Una fauna electrizante: los peces electrógenos

Querida hija:

Las estrategias de ataque y defensa de las especies animales son variadas, pero ninguna de ellas tan interesante entre los vertebrados que la generación y uso de corrientes eléctricas dentro del propio organismo. La mayoría de los peces disponen de sofisticados sistemas de electrorrecepción, esto es, "sensores" que les permiten detectar variaciones del campo eléctrico que les rodea y poder tomar decisiones sobre ello, pero un grupo de peces han ido más allá y son capaces no sólo de detectar, sino de generar corrientes eléctricas. Son los comúnmente denominados "peces eléctricos" pero más correctamente "peces electrógenos". Vas a conocerlos hoy.

Los torpedos son los peces eléctricos más conocidos

¿Quiénes son los peces electrógenos?

Denominamos "peces electrógenos" a aquellos que disponen de órganos eléctricos y son capaces de generar corrientes eléctricas que varían desde décimas hasta varios centenares de voltios. No te preocupes, que en el siguiente apartado te hablaré de los órganos eléctricos y de cómo se genera esa electricidad interna, que se usa normalmente para propósitos defensivos y también ofensivos, como una forma de "atontar" presas que luego serán consumidas además de una forma de comunicación entre individuos u electrolocación. Pero ahora lo primero es conocer cuántas y cuáles son las especies de peces electrógenos.

Los peces electrógenos constituyen un grupo de peces tanto marinos como fluviales. Estos últimos se concentran exclusivamente en África y en América del Sur, y todos estos linajes parecen haber adquirido la capacidad electrógena de forma independiente unos de otros, es decir, sería un fenómeno de convergencia evolutiva. Además de marinos y fluviales, los peces electrógenos se dividen en dos grandes grupos:

- Fuertemente eléctricos: generan descargas eléctricas capaces de atontar una presa. Suelen oscilar entre 10 y 860 V de tensión, con 1 amperio de intensidad.

- Débilmente eléctricos: generan descargas eléctricas demasiado débiles para atontar una presa, y normalmente las usan para electrolocación, navegación, y comunicación.

Existe diferencia entre la electricidad generada por los peces marinos, de bajo voltaje y alta intensidad eléctrica y los peces fluviales, con alto voltaje y baja intensidad, debido al diferente comportamiento eléctrico del agua marina, con más sales disueltas que el agua dulce.

Peces electrofuertes y electrodébiles

Por tanto, según esta clasificación, los peces electrógenos son los siguientes:

Peces fuertemente eléctricos

-Marítimos: 

Los torpedos eléctricos son los más conocidos de los peces electrógenos. Se trata de Condrictios del suborden Batoidea (las rayas), que también reciben el nombre de "rayas eléctricas". Integran el orden Torpediniformes, que consta de tres familias y 69 especies, siendo Torpedo el género más conocido. Se reconocen por sus aletas pectorales con forma semicircular que sólo llegan hasta la parte media del cuerpo. Pueden generar descargas eléctricas de entre 8 y 220 V que usan para defenderse y para atontar presas.

Torpedo común (Torpedo torpedo). Roberto Pillon

El astrónomo eléctrico, cuatro especies de Trachiniformes del género Astroscopus y que son los únicos peces óseos capaces de generar electricidad. Viven en las costas atlántica y pacífica de América.

Astrónomo del Sur (Astroscopus y-graecum)

-Fluviales:

Las anguilas eléctricas (Gymnotiformes, Gymnotidae), llamadas así por su semejanza morfológica con la anguila, si bien taxonómicamente no están emparentados. Son exclusivamente sudamericanas, viven en las cuencas amazónica y orinóquica todos ellos del género Electrophorus. E. voltai es la mayor especie biogeneradora del planeta, generando corrientes de hasta 860 V.

Anguila eléctrica con detalle de la situación de sus órganos eléctricos. Encyclopaedia Britannica

El siluro eléctrico (Siluriformes, Malapteruridae). Se trata de 21 especies pertenecientes a los géneros exclusivamente africanos Malapterurus (Nilo y África occidental y central, 18 especies) y Paradoxoglanis (endémico de la cuenca del Congo, 3 especies). Pueden generar descargas de hasta 350 V, que usan para capturar presas pues son peces carnívoros.

Siluro eléctrico (Malapterurus electricus). Giuseppe Mazza

Peces débilmente eléctricos

-Marítimos:

Algunas rayas del género Raja (Orden Rajiformes) pueden generar descargas débiles mediante órganos eléctricos situados en la cola.

-Fluviales:

Los peces cuchillo eléctricos (Gymnotiformes, Apteronotidae), exclusivamente neotropicales, y que comprenden los géneros Apteronotus, con 27 especies, Eigenmannia con 23 especies y Gymnotus, que pertenece a la familia Gymnotidae, con 46 especies.

Sarapó (Gymnotus carapo)

Los peces elefante (Osteoglossiformes, Mormyridae) del género Gnathonemus, con cuatro especies, todas africanas, y el pez cuchillo africano (Osteoglossiflormes, Gymnarchidae), Gymnarchus niloticus, que vive en las cuencas del Nilo, del Lago Turkana y de varios ríos del Sahel (Niger, Senegal, Gambia y Volta, así como en el Lago Chad).

Pez cuchillo africano (Gymnarchus niloticus)

¿Cómo generan la electricidad?

Para que puedas entender cómo estos peces pueden generar descargas eléctricas de variados voltajes (y, como has visto, estos voltajes pueden ser considerables), primero debes entender un mecanismo enzimático celular que tenemos todos los vertebrados llamada la Bomba sodio-potasio.

