Биологическое электричество
Возможностям видеть, слышать, говорить, думать и многим другим мы обязаны нашей физиологии, в частности — электричеству в живых системах.
Первые записанные идеи о «животном электричестве» принадлежат Л. Гальвани. В попытках подтвердить предположения был проведен 1-ый опыт Гальвани. Препарат задних лапок лягушки на медном крючке, проходящем через спинной мозг, был подвешен в грозу к железному балкону. От ветра в дождь препарат задевал железные балконные перила, и в этот момент мышцы сокращались.
Повторив этот опыт, А. Вольта заключил, что наблюдаемые явления не обусловлены никаким биологическим электричеством: источником тока является не спинной мозг лягушки, а цепь разнородных металлов — меди и железа. Ему удалось показать, что при простом соприкосновении двух металлов один из них приобретает положительный заряд, а другой отрицательный. Таким образом, Вольта открыл так называемую контактную разность потенциалов.
Вольта проделывал следующий опыт:
На медный диск, прикрепленный к обыкновенному электроскопу вместо шарика, он помещал такой же диск, изготовленный из другого металла и имеющий рукоятку. Диски при наложении в ряде мест приходили в соприкосновение. В результате этого между дисками появлялась контактная разность потенциалов (по терминологии Вольта, между дисками возникала «разность напряжений»). Для того чтобы обнаружить «разность напряжений», появляющуюся при соприкосновении различных металлов (порядка 1В), Вольта поднимал верхний диск и тогда листочки электроскопа заметно расходились. Это вызывалось тем, что емкость конденсатора, образованного дисками, уменьшалась, а разность потенциалов между ними во столько же раз увеличивалась.
Но открытия контактной разности потенциалов между различными металлами было недостаточно, чтобы объяснить опыт Гальвани с лягушкой.
Возникновение разности потенциалов между различными металлами никак не способствует постоянному течению электричества по цепи таких проводников. Возьмем, например, два куска медной и цинковой проволоки и соединим их концы. Тогда одна из них (цинковая) будет электризоваться отрицательно, а вторая — положительно. Если теперь соединить и другие концы этих проволок, то и в этом случае второй конец цинковой проволоки будет электризоваться отрицательно, а соответствующий конец медной проволоки — положительно. И постоянного течения электричества в цепи не получится.
В чем отличие моделируемой ситуации от «Балконного» опыта? Должно быть, дело в том, что в цепь включались, помимо прочего, мышцы лягушки, содержащие в себе жидкость — подобные соображения подтолкнули Вольта на новую теорию:
Он предположил, что все проводники следует разбить на два рода. К первому относились металлы и некоторые другие твердые тела, ко второму — жидкости. Причем было положено, что разность потенциалов возникает при соприкосновении проводников только первого рода. Такое объяснение опыта Гальвани хоть и неверно, но послужило созданию первой гальванической батареи — Вольтова столба.
Согласно теории Вольта получалось, что с гальваническим элементом не происходит никаких изменений во все время его действия. Электрический ток течет по проволоке, нагревает ее и т.д., но сам гальванический элемент при этом остается неизменным. Тогда такой прибор является не чем иным, как вечным двигателем, который, не изменяясь, производит изменение в окружающих телах, в том числе и механическую работу. Конечно, так быть не может, поэтому теория просуществовала недолго.
В противовес упомянутой классификации проводников была предложена химическая теория гальванического элемента. Вскоре после его изобретения было замечено, что в гальваническом элементе действительно происходят химические реакции. Правильная химическая теория действия гальванического элемента вытеснила теорию Вольта.
Гальвани же продолжал отстаивать свои взгляды. Он исключил из эксперимента металлы. В новом опыте (2-ой Опыт Гальвани) препарированный нерв вдоль бедра лапки лягушки набрасывался с помощью стеклянных крючков на мышцы голени. Вызывалось сокращение, подтверждающее существование биологического источника тока.
Уже после изобретения гальванометра К. Маттеучи впервые показал разность потенциалов наружней и внутренней сторон мышцы в покое и то, как этот потенциал падает при возбуждении. Позднее открытия Гальвани были подтверждены в работах Маттеучи. Однако Маттеучи обнаружил явление вторичного, или индуцированного, сокращения: при помещении нерва одного нервно-мышечного препарата на мышцу другого препарата и раздражении нерва второго препарата Маттеучи наблюдал сокращение мышц обоих препаратов.
На основании этого явления Маттеучи выдвинул предположение об изменении электрических зарядов нервной ткани при ее возбуждении.
И только в 40-50х годах прошлого столетия Дюбуа-Реймон доказал наличие электрических потенциалов в живых тканях.
Любопытно, ввиду развития технологий в 80х годах прошлого столетия в электрофизиологических исследованиях были применены телефон и капиллярный электрометр.
Несмотря на то, что на сегодняшний день на основании упомянутых открытий создано множество практик многих ВУЗов, тема биологического электричества до сих пор актуальна и неоднозначна. Так, к примеру, в 2016 году группа ученых бристольской школы биологических наук обнаружила собственную систему электрических сигналов у растений, которая помогает им привлекать опылителей. Удивительно, не правда ли?
При написании использовались следующие источники:
- Очерк физиологии возбуждения | Латманизова Л. В.
2. «Александр Филиппович самойлов – основоположник электрофизиологических исследований Казанской физиологической школы» Текст научной статьи по специальности «История и археология» Зефиров А.Л. Звёздочкина Н.В.