Открытие Галвани. Живые электростанции

Открытие Галвани. Рассказ можно начать с того времени, когда было открыто «животное электричество». Это случилось в тот день, когда врач из Болоньи Алоизий Гальвани обнаружил действие электричества, вырабатываемого электрической машиной, на тело лягушки. Когда к обезглавленному телу лягушки подводили электрическое напряжение, лапки сокращались.

Пытаясь обнаружить появление атмосферного электричества, Гальвани повесил отпрепарированную лягушку на железную решетку балкона. Медный крючок был воткнут в спинной мозг. Как только крючок коснулся перил, лапка лягушки судорожно сжалась. То же повторилось и в комнате. Зная о существовании э. д. с., создаваемых животными (электрический скат), Гальвани считал, что это и есть животное электричество.

Результаты своих исследований Гальвани описал в «Трактате о силах электричества». Соотечественник и современник Гальвани физик Алессандро Вольта показал, что в опытах Гальвани лягушка была лишь биологическим индикатором электричества, возникающего, когда два разнородных металла помещают в электролит. Электролитом служило тело лягушки. Вольта первый правильно истолковал опыт Гальвани. Гальвани поставил новый опыт, названный им «вторым опытом» или «опытом сокращения без металла».

Нерв одной лягушечьей лапки Гальвани изолировал, перерезал и согнул наподобие дуги; на этот нерв набрасывался нерв другой препарированной лягушки так, что он соприкасался с первым в двух точках — в месте разреза и на неповрежденной поверхности. В момент соприкосновения нервов мышца второго препарата сокращалась.

Существование животного электричества было доказано. Но не все ученые того времени его признали. Натуралисты — Гумбольт, Альдини, Маттеучи — были сторонниками Гальвани. Противоположного мнения придерживались физики — последователи Вольта, имя которого тогда было очень авторитетно.

Только работы физика Маттеучи (через 30 лет после открытия Гальвани) убедили самых упрямых в существовании животного электричества. Суть его опыта состояла в следующем. Были изготовлены два нервно-мышечных препарата. Нерв первого помещался на мышцу второго; нерв второго препарата раздражался. При этом обе мышцы сокращались. Объяснить это явление можно было только так: при раздражении нерва второго препарата его мышца сокращается и в ней возникает разность потенциалов, вызывающая электрический ток в нерве первого.

Живые электростанции. Еще древние римляне знали удивительную способность скатов добывать себе пищу. Эти рыбы не гоняются за добычей, не выскакивают на нее из засады. Если вблизи скатов, спокойно плывущих в толще воды, оказываются крабы или осьминоги, у неосторожных животных начинаются конвульсии и они гибнут. Оказывается, что скаты — живые электростанции, способные вызвать разряд такой силы, что находящиеся вблизи мелкие животные гибнут.

Такими же свойствами обладают и электрические угри и африканские сомы. На языке индейцев-томанаков угри называются «арима», что значит «лишающий движения». Их мясо, а также вызываемые ими электрические разряды у многих местных племен считаются лечебными.

Напряжение, создаваемое сомами, достигает 400 в, а угрями — до 600 в! При этом мощность «электростанции» угря равняется 1000 вт. Высокое напряжение электрическому угрю необходимо, потому что пресная вода — плохой проводник электричества. Ток меньшего напряжения был бы опасен только на очень близком расстоянии. Напряжение, создаваемое электрическим скатом, значительно меньше, оно не превышает 60 в (морская вода электролит, хороший проводник), зато сила тока достигает 60 а!

Что же такое животное электричество? Отличается ли оно от электричества в неживой природе?

Фарадей своими опытами над электрическим скатом установил, что электричество, создаваемое специальным органом этой рыбы, совершенно тождественно электричеству, получаемому от химических или физических источников, хотя и является продуктом деятельности живой клетки. Позже было установлено, что элементарным источником бионапряжений — биогенератором— является живая клетка.

Потенциал части клетки, находящейся в возбужденном состоянии, ниже относительно другой ее части, находящейся в покое. Эта разность потенциалов очень мала: порядка 50 мв. При последовательном соединении источников электроэнергии общая э. д. с. равна сумме э. д. с. каждого источника:

В электрическом органе ската возбуждающиеся клетки соединены последовательно (рис. 52), поэтому суммарная генерируемая здесь э. д. с. может достигать значительной величины — около 450 в. Это редкий случай. Во всех других клетках и тканях, в том числе и в тканях человека, клеточные генераторы соединены параллельно (рис. 53).

Рис. 52. Последовательное соединение плеточных генераторов ската

Рис. 53. Параллельное соединение клеточных генераторов ската

При параллельном соединении общая э. д. с. равна э. д. с. одного элемента, поэтому клеточные генераторы человека не дают таких больших напряжений: E = E₁ = E₂ = E₃ = . . . = E_n