Да. Вам нужен похожий на шершня утконос в тропическом лесу.

Выслушайте меня.

Вода проводит электричество значительно лучше, чем воздух, особенно соленая вода. Поэтому электрорецепция — способность обнаруживать электрические токи — у морских обитателей встречается гораздо чаще, чем у наземных существ. Так вот, его нет и у наземных животных; электрорецепция встречается у избранной группы однопроходных животных . Яркими примерами являются утконос и ехидна. В частности, длинноклювые ехидны обитают на сырых участках лесов. Высокая влажность в среде обитания ехидны позволяет ей обнаруживать источники электричества, даже слабые. У утконоса еще более развито чувство электрорецепции , которое также усиливается в регионах с высокой влажностью.

Поэтому ваше животное, скорее всего, будет жить во влажной, сырой, влажной местности, возможно, в тропиках. Возможен тропический лес - среда обитания, благоприятная для утконоса. Держитесь подальше от пустынь и сухих, бесплодных районов. Кроме того, могут быть предпочтительнее участки вблизи озер и ручьев; утконос умеет плавать, а электрорецепция в воде даже более ценна, чем на суше. Это также может быть хорошей эволюционной причиной, по которой ваше существо развило электрорецепцию, но живет на суше: его недавние предки были в основном водными.

Нам еще предстоит разобраться с вопросом о том, как ваше животное поглощает, хранит и использует электричество. Поглощение, вероятно, будет происходить через модифицированные электроциты . Это клетки, обнаруженные у некоторых электрорецептивных животных, которые используют АТФ и транспорт ионов для выработки электричества. Я бы представил себе, что запуск процесса в обратном порядке — вроде превращения двигателя в генератор — может затем использовать те же пути для производства АТФ, который животное будет хранить на потом.

Когда дело доходит до использования электричества, вы можете взглянуть на процессы, происходящие у восточного шершня , который использует солнечный свет для создания электрического потенциала в своих крыльях. Точный механизм, посредством которого шершень использует это, неизвестен , но его можно использовать для возбуждения мышц или для создания ферментов ; шершни более активны, когда на их крылья попадает больше света. Я предполагаю, что ваше существо могло бы использовать электричество непосредственно для подобных процессов или просто хранить его через АТФ и использовать его для нормальных функций клеток.

Конечно, наличие электроцитов или клеток, подобных им, означает, что вы должны быть в состоянии генерировать электричество и использовать его для нападения на других животных. Так поступают многие виды, в том числе печально известный электрический угорь . Теперь, для вашего земного животного атака электричеством, скорее всего, будет успешным методом только в ближнем бою — помните, что воздух не такой проводящий. Тем не менее, заманивание добычи до тех пор, пока она не окажется на расстоянии удара, а затем отстреливание может быть эффективной стратегией.

Единицы измерения

Прежде чем мы начнем, давайте разберемся с нашими юнитами.

• Энергия - абсолютное количество энергии, измеряемое в джоулях , ватт-часах и калориях.
• Мощность — энергия, подаваемая с течением времени, измеряется в ваттах или джоулях в секунду.

1 ватт-час – это 1 ватт мощности, отдаваемой в течение 1 часа. Ватт - это 1 Джоуль в секунду. 1 час это 3600 секунд. Таким образом, 1 ватт-час равен 3600 джоулей.

Это становится важным, потому что, хотя некоторые биологические организмы могут передавать большую мощность , например, электрический удар угря, они делают это в течение очень, очень, очень короткого периода времени, что приводит к очень небольшой передаче энергии .

«Слив» электричества организма

Нет, вы не можете создать организм, который истощает электрическую энергию другого организма. Организмы — это не батареи, которые можно разрядить, а нервы — это не провода.

Вместо этого каждый нейрон действует как член бригады ведер : электрический потенциал проходит вдоль одного из его аксонов , который чем-то напоминает щупальце осьминога, вплоть до кончика аксона за счет движения катионов натрия и калия. . Эти катионы входят и выходят через маленькие « ворота » в мембране, окружающей разделенные отсеки, расположенные внутри аксона: ионы не перемещаются по линии, но они заставляют ворота в соседнем отсеке открываться и закрываться. И так далее. Нигде электричество не течет так, как по металлическим проводам.
На кончике каждого аксона есть синаптическая щель .между ним и кончиком аксона другого нейрона. Сигнал передается через синапс за счет высвобождения особых незаряженных — электрически нейтральных — химических веществ, называемых нейротрансмиттерами .
Все сильно упрощено, конечно.

