BAB I

PENDAHULUAN

1.1.    Latar Belakang

Belut listrik dapat melumpuhkan mangsa dengan mengalirkan listrik,

tetapi mekanisme serangan belut belum diketahui. Melalui serangkaian

percobaan, pelepasan tegangan tinggi dari belut dapat mengaktifkan neuron

motorik otot mangsa, memungkinkan belut untuk mengontrol target dari jarak

jauh. Belut mencegah mangsa melarikan diri saat berenang bebas dengan

menggunakan tembakan frekuensi tinggi untuk menginduksi dan melumpuhkan

kontraksi otot seluruh tubuh mangsa (tetanus). Selanjutnya, ketika mangsa

tersembunyi, belut dapat memancarkan tembakan periodik dua atau tiga

tembakan yang menyebabkan kedutan besar yang disengaja sehingga

menemukan lokasi mangsa dengan tembakan rangsangan tetanus tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Beberapa masalah yang dapat timbul dari latar belakang di atas, maka

penulis merumuskannya sebagai berikut:

a. Bagaimana belut listrik dapat melumpuhkan mangsa dengan mengalirkan

listrik?

b. Bagaimana pelepasan listrik tegangan tinggi dari belut dapat mengaktifkan

neuron motorik otot mangsa?

c. Bagaimana belut mencegah mangsa melarikan diri saat berenang bebas?

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan makalah ini berdasarkan rumusan masalah di atas, yaitu:

1 Dapat memahami bagaimana belut listrik dapat melumpuhkan mangsa

dengan mengalirkan listrik

2 Dapat mengetahui pelepasan listrik tegangan tinggi dari belut dapat

mengaktifkan neuron motorik otot mangsa

3 Dapat memahami bagaiman bagaimana belut mencegah mangsa melarikan

diri saat berenang bebas

1

BAB II

PEMBAHASAN

The shocking predatory strikeof the electric eel

Belut listrik (Electrophorus electricus) adalah salah satu dari beberapa spesies

yang menggunakan muatan listrik untuk menangkap mangsa dan bertahan melawan

predator. Belut listrik ini merupakan ikan electrogenic paling kuat, yang sebagian

besar tubuhnya terdiri dari electrik (baterai biologis berasal dari otot),

Manfaat baterai biologis dari otot belut:

1 Untuk melepaskan muatan listrik hingga 600 V

2 Upaya awal untuk memahami listrik yang digunakan belut listrik

3 Untuk mengidentifikasi reseptor asetilkolin

4 Untuk memberikan wawasan pada evolusi organ listrik

Kesimpulan dari penelitian selama sembilan bulan di mana belut listrik

menggunakan muatan listrik tegangan tinggi untuk mencari dan melumpuhkan

mangsanya. Penelitian ini dilakukan oleh Kenneth Catania Profesor Ilmu Biologi

Vanderbilt University Stevenson dan dijelaskan dalam artikel "The shocking

predatory strike of the electric eel" yang diterbitkan dalam jurnal sains 5 Desember.

Orang-orang telah mengtahui tentang ikan listrik dalam waktu yang lama.

Orang Mesir kuno menggunakan sinar listrik laut untuk mengobati epilepsi. Michael

Faraday menggunakan belut untuk menyelidiki sifat listrik dan anatomi belut yang

menginspirasi penciptaan Volta baterai pertama. Ahli biologi telah menentukan

bahwa belut listrik enam kaki dapat menghasilkan sekitar 600 volt listrik.

Sampai saat ini, tidak ada yang tahu bagaimana sistem kejut belut listrik

bekerja. Untuk mengetahuinya, Catania melengkapi akuarium besar dengan sistem

yang dapat mendeteksi sinyal-sinyal listrik belut yang terdapat pada belut listrik.

2

Saat ia mulai mengamati perilaku belut, ahli biologi menemukan bahwa

gerakan belut sangat cepat. Mereka dapat menyerang dan menelan cacing atau ikan

kecil sekitar sepersepuluh detik. Jadi Catania memasang sistem sebuah video

berkecepatan tinggi dengan kecepatan seribu frame per detik sehingga ia bisa

penelitian tindakan belut dalam gerakan lambat.

