Elektroplax (Eplax)

Elektroplax

Elektroplax eines Zitterrochens

Der Elektroplax, Kurzform Eplax ist ein Organ einiger Fischarten, das elektrische Spannungen erzeugt und an das Wasser oder andere Lebewesen abgeben kann.

Etwa 250 Fischarten besitzen den Elektroplax. Dazu gehören Dazu gehören Zitteraale, Zitterrochen und Zitterwelse.

Durch den Elektroplax können Spannungen von bis zu 860 Volt erzeugt werden.

Die erreichbare Stromstärke kann bis zu 50 Ampere betragen.

Dieses Extrem konnte bisher jedoch nur beim Gefleckten Zitterrochen (Torpedo torpedo) nachgewiesen werden, und zwar bei einer Spannung von 60 Volt.

Aufbau der elektrischen Organe

Die elektrischen Organe bestehen aus Muskelfasern, die sich nicht mehr zusammenziehen können: den sogenannten „elektrischen Platten“. Diese Platten sind auf einer Seite papillös, auf der anderen jedoch glatt. Auf der papillösen Seite befinden sich Synapsen. Mehrere Tausend dieser Platten sind in Säulen seriell geordnet. Dadurch entstehen sehr hohe Spannungswerte.

Die Stromstärke wird hingegen von der Anzahl der parallel geordneten Säulen bestimmt. Eine Ausnahme stellt das elektrische Organ des Zitterwelses (Malapterurus electricus) dar. Seine elektrisch wirksamen Zellen haben sich evolutionsgeschichtlich aus Drüsenzellen der Haut entwickelt. Sie funktionieren jedoch nach einem ähnlichen Prinzip.

wie funktioniert Elektroplax

An der Membran der Erythrozyten liegt aufgrund der Aktivität von Ionenpumpen und Kaliumkanälen das sogenannte Ruhepotenzial vor. Es ist negativ, was bedeutet, dass das Zellinnere eine negativere Ladung als das Zelläußere hat.

Durch die Aktivierung von cholinergen Ionenkanälen können nun jedoch positive Natriumionen einströmen, die außerhalb der Zelle in großer Menge vorhanden sind. In gewöhnlichen Nervenzellen führt das zum sogenannten Aktionspotenzial.

Aufgrund des Konzentrationsunterschieds folgen sie dem osmotischen Gradienten. Diese cholinergen Kanäle werden aber nur auf einer Membranseite von Nervenenden angesteuert, die Acetylcholin freisetzen, wodurch eine Differenz aufgebaut wird.

Die Seite ohne Kanäle bleibt unverändert, die andere Seite wird jedoch durch die einströmenden Natriumionen depolarisiert, bis die Ladung ins Positive umschlägt (Overshoot).

Die Zelle ist nun an der Seite mit den cholinergen Kanälen innen positiv und auf der anderen Seite innen negativ geladen. Diese Ladungsdifferenz stellt eine Spannung dar und erzeugt einen ausgleichenden Ionenstrom von der einen Seite zur anderen, wenn sie verbunden werden, beispielsweise durch Wasser oder den Körper der Beute.

Die Triebkraft in einer solchen Zelle liegt nur bei etwa 150 Millivolt, aber da Tausende von ihnen aneinandergereiht vorliegen, summiert sich deren Spannung zu mehreren hundert Volt. Durch die Reihenanordnung summiert sich die Spannung und durch die parallele Anordnung summiert sich der Stromfluss.

Die Ausschüttung von Acetylcholin aktiviert die Elektroplax-Zellen, indem sie die cholinergen Kanäle auslöst bzw. öffnet. Da dies zeitgleich in nahezu allen Elektroplax-Zellen geschieht, bauen sich kurzfristig Spannungen von bis zu 860 Volt auf. Bei Berührung der Beute entladen sich diese schlagartig und lähmen das Beutetier.

Die Ionendifferenzen in der Membran werden durch Ionenpumpen wiederhergestellt und aufrechterhalten, was Energie in Form von ATP verbraucht. Trotz des kurzzeitigen Ionenflusses von Natrium ändern sich die Konzentrationen der Ionen nur wenig, da sich viel mehr Ionen im Inneren der Zelle befinden als an der Membran fließen.

Beim Zitteraal kehrt der Strom über das Wasser wieder zum Schwanz des Tieres zurück, wodurch der Stromkreis geschlossen wird.

Wofür benötigen die Fische Elektroplax?

Der Elektroplax wird genutzt, um Beutetiere zu lähmen und Feinde abzuwehren. Die Stromstöße dienen außerdem zur Orientierung in trübem Wasser, zur Abgrenzung des Reviers und zur Suche nach Fortpflanzungspartnern.

Literaturhinweise:

1. Wikipedia