Я сказал, что организмы не батареи... но они есть. Нервные клетки «заряжаются» химической энергией таких веществ, как АТФ . Они используют эту химическую энергию для переноса ионов против магнитного градиента, создавая потенциальную энергию в виде заряда между двумя клетками. Нервы, по сути, маленькие конденсаторы. Но вы можете видеть, что обычно не из чего черпать энергию, поскольку нервные клетки имеют заряд только относительно друг друга , и все это в любом случае изолировано от внешнего мира.

Если бы вы каким-то волшебным образом преодолели всю эту изоляцию и поглотили потенциальную энергию нервной системы, нервные клетки использовали бы химическую энергию АТФ, чтобы снова зарядиться. Я не знаю, как это повлияет на организм, но нервные клетки обычно заряжаются и разряжаются тысячи раз в секунду.

По сути, «поглощение» электричества организма означает поедание организма. Что уже делают многие организмы.

Электрические угри и статический разряд

Хотя вы можете создать заряд в организме, изолируя его от внешнего мира , то, что мы называем «статическим электричеством», и можете собрать немного электричества, для большинства организмов это несущественно.

Поскольку это может повредить чувствительную электронику, «Основы электростатического разряда, часть пятая — Чувствительность устройств и тестирование» предлагает восхитительное упрощение человеческого тела.

Модель тестирования HBM представляет собой разряд из кончика пальца стоящего человека, доставленный в устройство. Он моделируется конденсатором емкостью 100 пФ, разряжаемым через переключающий компонент, и последовательным резистором 1,5 кОм в компонент. Эта модель, восходящая к девятнадцатому веку, была разработана для исследования взрывов газовых смесей в шахтах.

Человек, по данным тестера электростатического разряда.

Можем ли мы извлечь из этого какую-либо полезную силу?

Мы можем рассчитать энергию такого толчка.$\text{Energy} = \frac{\text{Capacitance} \times \text{Voltage}^2}{2}$Цифры различаются для человеческого тела, но самые высокие, которые я видел,$C = 400 pF$и$V = 50 \text{kV}$. Сделайте напряжение намного выше, и оно ионизирует окружающий воздух и разрядит. Подключив их, мы получим 500 мДж , что примерно соответствует энергии, необходимой для подъема яблока на 50 см, или, более поэтично, акустической энергии 50 шепотов.

Электрические угри производят электрический ток аналогичным образом, но они модифицировали мышечную и нервную ткани , чтобы создать гальваническую батарею, простую батарею. Они заряжаются параллельно, а затем подключаются последовательно, чтобы высвободить толчок. Каждая из тысяч производит 0,15 В, что приводит к довольно высокому напряжению. Разряженный током 1 ампер , он может выдавать мощность 860 Вт, что буквально может шокировать. Но это происходит только в течение 2 мс, поэтому он обеспечивает только 1 или 2 Дж .

Для сравнения, 1 грамм мяса содержит 9000 Дж энергии . Если вы хотите получить энергию от электрического угря, съешьте его.

Поглощение из розетки

Теоретически вы можете запустить процесс в обратном порядке. Вместо использования АТФ для создания заряда вы можете использовать заряд для создания АТФ. Проблема в том, чтобы доставить эту энергию к клеткам, не поджаривая организм. Вы не можете просто впитать его через кожу, кожа и жир являются очень хорошими изоляторами, поэтому вы можете поджарить их, преодолевая их сопротивление. Вам понадобятся специальные органы, которые будут действовать как «провода».

Размахивая рукой, как именно это будет работать, сколько электричества вам нужно?

Чтобы получить приблизительную оценку, типичному человеку весом около 75 кг требуется около 2000 ккал или 8 МДж в день. Это примерно 100 кДж/кг. Допустим, вы «заряжаетесь» по 2 часа в день, это$50 \frac{kJ}{kg \times hour}$или около 14 Вт/кг . Таким образом, нашему типичному человеку весом 75 кг, который заряжается 2 часа в день, требуется 1050 Вт.

Это примерно соответствует потребляемой мощности микроволновой печи, чайника или тостера, что вполне разумно. Проблема 1050 Ватт при 110 Вольтах это 9,5 Ампер ($Power = Voltage \times Current$), который точно вас убьет.