Dalam penelitian ini, Catania merancang satu set eksperimen untuk

mengeksplorasi dampak dari pelepasan belut listrik terhadap potensi mangsa dan

mekanisme yang beroperasi selama serangan tersebut.

2.1 Mekanisme serangan dari belut listrik

Belut listrik memancarkan tiga jenis pelepasan muatan listrik yang

berbeda:

1 Daya tegangan rendah untuk merasakan lingkungannya.

2 dua atau tiga daya milidetik dari Rangkaian pendek tegangan tinggi (disebut

doublet atau triplet) yang dilepaskan secara berkala sambil berburu dalam

lingkungan yang kompleks.

3 Tembakan frekuensi tinggi dengan daya tegangan tinggi selama menangkap

mangsa atau mempertahankan diri.

Di bawah kondisi yang baik, belut menyerang mangsa yang berenang bebas

dengan strategi yang terakhir, menggunakan tembakan tegangan tinggi yang

dikombinasikan dengan serangan hisap-makan. Untuk mengeksplorasi perilaku

sering terjadi ini, catania secara bersamaan mencatat perilaku belut dan

pelepasan muatan listrik di lingkungan eksperimental naturalistik. Dalam video

kecepatan tinggi, menjadi jelas bahwa belut memulai serangannya dengan

frekuensi tinggi (~ 400 Hz) daya tegangan tinggi dengan tembakan 10 sampai 15

ms sebelum menyerang predator. Dari tembakan tersebut, gerakan mangsa

benar-benar ditangkap 3 sampai 4 ms setelah pelepasan(discarge) pertama yang

kuat (Gambar. 1). Kelumpuhan itu bersifat sementara: Jika belut tidak segera

menangkap ikan, ikan akan dapat bergerak kembali setelah periode singkat

tersebut dan berenang menjauh.

3

Gambar 1. Melepaskan dan serangan dari belut. (A) melepaskan muatan listrik sesuai dengan skala di bawah . Panah menunjukkan rendahnya pelepasan amplitudo. (B) Video frame yang menunjukkan bahwa gerakan ikan tertangkap oleh discarge. Frame merah menunjukkan pelepasan muatan listrik (C) Menggambarkan Pemanfaatan debit/ discarge. Dan kemudian menampilkan mangsa ikan pada 40 ms (hijau), posisi dan kecepatan dari belut dan ikan pada 160 ms (ikan merah). garis Hijau putus-putus menunjukkan kecepatan ikan melarikan diri dalam waktu, ukuran, dan posisi dari 40 ms yang cocok , menunjukkan bahwa belut akan melewatkan tanpa discharge.

2.2 penyelidikan pelepasa/discarge muatan listrik belut listrik

Untuk ciri mekanisme yang digunakan dalam tembakan tegangan tinggi

menyebabkan imobilisasi (keterbatasan gerak fisik) dari mangsa yang berjarak jauh,

ikan pithed terbius (mengalami kelumpuhan otak), ikan itu melekat pada kekuatan

transduser (alat elektronik) dan lubang tersebut tertutup oleh cyanoacrylate (lem).

Belut di akuarium dipisahkan dari ikan oleh penghalang agar elektrik berpori dan

memakan cacing tanah sebagai umpan (Gbr. 2A). Discharge diarahkan pada cacing

tanah yang menyebabkan kontraksi otot yang kuat pada ikan, tepatnya berhubungan

dengan waktu pada tembakan (tidak ada ketegangan yang dikembangkan selama

pelepasan lemah). Kenaikan tajam dalam tegangan pada ikan terjadi dengan latency

rata-rata 3,4 ms (n = 20 percobaan) setelah daya yang kuat pertama (Gbr. 2B), yang

mirip dengan 2,9-ms berarti terjadi latensi imobilisasi (n = 20 percobaan) yang

diamati pada ikan yang berenang bebas. Ketegangan disebabkan oleh belut dalam

penyusunan ikan mirip dengan maksimum yang dapat diinduksi eksperimen. Hasil

ini menunjukkan bahwa ikan bergerak dengan masif, kontraksi otot tak sadar.

