric organ)
ปลากระเบนไฟฟ้าในแถบทะเลเมดิเตอเรเนียน ปลาดุกไฟฟ้าแห่งลุ่มแม่น้ำไนล์ และปลาไหลไฟฟ้าแห่งอเมริกาใต้ ปลาเหล่านี้สามารถปล่อยกระแสไฟฟ้าออกจากตัวได้ มันสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าที่มีความรุนแรงแล้วปล่อยออกมาฆ่าเหยื่อที่ตัวใหญ่กว่าได้ กระแสไฟฟ้าของปลาเหล่านี้มีแหล่งกำเนิดที่เรียกว่า อวัยวะไฟฟ้า จะเจริญมาจากเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อที่ดัดแปลงไป แต่อวัยวะสร้างไฟฟ้าของปลาไฟฟ้าน้ำจืดกลุ่ม Sternarchidae จะดัดแปลงมาจากไฟเบอร์ประสาท หน้าที่ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจะเป็นเซลล์ที่เรียกว่า เซลล์ไฟฟ้า หรืออีเล็คโตรไซท์(electrocytes) โดยเซลล์กล้ามเนื้อที่ดัดแปลงไปนี้จะเพิ่มความสามารถในการผลิตไฟฟ้าที่มีการไหลของกระแสไอออน แต่จะสูญเสียเส้นใยสำหรับการหดตัวไป อีเล็คโตรไซท์ในปลาไฟฟ้าส่วนมากจะมีรูปร่างแบนคล้ายจาน อาจเรียกได้อีกชื่อหนึ่งว่า อีเล็คโตรเพลค(electroplaque) เซลล์และประสาทของกล้ามเนื้อเหล่านี้จะอยู่ในสภาพที่มีขั้วประจุเมื่อเนื้อเยื่อนี้อยู่ในระยะพัก ภายในเซลล์จะมีของเหลวประจุลบอยู่ประมาณ 100 มิลลิโวลท์ แต่ด้านนอกจะเป็นประจุบวก โดยโซเดียมไอออนจะเป็นประจุพื้นฐาน โซเดียมไอออนจะไหลเข้ามาภายในเซลล์เพื่อทำลายประจุนั้นให้กลายเป็นบวกเมื่อมีสิ่งกระตุ้น เซลล์ด้านข้างที่อยู่ถัดไปก็จะได้รับผลเช่นเดียวกัน ทำให้กระแสไฟฟ้ามีการไหลขึ้น ผิวเซลล์ภายในอีเล็คโตรไลท์จะหยาบ ผิวเซลล์ที่เรียบก็จะอยู่ตรงข้าม และขั้วประจุจะไม่มีในด้านที่มีผิวเรียบ เมื่อไอออนโซเดียมไหลผ่านเข้ามาในเยื่อหุ้มเซลล์ และประจุบวกจะเกิดการเคลื่อนที่เมื่อไอออนโปแตสเซียมรั่วออกไป ทำให้มีการไหลของกระแสไฟฟ้า

การที่อีเล็คโตรไซท์ถูกจัดเรียงตัวเป็นแถวอย่างมีระบบแบบอนุกรมไฟฟ้า ศักดาของประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านแต่ละเซลล์ของอนุกรม ทำให้เกิดการเพิ่มโวลเตจมากขึ้น โดยในแต่ละอีเล็คโตรไซท์จะมีกระแสประสาทไหลเข้ามาร่วมด้วย ปลาที่สามารถสร้างประจุไฟฟ้าได้สูงมากมีอยู่หลายชนิด เช่น ปลากระเบนไฟฟ้า ในสกุล Torpedo กระแสไฟฟ้า 25-50 โวลท์ ที่มันปล่อยออกไปสามารถที่จะฆ่าเหยื่อที่อยู่ไกลออกไปถึง 15 เซนติเมตรได้ อวัยวะสร้างไฟฟ้าจะเรียงกันอยู่เป็นแถวประมาณ 45 แถว ในแนวตั้ง มีเซลล์ไฟฟ้าในแต่ละแถวประมาณ 700 เซลล์ ทางด้านบนของลำตัวจะเป็นส่วนที่ปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมา ปลาดุกไฟฟ้าอัฟริกา Malapterus และปลาไหลไฟฟ้าอเมริกาใต้ Electrophorus สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากอวัยวะสร้างไฟฟ้าหลายแห่งที่ฝังอยู่ในกล้ามเนื้อด้านล่างได้มากกว่า 600 โวลท์ อวัยวะที่ประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าถึง 1,000 โวลท์จะใหญ่ที่สุด ควรใช้ถุงมือฉนวนกันไฟที่มีความหนาเป็นพิเศษ เพื่อป้องกันอันตรายเมื่อต้องการจะจับปลาพวกนี้ ในปลาสตาร์เกเซอร์ Asatroscopus-Uranoscopidae มีกล้ามเนื้อตาที่พัฒนาและดัดแปลงไปเป็นเซลล์ไฟฟ้า ที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้สูงเช่นกัน