Но, возможно, ваш организм как-то справляется с этим. Дело в том, что много энергии приходит быстро. Достаточно поджарить хлеб и вскипятить воду. Вашему организму нужен способ рассеивать и быстро распределять его.

Обнаружение магнитного поля

Многие существа могут обнаруживать магнитные поля, а электричество обычно создает магнитное поле. Магнитное чувство животных (на самом деле организмов ) разрушает для нас механизмы обнаружения.

• Механические - крошечные магнитные частицы, которые действуют как маленькие компасы и ориентируются с помощью магнитного поля.
• Индукция - движение через магнитное поле индуцирует ток в органе организма.
• Химические - магнитные поля могут изменять спиновые состояния, которые могут быть замечены организмом.

Обычно есть две причины для обнаружения магнитных полей.

• Навигация и ориентирование по геомагнитному полю Земли
• Обнаружение добычи/хищника - поскольку организмы излучают слабое магнитное поле

Если вы хотите попробовать получить энергию от этого, лучшим вариантом, вероятно, будет индукция. Но, как мы показали выше, у других животных просто не так много энергии. Мясо очень эффективно накапливает энергию.

Заключение

Химические вещества намного лучше, чем электрический заряд, накапливают энергию. Вот почему мы эволюционировали, чтобы использовать его для хранения энергии, технологической и биологической. Организмы не накапливают электричество, за исключением особых случаев, когда есть какая-то польза, да и то в очень малых количествах и очень неэффективно. Мы храним химическую энергию и преобразуем ее в электричество по требованию.

Вот почему мы эволюционировали, чтобы поедать друг друга. Электрической энергии в организме в любой момент времени не так много, даже ток электрического угря составляет всего 1 или 2 Дж. Энергия организма заключена в химических веществах. Гораздо проще съесть химические вещества вашей жертвы, чем заставить вашу жертву преобразовывать свои химические вещества в электричество для вас, поглощать его и превращать обратно в химические вещества для эффективного хранения.

Организмы, которые питаются непосредственно энергией, фотосинтезом , весьма неэффективны и не имеют энергии для движения или сложных действий.

Есть электричество можно. Теоретически мы могли бы даже это сделать.

АТФ — это энергетическая валюта клетки. Если клетка может производить АТФ, она будет производить больше при воздействии внешнего электрического тока (правильной величины).

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

Этот эксперимент проводился на крысиных клетках. Максимально они производили в 5 раз больше АТФ, чем исходно. Более сильные токи повреждали ячейки, вероятно, из-за омического нагрева.

В отчете отмечается, что то же самое справедливо и для хлоропластов. Экзогенные токи стимулируют синтез, вероятно, за счет увеличения доступного АТФ, и используются в клинике для ускорения заживления костей. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20182239

Интересный эксперимент: измерить рост подопытного организма (дрожжей?) в среде с ограниченной калорийностью, с протекающим через нее током и без. Могут ли «калории» электрического тока ускорить развитие биомассы по сравнению с тем, что контрольная группа достигает с обычными калориями? Какой это был бы классный эксперимент, и простой! Научная ярмарка, кто-нибудь?

Во всяком случае, ваши существа: если у них есть доступ к надежному источнику тока, они могут подключиться к нему для увеличения производства АТФ или, возможно, стать для них источником энергии. Я предложил организмы, которые будут использовать пьезоэлектрический ток для производства энергии, в следующих вопросах: Могут ли растения генерировать энергию с помощью энергии ветра?

Течение подразумевает время. Электроны должны течь. Таким образом, чтобы через вас протекал ток, вы должны двигаться к источнику или постоянно генерировать ток (например, пьезоэлектрические деревья). У вас может быть что-то, что может накапливать заряд, как электрический угорь, потому что это позволит ему поддерживать ток через генераторы АТФ на постоянном здоровом уровне и сохранять немного энергии на потом — подобно тому, как мы накапливаем съеденные калории для последующего использования.

Что касается осушения жертв, то большинство животных не производят через них электрический ток. Если есть разница заряда между мной и, скажем, ухом моего брата, разница заряда внезапно уравновешивается статической искрой. Ток подразумевает медленное уравновешивание разности зарядов, для чего требуется либо какой-то механизм, чтобы поддерживать его медленным, либо постоянное генерирование заряда с одной стороны. Ваши пожиратели заряда, вероятно, не будут преследовать биологическое электричество.