Jadi, sentrum bekerja dengan saraf yang mengendalikan otot-otot dalam tubuh

target, menyebabkan otot untuk berkontraksi tanpa sadar. Untuk menentukan apakah

penyaluran belut listrik itu memiliki efek yang sama, Catania membri dinding pada

4

akuarium dengan penghalang listrik berpori. Dia menempatkan ikan pithed di sisi

lain untuk menghalangi belut dan kemudian memberikann cacing tanah sebagai

makanan, yang memicu tembakan listriknya. tembakan melewati penghalang dan

memukul ikan dan menghasilkan kontraksi otot yang kuat.

Gambar 2. Paradigma untuk menyelidiki melepaskan muatan listrik yang kuat. (A) belut dipisahkan dari agar penghalang dari ikan pithed. Belut memberi kejutan cacing tanah sambil mencatat tegangan ikan. (B) Semua belut meenginduksi tegangan seluruh tubuh, terjadi 2 sampai 4 ms setelah pelepasan awal yang kuat. Tidak ada tegangan yang dikembangkan dari pelepasan lemah. Pada frekuensi rendah, muncul kedutan individu untuk setiap pelepasan (kanan atas) (gbr. S2)( C) persiapan Dua ikan pithed (ikan 1, 19 g; ikan 2, 21 g). (D) Pengaruh curare. Berkas Berwarna merah menunjukkan pelepasan organ listrik yang kuat sesuai dengan waktu untuk unnormalized ketegangan ikan (hijau). Panah menunjukkan waktu suntikan (gbr. S3). Di batang (D) = 500 ms.

Untuk menyelidiki ketepatan kontraksi otot mangsa dengan pelepasan

organ listrik, dan mekanisme kontraksi induksi lebih lanjut, catania menyiapkan

dua ikan pithed yangditempatkan berdampingan (Gbr. 2C). Pelepasan tegangan

tinggi dipercaya menciptakan ketegangan otot dengan bentuk yang sama dan

waktu tertentu pada kedua ikan. karena pelepasan frekuensi menurun, kedutan

pada jejak tegangan individu ikan sering muncul, masing-masing sesuai dengan

satu pelepasan (Gbr. 2B). Untuk menentukan apakah pelepasan menyebabkan

kontraksi otot langsung pada otot mangsa atau melalui aktivasi beberapa bagian

dari neuron fishmotorik memulai potensial aksi, salah satu dari dua ikan

berukuran hampir sama disuntik dengan curare (antagonis asetilkolin) sehingga

dapat memblokir saluran asetilkolin gated ion di persimpangan neuromuskular,

sedangkan ikan lain disuntikan dengan garam (Gambar. 2D). Dalam setiap

empat kasus, tanggapan ketegangan dalam ikan yang menggunakan curarize

turun mendekati nol, sedangkan ikan yang disuntik garam terus merespon.

5

Temuan ini menunjukkan bahwa aktivasi neuron motorik ikan diperlukan untuk

mendorong tetanus pada mangsa. Untuk menentukan apakah aktivasi neuron

motorik mangsa merupakan hasil dari aktivitas sistem saraf pusat (tulang

belakang) atau kegiatan di cabang eferen neuron motorik, percobaan tegangan

ganda diulang dua kali dengan luas ikan ganda pithed (di mana kedua otak dan

tulang belakang cordwere hancur, tetapi cabang efferent motorik dibiarkan utuh

dalam tubuh ikan) dan dibandingkan dengan otak ikan pithed. Tidak ada

penurunan respon kontraktil, atau perbedaan dalam respon kontraktil latensi,

ketika diamati untuk kedua ikan pithed). Percobaan ini menunjukkan bahwa

pelepasan organ listrik belut listrik dari jarak jauh yang kuat mengaktifkan

efferents neuron motorik dari mangsanya, meskipun pengaktifan ini bisa terjadi

di mana saja antara sumsum tulang belakang dan sisi presinaptik dari sambungan

neuromuskuler. Mengingat bahwa pelepasan organ listrik belut yang kuat dari

jarak jauh mengaktifkan neuron motorik mangsa, hal itu berguna untuk

mempertimbangkan bentuk daya dalam konteks aktivasi otot mangsa.

