D12 Messung des elektrischen Feldes des Körpers

Thema

Das elektrische Feld des Fisches lässt sich mit dieser Technik messen, und zwar zu drei verschiedenen Zwecken: Charakterisierung der Entladung des elektrischen Organs bei elektrogenen Fischen, sowohl schwacher als auch starker; Kartierung der räumlichen Verteilung dieses elektrischen Feldes um den Fischkörper; und Erfassung der Störungen, die Objekte in der Umgebung in dieses Feld einbringen – dasselbe Phänomen der Elektrolokalisierung, das in einem früheren Modell dieser Sammlung zur Störung der Elektrorezeption beschrieben wurde. Dieselbe Technik ermöglicht es uns auch, die passiven bioelektrischen Felder zu untersuchen, die von allen Fischen, auch von nicht-elektrogenen, aufgrund von Ionenströmen durch Haut und Kiemen erzeugt werden.

Das elektrische Feld des Fisches wird mithilfe von Referenzelektroden aus Silber und Silberchlorid gemessen, die in bekanntem Abstand vom Fischkörper in Wasser eingetaucht sind. Die elektrische Potenzialdifferenz zwischen zwei dieser Elektroden ergibt die Feldkomponente in Richtung der Elektrodenverbindung: Diese Feldkomponente entspricht der Potenzialdifferenz zwischen den beiden Elektroden dividiert durch ihren Abstand.

Um das gesamte elektrische Feld des Körpers in zwei oder drei Dimensionen abzubilden, wird entweder eine Anordnung mit vielen Elektroden gleichzeitig verwendet oder ein einzelnes Paar Referenzelektroden systematisch über den gesamten Körper des Fisches bewegt. In beiden Fällen müssen die Verstärker, die die Potenzialdifferenz aufzeichnen, eine sehr hohe Eingangsimpedanz von über einer Milliarde Ohm aufweisen, da das Messgerät sonst das zu messende elektrische Feld stören würde.

Die Entladung des elektrischen Organs schwach elektrischer Fische, eines der Körperfelder, die mit dieser Technik charakterisiert werden, weist je nach Art Frequenzen zwischen 50 und 2000 Hertz und Spannungen zwischen einem und 100 Millivolt auf, die in der Nähe des Fischkörpers gemessen werden. Die Anwendung der im vorherigen Modell dieser Reihe beschriebenen Spektralanalyse auf diese Entladung offenbart ihre Grundfrequenz und ihre Obertöne, die sowohl für die Art als auch für das Individuum, das sie erzeugt, charakteristisch sind.

Wenn ein externer Gegenstand mit dem elektrischen Feld des Fischkörpers in Kontakt kommt, wird die durch diesen Gegenstand hervorgerufene Störung der Entladung des elektrischen Organs gemessen, indem das Feld mit dem Gegenstand mit dem Feld ohne diesen verglichen wird: Leitfähige Gegenstände bündeln die Feldlinien und erzeugen eine positive Störung, während resistive Gegenstände sie streuen und eine negative Störung erzeugen. Dadurch kann der Fisch die elektrischen Eigenschaften der Objekte in seiner Umgebung unterscheiden.

Diese Störung nimmt mit der dritten Potenz des Abstands zum Gegenstand ab, wie es für ein Feld mit dipolarer Struktur typisch ist. Dieser abrupte Abfall begrenzt die Reichweite der Elektrolokalisierung des Fisches auf das Ein- bis Zweifache seiner Körperlänge. Somit ist es letztendlich dasselbe Körperfeld, das zu Beginn dieses Modells als Grundlage der Elektrolokalisierung beschrieben wurde, das deren Reichweite auf die unmittelbare Umgebung des Fisches beschränkt.

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