E15 Electrorrecepción Activa y Pasiva

Tópico

La electrorrecepción es la capacidad de detectar campos eléctricos en el agua, presente en los tiburones, las rayas, los peces eléctricos de agua dulce —tanto los débiles como los fuertes— y en algunas especies de teleósteos. Esta capacidad se presenta en dos modalidades: la electrorrecepción pasiva, con la que el pez detecta campos eléctricos externos, incluidos los que generan de forma involuntaria otros organismos con su propia actividad biológica, y la electrorrecepción activa, con la que el pez genera su propio campo eléctrico y detecta las perturbaciones que los objetos de su entorno provocan sobre ese campo, de un modo análogo al que usa un sonar activo para detectar objetos emitiendo su propia señal.

El campo eléctrico que genera un pez eléctrico débil con la descarga de su órgano eléctrico se modela como un dipolo eléctrico: la diferencia de potencial entre la cabeza del pez, que actúa como polo negativo, y la cola, que actúa como polo positivo, genera líneas de campo que se propagan a través del agua conductora. Ese campo dipolar decae con el inverso del cubo de la distancia dentro del campo cercano al pez, una caída tan pronunciada que limita el alcance de la electrolocalización a solamente entre una y dos longitudes del propio cuerpo del pez.

Cuando un objeto se interpone en ese campo dipolar, lo perturba de manera distinta según su naturaleza eléctrica: un objeto conductor, como una presa o otro pez, concentra las líneas de campo hacia sí mismo, mientras que un objeto resistivo, como una roca, las dispersa alejándolas de sí.

Estas perturbaciones del campo eléctrico dipolar las detectan los electrorreceptores del pez —las ampollas de Lorenzini en los elasmobranquios, o los tubérculos en los peces de agua dulce—, que son canales iónicos sensibles a diferencias de potencial de apenas entre uno y diez nanovoltios por centímetro, lo que convierte a la electrorrecepción en el sentido de mayor sensibilidad conocido en toda la biología.

La distribución del potencial eléctrico dentro del agua que rodea al pez, tanto en el campo dipolar propio como en el que generan las fuentes de corriente externas, sigue la misma ley de Ohm generalizada al medio acuático continuo: el potencial eléctrico en cada punto del agua queda determinado por dónde están distribuidas las fuentes de corriente y por la conductividad propia del agua, siguiendo el mismo tipo de relación que describe la ecuación de Poisson para cualquier campo de potencial generado por fuentes distribuidas en el espacio.

La perturbación que un objeto introduce en ese campo puede calcularse como la diferencia entre la solución de ese mismo problema de distribución de potencial con el objeto presente y sin él, un problema de condiciones de frontera del mismo tipo que resuelve la ecuación de Laplace. El comportamiento esperado es que esa perturbación escala con la diferencia de conductividad entre el objeto y el agua, con el volumen del propio objeto, y con el inverso del cubo de la distancia al objeto, la misma caída pronunciada con la distancia que, descrita al comienzo de este modelo, limita el alcance de la electrolocalización activa del pez.

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