Mediante este mecanismo, se expulsa de la célula tres iones de sodio (Na+) por cada dos iones de potasio que ingresa a ella (K+). Se consigue así un equilibrio en la concentración de solutos y también un gradiente electroquímico: este gradiente de cargas induce pequeñas corrientes eléctricas que son normales en el funcionamiento celular de cualquier vertebrado, si bien son corrientes muy pequeñas como para generar ningún tipo de descarga fuera del organismo. El exterior de la célula queda cargado positivamente con respecto del interior de la misma.

Esquema de funcionamiento de la bomba sodio-potasio

Pues bien, en los peces electrógenos aparecen los órganos eléctricos, que fueron estudiados por primera vez en 1770 a partir del torpedo y la anguila eléctrica. Estos órganos provienen de tejidos nervioso y muscular modificados y han sido adquiridos por evolución convergente en varias especies. Básicamente la evolución ha transformado músculos en órganos eléctricos, y esto ha sucedido seis veces independientemente en la historia evolutiva.

Están formados por unas células especializadas llamadas electrocitos, que pueden tener forma de cigarro o de disco. La clave del funcionamiento de estos órganos está en que los electrocitos, que alcanzan la cifra de miles, se "apilan", "conectándose" en serie entre sí, esto es, una tras de otra. Si cada una genera un potencial de 0,15V mediante el mecanismo sodio-potasio (en la anguila eléctrica), y los voltajes se suman como sucede en un circuito eléctrico en serie, entonces aparece una diferencia de potencial considerable entre ambos extremos de esta "pila".

En efecto, se trata de una pila eléctrica de origen biológico, y se cree que el estudio de estos órganos pudo influir en los trabajos de Luigi Galvani y de Alessandro Volta cuando el primero estudió la electricidad animal y el segundo desarrolló la primera pila eléctrica apilando discos de cobre y cinc separados por un electrolito. Por su parte, Michael Faraday estudió profundamente las propiedades eléctricas de la anguila eléctrica en 1839.

a) electrocito en reposo. b) excitado. Fuente: Jaime Milanezi Jr, et. al. Sustainable Electric Energy Microgeneration System Based on Electric Eels.

Los electrocitos se "descargan" mediante un mecanismo nervioso a través de unas neuronas motoras: esto es, el animal puede descargar a voluntad. De esta manera, al descargar los electrocitos, el órgano eléctrico puede generar un campo eléctrico cuyas descargas, dependiendo de la especie, pueden ser "tipo ondas" (sinusoidal continuo) o "tipo pulsos" (irregular).

Normalmente estos órganos están situados en sentido longitudinal del animal, sobre todo en la cola o el dorso, como en el caso de la anguila eléctrica, que dispone de tres tipos de órganos eléctricos que ocupan casi todo el cuerpo detrás de la cabeza: un órgano principal en el dorso, el "órgano de Sachs" en la parte superior de la cola, y el "órgano de Hunter" que ocupa todo el vientre y la parte ventral de la cola de forma que casi el 90% de la anatomía de la anguila eléctrica es un órgano eléctrico. El los torpedos, sin embargo, se trata de un par de órganos situados simétricamente en la parte ventral del cuerpo, junto a las agallas. 

Ubicación de los órganos eléctricos en diferentes especies de peces electrógenos

Como ya te expliqué antes, los peces débilmente eléctricos usan sus descargas eléctricas como electrolocalizadores. Por ejemplo, el mormírido Gnathonemus petersii genera un campo eléctrico dipolar, con uno de los polos situados en la cola y el propio cuerpo actuando como el otro polo. Si el pez se topa con un objeto cuyas propiedades eléctricas son distintas de las del agua circundante, entonces se produce una distorsión tridimensional en el campo eléctrico que el pez va a detectar a través de su sistema electrorreceptor (que comparte con los demás peces). Esto es, en las turbias aguas de los ríos africanos, este sistema proporciona al pez una "imagen" eléctrica que su cerebro descifrará, capacitándole para tomar decisiones.

Esquema de Gnathonemus petersii mostrando órgano eléctrico y zona electrorreceptora

En el caso de los mormíridos, estas descargas son tipo pulso, mientras que en los peces cuchillo sudamericanos (como Eigenmania) se trata de una descarga de tipo ondas sinusoidales.

Los peces eléctricos y el ser humano

¿Son peligrosas estas descargas eléctricas para el ser humano?. Los peces fuertemente eléctricos son capaces de generar descargas que pueden ser molestas para los humanos, y pueden darnos algún susto pero no es normal que un humano muera a causa de ellas. En realidad, parece ser que los antiguos egipcios usaban el torpedo eléctrico para realizar lo que hoy denominaríamos electroterapia y en la época victoriana se celebraban fiestas donde los invitados se ponían en cadena para experimentar cómo se transmitía la descarga de un pez eléctrico.

Ya he aludido antes sobre el papel que el estudio de la electricidad de estos peces desempeñó en las ideas de Galvani o Volta, e incluso de Benjamin Franklin, sobre la naturaleza y aplicaciones de la electricidad. Pero hoy día los peces eléctricos continúan siendo fuente de inspiración para los científicos y técnicos como "bioprototipos" para nuevas aplicaciones. 

Campo eléctrico generado por Gnathonemus petersii y su comportamiento ante un objeto conductor (arriba) y no conductor (abajo)

Así, por ejemplo, el Instituto Severtzov de Ecología y Evolución, adscrito a la Academia de Ciencias de Rusia lleva treinta años investigando las aplicaciones de la electricidad "débil" de estos peces para su implementación en nuevos sistemas submarinos de comunicación y localización. Para ellos han realizado un modelo eléctrico de los peces electrodébiles como los Mormíridos y los Gimnótidos, y han desarrollado diversos aparatos que "imitan" su funcionamiento.

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