第五十七章 小實驗中的大發現——青蛙與生物電(1 / 1)

小問號

我們肉眼雖然看不見電,卻能實實在在地感受到它的存在:在寒冷的冬天,隻要冰冷的雙手互相用力地揉搓,就會產生熱量和電;在課堂上,老師如果用一塊毛皮擦一根金屬棒,在金屬棒上就會產生更多的電荷,用它輕輕地碰一下小紙屑,便會把小紙屑粘附在棒上,這也是金屬棒上產生了電的緣故。由於這些電的電壓很低、電流很弱,人們一直沒有發現它的存在。直至18世紀,人類對電的認識,從一個著名的青蛙實驗中才有了一次偉大的發現,也有了質的飛躍。那麼,科學家是怎樣從青蛙身上發現生物電的?對電的利用產生了什麼影響?

人類對電的認識很早。2500多年前,古希臘人發現用毛皮摩擦過的琥珀能吸引絨毛、麥稈等一些很輕小的東西,這就是摩擦起電。但是,第一個發現生物體內有電的,還是18世紀的意大利生理學家路奇·加爾瓦尼(1737~1797年)。

1780年,加爾瓦尼做蛙腿肌肉收縮實驗時,發現了蛙腿電流。他在論文中是這樣記述的:

“這一發現是這樣發生的。我已經解剖好和預備好一隻青蛙。當我正想做別的事情時,將該青蛙置於桌上。這桌上原有的一個電機,距它的導體相當遠,而且兩者之間隔著很大的空間。這時有一個在場的人,用外科小刀偶然輕觸青蛙的股神經,結果蛙腿上的所有肌肉都立即緊縮,如同用有力的夾子夾緊那樣……”

加爾瓦尼是一個非常細心的人,他對死青蛙的腿為什麼會抽動感到很意外,並進行了細心的深入研究。他發現,解剖後的青蛙腿,隻要接觸到不同的金屬都會猛烈收縮、顫動,好像遭受突然一擊一樣。可是,如果用絕緣體的棒去接觸青蛙腿,這種顫動或緊縮現象就不會發生。對此,加爾瓦尼認為:鐵柵欄和銅鉤作為導線,與蛙腿肌、神經組成了電流回路,當蛙腿肌和鐵柵欄接觸,這個電流回路就接通了,此時蛙腿肌收縮,證明有電流通過。這說明蛙腿肌中有電流存在。這就是加爾瓦尼的“動物電”,後來人們稱它是“生物電”。

加爾瓦尼在青蛙腿實驗中發現了生物電,在歐洲學術界立即引起了極大轟動。隨即,許多科學家也做了類似試驗,最終證明“生物電”的存在。在動物中,有的電流、電壓還相當大,像我們後來熟悉的軍艦鳥、電鰩等,特別是海洋生物。據統計,生活在中等深度水裏的蝦類中有70%的品種和個體、魚類中70%的品種和95%的個體都能發光,而它們的光與生物電是密切相關的,是生物機體在進行生理活動時所顯示出的正常放電現象。生物學家認為,組成生物體的每個細胞都是一台微型發電機,細胞膜內外帶有相反的電荷,膜外帶正電荷,膜內帶負電荷,膜內外的鉀、鈉離子的不均勻分布是產生細胞生物電的基礎。

受生物電的啟發,物理學家伏特通過不懈研究,發明了伏特電池,這是人類第一次獲得的持續的電流。1881年,國際電力學代表大會為紀念他而將電壓的單位命名為“伏特”。至今,這種電池還在工業、軍事和民用方麵發揮作用。

生物電對人類的啟發作用在醫學上最為顯著。科學家經不斷探索,取得了現代醫學中的心電圖、腦電圖以及最新研製的腦電波控製機器人等令人驚歎的成就。科學家在研究生物電中發現,人體任何一個細微的活動都與生物電有關。外界的刺激、心髒跳動、肌肉收縮、眼睛開閉、大腦思維等,都伴隨著生物電的產生而發生變化。心髒跳動時會產生1~2毫伏的電壓,眼睛開閉產生5~6毫伏的電壓,讀書或思考問題時大腦產生0.2~1毫伏的電壓。正常人的心髒、肌肉、視網膜、大腦等的生物電變化都是很有規律的。據此,科學家發明了“心電描記器”這種儀器,專門用來檢查人的心髒有否疾病。這種儀器從人體的特定部位記錄下心肌電位改變所產生的波形圖像(即心電圖),醫生通過對這張圖進行分析便能診斷出受檢人的心跳是否規則、心髒是否肥大、有否心肌梗塞等疾病。同樣的道理,醫生們隻要在病人頭皮上安放電極描記器,並通過腦生物電活動的改變所記錄下來的腦電圖,也能知道病人腦內是否有病變。隨著科學技術的日益發展,生物電的研究和應用還將會有更大的進步。

“小檔案”

海洋中的鰩是發電能手,放出的電,電壓雖然隻有50~80伏,但是電流很大。一隻生活在太平洋中的大電鰩,釋放的電流可達50安倍,功率達300瓦。在魚類中,非洲河流裏的電鯰,產生的電壓可高達350~400伏。美洲的電鰻發出的電壓一般約為500伏,最高的能夠達900伏。這樣大的電流,即使凶猛的鱷魚也常常被它擊中而喪生。可是,電鰻不能連續放電,當體內的電量被消耗得差不多時,它必須靜下來進行蓄電。印第安人正是利用它的這一弱點來捕捉它。他們把壯實的馬趕到有電鰻的河裏,讓電鰻放電擊馬,以消耗它的電量,然後遊到它的身邊用標槍來捕獲它。