E15 Eletrorrecepção Ativa e Passiva

Tópico

A eletrorrecepção é a capacidade de detectar campos elétricos na água, presente em tubarões, raias, peixes elétricos de água doce — tanto fracos quanto fortes — e algumas espécies de teleósteos. Essa capacidade ocorre de duas formas: eletrorrecepção passiva, na qual o peixe detecta campos elétricos externos, incluindo aqueles gerados involuntariamente por outros organismos através de sua própria atividade biológica, e eletrorrecepção ativa, na qual o peixe gera seu próprio campo elétrico e detecta perturbações causadas por objetos em seu ambiente, de maneira análoga à forma como o sonar ativo detecta objetos emitindo seu próprio sinal.

O campo elétrico gerado por um peixe elétrico fraco com a descarga de seu órgão elétrico é modelado como um dipolo elétrico: a diferença de potencial entre a cabeça do peixe, que atua como o polo negativo, e sua cauda, ​​que atua como o polo positivo, gera linhas de campo que se propagam pela água condutora. Esse campo dipolar decai com o inverso do cubo da distância dentro do campo próximo ao peixe, uma queda tão acentuada que limita o alcance da eletrolocalização a apenas um ou dois comprimentos do próprio corpo do peixe.

Quando um objeto entra nesse campo dipolar, ele o perturba de maneira diferente dependendo de sua natureza elétrica: um objeto condutor, como uma presa ou outro peixe, concentra as linhas do campo em sua direção, enquanto um objeto resistivo, como uma rocha, as dispersa para longe de si.

Essas perturbações do campo elétrico dipolar são detectadas pelos eletrorreceptores do peixe — as ampolas de Lorenzini em elasmobrânquios ou os tubérculos em peixes de água doce — que são canais iônicos sensíveis a diferenças de potencial de apenas um a dez nanovolts por centímetro, tornando a eletrorrecepção o sentido mais sensível conhecido em toda a biologia.

A distribuição do potencial elétrico na água que circunda o peixe, tanto em seu próprio campo dipolar quanto no campo gerado por fontes de corrente externas, segue a mesma lei de Ohm generalizada para o meio aquático contínuo: o potencial elétrico em cada ponto da água é determinado pela distribuição das fontes de corrente e pela condutividade da água, seguindo o mesmo tipo de relação descrita pela equação de Poisson para qualquer campo potencial gerado por fontes distribuídas no espaço. A perturbação que um objeto introduz neste campo pode ser calculada como a diferença entre a solução para este mesmo problema de distribuição de potencial com o objeto presente e sem ele — um problema de condição de contorno do mesmo tipo que o resolvido pela equação de Laplace. O comportamento esperado é que esta perturbação seja proporcional à diferença de condutividade entre o objeto e a água, ao volume do próprio objeto e ao inverso do cubo da distância até o objeto — a mesma queda acentuada com a distância que, descrita no início deste modelo, limita o alcance da eletrolocalização ativa do peixe.

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