奇妙的生物电

电在生物体内普遍存在，生物学家认为，组成生物体的每个细胞都是一台微型发电机。 一、奇妙的生物电现象 公元前300多年亚里士多德观察到电鳐在捕食时先对水中动物施加震击，使之麻痹。直到18世纪电学的基本规律被发现后，人们才逐步认识到动物放电的性质。1758年的一天，英国大科学家卡文迪许，独自呆在书房里，他拿起一本书翻阅起来。偶然间，他看到关于古罗马时代科学文化的书中，记载了2000多年前风行一时的用大黑鱼治病的方法。书上说，大黑鱼触到病人的腿时，病人会有发麻的感觉。卡文迪许对这个奇怪的现象产生了浓厚的兴趣。在18世纪初期，随着电动机和电池的发明，人们已经知道了电。卡文迪许清楚，当人体接触电时，就会产生发麻的感觉。这时，善于思考的他心里很快闪过一个念头：难道这大黑鱼身上带电? 这个突如其来的想法让卡文迪许感到很兴奋，为了验证自己的设想，他设法弄到了这种大黑鱼，把它埋在潮湿的沙滩里。然后，他在这条鱼上面接上一个莱顿瓶，果然，莱顿瓶冒出了火花!就这样，卡文迪许第一个用科学的方法证明了生物电的存在。 二、生物电的确证实验 1780年，伽伐尼的两位学生正在实验室作动物实验，伽伐尼亲自分解实验后的青蛙，想找出好点的蛙肉来为长时间患感冒的妻子露西娅多增加一点营养。就在此刻，发生的两件事令人惊奇不已。伽伐尼的一名学生在手持手术刀，接触到暴露在外的，从脊骨的下端通向青蛙腿部的神经的时候，眼前闪过一道电火花。与此同时，蛙腿立即颤动，腿部踢起，如同剧烈的抽搐一般。居然，蛙腿的肌肉全都在收缩，表现为强直性的痉挛。在场的人惊讶了。其中一个学生大叫：“青蛙活了！”惊悚的现象，神奇的特性，伽伐尼震撼了！未知的理论，诱人的挑战。此等机遇，岂容放过？！在生命的后二十年里，伽伐尼一直在为揭示这一现象的奥秘而努力。 伽伐尼的研究分几个阶段，重复这一实验；摸索产生蛙腿收缩的条件，包括替代条件；参考外界的质疑，重新设计实验；基于实验观察，提出动物电假说。 首先，伽伐尼把这个实验一再重复，同样的现象被观察到了。 伽伐尼注意到，在蛙腿实验中，肌肉收缩，电火花的出现，相信这些现象是由电而引起。伽伐尼想方设法得到一台静电发生器和一只莱顿瓶，分别用于产生和储存静电，想当年，这些可都是高档且昂贵的实验仪器。实验中采用了电刺激，电火花明显了，蛙腿抽搐强烈了。 伽伐尼分析，金属接触蛙腿，和起电机（静电发生器）的电火花相碰撞，就是造成蛙腿抽动的原因。他想既然静电发生器放电（人工电）能使蛙腿抽动，那么雷电(自然电)是否也会使蛙腿抽动呢？在一个雷电交加的下午，他把实验搬到屋顶露天阳台上，当他把蛙腿用铜钩挂到庭院的铁栏上时，肌肉照样收缩，蛙腿抽搐现象仍然出现。雷电能引起肌肉收缩，他想若在晴天没有雷电时蛙腿是否也会抽动呢？于是他找到了一个密封的房间，也就是没有“大气电”了，将蛙腿放在铁板上，用铜丝接触它，结果象以前一样，蛙腿发生了痉挛性收缩。这就排除了“大气电”的可能性。 两种不同的金属与蛙腿神经和肌肉接触，蛙腿也能抽动？于是伽伐尼设计了由两种不同金属构成的金属弧。金属弧的一端连着蛙神经，另一端连着肌肉，不出所料，蛙腿肌肉依然收缩。由同种金属构成的金属弧，来接触蛙腿神经和肌肉，蛙腿肌肉还会收缩吗？答案是肯定的。这一实验结果，引发了伽伐尼更深入的思考。 伽伐尼还想到，两种不同的金属接触蛙腿神经和肌肉，蛙腿就会抽动，那么用两种不同的非金属来接触，蛙腿是否也会抽动呢？于是他尝试用诸如玻璃、松香、橡胶、石头、干木炭等来代替金属导体进行实验，结果蛙腿并未发生抽动现象。 固态的金属能引起蛙腿反应，液态的金属能否？伽伐尼用液态金属水银来接触，也引起肌肉收缩。 经过长达十一年的蛙腿实验后，伽伐尼的论文《论肌肉运动中的电作用》于1791年首次公开发表，伽伐尼正式把这种现象称为生物电现象。在论文中，他公布了蛙腿实验的步骤、实验的过程以及实验的结果。论文阐述了他关于“动物电”假说，伽伐尼推断，这种“动物电”是，在受到刺激后，由大脑分泌出的“流”，正是这种“流”通过神经传导，到达局部位置，激活肌肉功能，产生收缩、抽搐。神经是外部电位微小变化的探测器，而动物的组织和流体必然本身是拥有电的，这种动物电不同于闪电这样的“自然”电，也不同于静电发生器产生的“人工”电。 1792年，伏打成功地重复了伽伐尼的实验，但他不赞成伽伐尼的解释。他认为伽伐尼实验中的电源不是神经肌肉组织，而是由两种金属组成的回路本身所产生的电流。伏打的异议，促使伽伐尼进行更加严密地实验。1794午，伽伐尼和他的侄子把一条蛙肌直接与相连的神经相接，引起了肌肉收缩，在这个实验中没有使用金属，它成了证实动物体内确实存在动物电的新证据，从而为一门全新的学科——生物电化学的建立奠定了基础。 经过多年的研究，现已知晓，原来，一个活细胞，不论是兴奋状态，还是安静状态，它们都不断地发生电荷的变化。