Analisis impuls pertama dari tembakan pelepasan kuat dari masing-masing

empat belut menunjukkan bahwa masing-masing dimulai dengan dua-doublet

daya dengan interval interpulse pendek. Doublets pada awal deretan neuron

motorik telah terbukti menginduksi otot ketegangan tingkat tinggi. Selain itu,

distribusi keseluruhan daya pada belut dengan pelepasan kuat menyerupai

deretan neuron motorik yang ditemukan secara optimal untuk pengembangan

ketegangan otot Observasi ini meningkatkan kemungkinan bahwa tembakan

belut ini dipilih secara efisien untuk mendorong tegangan rapidmuscle.

2.3 Doubelt selama berburu

Seperti dijelaskan di atas, perburuan belut sering terhenti dan

mengeluarkan isolasi doublet tegangan tinggi, khususnya dalam lingkungan

yang kompleks, ketika mencari mangsa yang tersembunyi atau ketika

menjelajahi konduktor. Dalam perjalanan penelitian ini, belut ditempatkan di

belakang penghalang Agar. Dalam percobaan tegangan ikan, sesekali

dipancarkan doublet atau triplet tersebut dan kemudian mencoba untuk

6

menerobos penghalang ikan. Hal ini menunjukkan bahwa belut mampu

mendeteksi gerakan ikan melalui penghalang agar tipis, yang tidak dirancang

untuk menutupi isyarat mechanosensory. Untuk mengidentifikasi fungsi perilaku

tambahan ini, belut disajikan dengan mangsa tersembunyi di bawah penghalang

agar tipis (Gambar. 3C). Dalam beberapa kasus, belut mendeteksi mangsa

melalui penghalang dan menyerang langsung, tetapi dalam kasus lain, belut

menyelidiki permukaan agar-agar dengan melepaskan muatan listrik dengan

amplitudo rendah dan kemudian menghasilkan tegangan doublet tinggi. Doublet

yang selalu mendeteksi gerakan mangsanya. Gerakan mangsa yang dirangsang

itu diikuti (dalam 20 sampai 40 ms) oleh serangan predator penuh yang terdiri

dari tembakan pelepasan listrik yang kuat dan memberi serangan (Gbr. 3), yang

ditandai dalam percobaan pertama. Bentuk yang berbeda dari jejak pelepasan

dalam ujicoba tersebut terdiri dari doublet (atau triplet) diikuti dengan jeda 20

sampai 40-ms (selama mangsa pindah) dan kemudian pelepasan tembakan penuh

(Gbr. 3, D dan F)

Gambar. 3. Doublets selama berburu. (A) Contoh doublet dan tanggapan tegangan yang sesuai. (B) Perluasan doublet pertama dan ketegangan yang sesuai jejak (perkiraan skala puncak). (C) Skema urutan serangan. (D) Contoh tegangan tinggi organ listrik discharge untuk serangan didahului oleh suatu doublet. (E) tembakan ditunjukkan dlam Video frame (D) Nomor yang menyesuaikan dengan nomor di (D). (F) Waktu dari pelepasan tegangan tinggi dari serangan yang didahului dengan triplet. (G) Video frame untuk tembakan yang ditampilkan di (F).

7

2.4 Paradigma dan kontrol serangan gerakan belut yang menghasilkan doublet

Hasil percobaan doublet menunjukkan bahwa belut dapat menggunakan

pelepasan doublet dan triplet untuk mendeteksi mangsa tersembunyi dengan

menginduksi gerakan. Untuk menguji hipotesis ini, ikan pithed ditempatkan dalam

kantong plastik tipis untuk mengisolasi dari discharge belut. Ikan yang terisolasi

elektrik diposisikan di bawah penghalang agar, dengan mengarah listrik yang

tertanam di sekitar kepala dan ekor yang memungkinkan menghasilkan kedutan ikan

buatan oleh eksperimen. Kedutan ikan Buatan dipicu dari jarak jauh melalui

stimulator (4A Gambar.), Yang memungkinkan kontrol atas waktu dan

kejadiannanya. Ketika elektroda perangsang tidak aktif, doublet belut tidak

menimbulkan respon pada ikan pithed dan belut tidak menyerang ikan (Gambar. 4B).