ปลาที่สามารถจำแนกวัตถุที่ผ่านเข้ามาในสนามไฟฟ้าที่ปล่อยออกไปจากอวัยวะสร้างไฟฟ้า จะเป็นปลาพวกที่ปล่อยไฟฟ้าได้ในระดับที่อ่อน ปลาหลดไฟฟ้าและปลาช้าง เมื่อถูกกระตุ้นหรือมีสิ่งรบกวน จะสามารถเพิ่มความถี่ของคลื่นไฟฟ้าได้ ปลาหลดไฟฟ้า Gymnotus บางชนิด สามารถผลิตคลื่นความถี่ไฟฟ้าได้สูงถึง 2,000 เฮิซ์ต แต่ปลาพวกนี้จะหยุดปล่อยกระแสไฟฟ้าในบางครั้ง เพื่อหลีกเลี่ยงผู้ล่าที่ตรวจรับสัญญาณไฟฟ้าได้ ปลาแต่ละชนิดจะมีรูปแบบการปล่อยสัญญาณเป็นของตัวเอง เพื่อการจดจำและสื่อสารกันในระหว่างกลุ่มเดียวกัน ปลาที่ปล่อยสัญญาณสม่ำเสมอตลอดเวลา ก็เพื่อให้ทราบความถี่ของผู้ที่เข้ามาในรัศมี หากความถี่ของผู้บุกรุกสูงกว่า มันก็จะให้ผู้บุกรุกเป็นผู้สร้างกระแสไฟฟ้าแทน

อวัยวะสร้างไฟฟ้าที่อยู่บริเวณหางของปลากระเบนไฟฟ้าสเกต จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้อ่อนและไม่สม่ำเสมอ ดังนั้น การสำรวจหรือล่าเหยื่อของมันก็ไม่อาจจะใช้กระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ได้ แต่จะใช้เพื่อการจดจำพวกเดียวกัน อวัยวะสร้างไฟฟ้าในปลากระเบนปกติจะอยู่บริเวณอก และสามารถผลิตไฟฟ้าได้สูงกว่า อวัยวะสร้างไฟฟ้าของปลาสตาร์เกเซอร์ Astroscopus จะดัดแปลงมาจากกล้ามเนื้อตา เป็นปลาล่าเหยื่อที่ดุร้าย ชอบซุ่มอยู่ที่พื้นทะเลเพื่อโจมตีเหยื่อ แรงของกระแสไฟฟ้าที่มันผลิตออกมาไม่สามารถทำให้เหยื่อสลบได้ และไม่ได้ใช้เพื่อตรวจเสียงสะท้อนด้วย มันจะปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมาเป็นจังหวะเมื่อปากเปิดออกในช่วงออกหากิน และในช่วงที่มันงับเหยื่อด้วย

ปลาไฟฟ้าที่สร้างกระแสไฟฟ้าได้น้อย มักเป็นพวกที่หากินอยู่ในแหล่งน้ำตื้น มีความถี่ในระยะเวลาสั้นๆ ที่สูง เพื่อไม่ให้รบกวนพวกเดียวกัน แต่การปล่อยกระแสไฟฟ้าจะไปได้ไกลกว่า ในพวกปลาที่หากินในแหล่งน้ำขึ้น-ลง ในฤดูสืบพันธุ์ การปล่อยสนามพลังไฟฟ้าจะช่วยให้จำแนกปลาที่พร้อมจะสืบพันธุ์ และจดจำเพศได้ด้วย

ปลาที่รับสัญญาณไฟฟ้าได้
ปลาล่าเหยื่อมีอยู่ด้วยกันหลายชนิด และปลาที่ตกเป็นเหยื่อจะมีเซลล์รับสัญญาณไฟฟ้า หรือรีเซพเตอร์ไฟฟ้าที่สามารถตรวจจับคลื่นไฟฟ้าจากสนามพลังไฟฟ้าที่ศัตรูปล่อยออกมาจากแหล่งต่างๆ ได้ แม้สนามไฟฟ้านั้นจะมีกำลังอ่อนมากก็ตาม ปลาปากกลม ปลากระดูกอ่อนและปลากระดูกแข็งทุกชนิด ปลาสเตอเจียน ปลาปากเป็ด Polyodon และปลามีปอด เหล่านี้จะเป็นปลาที่สามารถรับสัญญาณไฟฟ้าได้ ส่วนในปลาซีลาแคนธ์ก็อาจจะพบได้ด้วย

แลมเพรย์สามารถรับสัญญาณไฟฟ้าได้ด้วยสมอง และความสามารถในการตรวจสอบและสร้างสนามพลังไฟฟ้าก็มีอยู่ในสัตว์มีกระดูกสันหลังพวกแรกๆ ด้วย แม้แต่โบว์ฟินและปลาการ์ ที่เป็นปลาโบราณ ก็มีเซลล์รับสัญญาณไฟฟ้าเช่นกัน ไคโนซีเลียมของเซลล์เหล่านี้จะมีความยาวและเด่นชัด

ที่มา: จากหนังสือเรื่อง มีนวิทยา
เรียบเรียงโดย: สุภาพร สุกสีเหลือง
ภาควิชาชีววิทยา
มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