Namun, ketika stimulator itu dikonfigurasi untuk memicu ikan berkedut ketika belut

menghasilkan doublet, "serangan doublet" penuh perilaku belut direplikasi (Gbr.

4C). Pola serangan terdiri dari doublet, diikuti dengan jeda singkat, di mana mangsa

pindah (yang dihasilkan dari pemicu stimulator), diikuti oleh tembakan dan serangan

tegangan tinggi. Kunci Percobaan ini menunjukkan bahwa belut tidak pernah

mengikuti doublet (10 dari 10 percobaan untuk masing-masing dua belut) dengan

serangan tanpa "echo mechanosensory" dari mangsanya, tetapi menyerang dalam

menanggapi stimulator yang dihasilkan oleh kdutanikan (10 dari 10 percobaan untuk

masing-masing dua belut; P <0,0001, uji binomial). Eksperimen kedutan

dipicudengan tidak adanya buruan doublet belut, serangan juga dihasilkan dengan

perjalanan waktu seperti yang diamati di atas (Gbr. 4D). Dengan demikian, gerakan

mangsa, baik menghasilkan doublet atau menghasilkan secara mandiri,

menimbulkan serangan latency pendek (20 sampai 40 ms). Belut juga muncul untuk

menggunakan electrolocation baik aktif atau pasif untuk mendeteksi mangsa yang

hidup di bawah agar dan sering menyerang tanpa doublet sebelumnya. Tapi tidak

melakukan serangan yang mengikuti doublet dengan tidak adanya respon mangsa.

Dengan demikian, doublet muncul untuk menjawab pertanyaan, "Apakah Anda

hidup mangsa?" Ketika informasi yang terbatas. Pengamatan awal menunjukkan

bahwa "doublet " adalah yang paling umum dalam lingkungan yang kompleks

Berbagai kontrol menegaskan bahwa belut merespon kedutan menghasilkan isyarat

mechano sensorik dalam paradigma ini (Gbr. 4).

8

Gambar. 4. Paradigma dan kontrol menunjukkan serangan gerakan belut yang menghasilkan doublet. (A) Gerakan pada ikan pithed listrik terisolasi (bawah agar) yang dihasilkan melalui rangsangan. (B) Tanpa kedutan ikan, belut tidak mengikuti doublet dengan serangan (10 percobaan masing-masing untuk dua belut). (C) Ketika stimulator dipicu ikan berkedut setelah doublet, belut menyerang (10 percobaan masing-masing untuk dua belut). (D) Tanpa doublet, rkedutan ikan juga menimbulkan tembakan serangan (10 percobaan masing-masing dua belut). (E) Doublets yang memicu stimulator menunnjukkan didalam kotak tidak menimbulkan serangan (10 percobaan untuk masing-masing dua belut). (F) Demikian juga, tidak ada serangan tembakan yang timbul setelah stimulasi beku dari ikan dicairkan (10 percobaan masing-masing dua belut). (G) pembekuan yang dicairkan Doublets yang diarahkan pada ikan di bawah agar tanpa kantong plastik atau stimulator tidak menimbulkan tembakan serangan belut (10 percobaan masing-masing dua belut). Kondisi terakhir, bersama dengan (H) uji coba dengan penghalang kaca, menunjukkan bahwa isyarat visual tidak menghasilkan serangan belut. Contoh disediakan dalam film S6 dan (10).

9

Bersama hasil percobaan ini menunjukkan bahwa pelepasan tegangan tinggi

jarak jauh dari belut listrik mengaktifkan eferen neuron motorik jarak jauh pada

hewan terdekat. Mangsa yang telah terdeteksi dapat bergerak dan ditangkap. Mangsa

yang bersembunyi dapat dirangsang untuk diberi sengatan untuk mengungkapkan

lokasi mereka. Strategi Yang terakhir, yang sering memicu reaksi melarikan diri

tergantung pada waktu reaksi singkat belut itu. Belut dapat melepaskan rangkian

tegangan tinggi hingga 20 ms setelah stimulus mechanosensory, yang

memungkinkan untuk membatalkan respons melarikan diri yang telah dihasilkan.

Secara keseluruhan, penelitian ini mengungkapkan bahwa belut listrik telah

mengembangkan mekanisme kendali jarak jauh yang tepat untuk menangkap mangsa

dengan mengambil keuntungan dari organisme sistem sarafnya.

Jadi, Catania menemukan bahwa ketika ikan dirangsang dan berkedut setelah

belut memancarkan salah satu sinyalnya, belut akan menyerang . Tapi, ketika ikan

gagal menanggapi sinyal, belut tidak mnyerang. Hasilnya mendukung gagasan

bahwa belut menggunakan sistem kejut listrik untuk memaksa mangsanya untuk

menemukan lokasi mereka.

10

BAB III

P E N U T U P

A.    Kesimpulan

Belut listrik dapat melumpuhkan mangsa dengan mengalirkan listrik, tetapi

mekanisme serangan belut belum diketahui.

Ketika mangsa tersembunyi, belut dapat memancarkan tembakan periodik

dua atau tiga tembakan yang menyebabkan kedutan besar yang disengaja

sehingga menemukan lokasi mangsa dengan tembakan rangsangan tetanus

tersebut.

Belut listrik ini merupakan ikan electrogenic paling kuat, yang sebagian besar

tubuhnya terdiri dari electrik (baterai biologis berasal dari otot),

Manfaat baterai biologis dari otot belut:

Untuk melepaskan muatan listrik hingga 600 V

Upaya awal untuk memahami listrik yang digunakan belut listrik

Untuk mengidentifikasi reseptor asetilkolin

Untuk memberikan wawasan pada evolusi organ listrik

Belut listrik enam kaki dapat menghasilkan sekitar 600 volt listrik.

Belut listrik memancarkan tiga jenis pelepasan muatan listrik yang berbeda:

Daya tegangan rendah untuk merasakan lingkungannya.

dua atau tiga daya milidetik dari Rangkaian pendek tegangan tinggi

(disebut doublet atau triplet) yang dilepaskan secara berkala sambil

berburu dalam lingkungan yang kompleks.

Tembakan frekuensi tinggi dengan daya tegangan tinggi selama

menangkap mangsa atau mempertahankan diri.

Belut memulai serangannya dengan frekuensi tinggi (~ 400 Hz) daya

tegangan tinggi dengan tembakan 10 sampai 15 ms sebelum menyerang

predator. Dari tembakan tersebut, gerakan mangsa benar-benar ditangkap 3

11

Sentrum bekerja dengan saraf yang mengendalikan otot-otot dalam tubuh

target, menyebabkan otot untuk berkontraksi tanpa sadar.

Pelepasan organ listrik belut listrik dari jarak jauh yang kuat mengaktifkan

efferents neuron motorik dari mangsanya, meskipun pengaktifan ini bisa

terjadi di mana saja antara sumsum tulang belakang dan sisi presinaptik dari

sambungan neuromuskuler.

Belut mampu mendeteksi gerakan ikan melalui penghalang agar tipis, yang

tidak dirancang untuk menutupi isyarat mechanosensory.

Belut dapat menggunakan pelepasan doublet dan triplet untuk mendeteksi

mangsa tersembunyi dengan menginduksi gerakan.

Pelepasan tegangan tinggi jarak jauh dari belut listrik mengaktifkan eferen

neuron motorik jarak jauh pada hewan terdekat. Mangsa yang telah terdeteksi

dapat bergerak dan Mitangkap. Mangsa yang bersembunyi dapat dirangsang

untuk diberi sengatan untuk mengungkapkan lokasi mereka.

Jadi, Catania menemukan bahwa ketika ikan dirangsang dan berkedut setelah

belut memancarkan salah satu sinyalnya, belut akan menyerang . Tapi, ketika

ikan gagal menanggapi sinyal, belut tidak mnyerang. Hasilnya mendukung

gagasan bahwa belut menggunakan sistem kejut listrik untuk memaksa

mangsanya untuk menemukan lokasi mereka.

12