Беркинблит, Глаголева - Электричество в живых организмах (Квант) - 1988

Серия «Библиотечка «Квант» основана в 1900 г. ББК 22.33 Б48 УДК 537(023) Рецензент кандидат физико-математических наук К. Ю. Богданов Беркииблит М. Б., Глаголева Е. 1'. Б48 Электричество в живых организмах. — М.". 11аука. Гл. ред. физ.-мат.

лиг., 1988. — 288 с. — (Б-чка «Квант»; Вып. 69) 18 В)т( 5-02-013877-0 В популярной форме рассказывается о том, откуда берется электричество в живых клетках и как оно используется организмами. Рассматривается работа нервных клеток, передача сигналоз по нервным волокнам, электрические процессы в органах чувств, в сердце, мышцах и железах, у бактерий и одноклеточных оргакивмов и т. д. Рассказывается о «молекулярных машинах», управляющих электрическими процессами в клетках н клеточных органеллах.

Болыпсе внимание уделено истории открытий в электробиологии и людям, сделавшим зги открытия. Для школьников, преподавателей, студентов, $704040000 — 183 Б 000(бр) бб (77-80 © Издат»к»ство»наук»». Главная рзнзкнкя Екзкко-мзтзматкческоа литературы, 1»88 18ВХ 5-02-013877-0 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ Академик Ю. А.

Осипьян (председатель), академик )А. Н. Колмогоров~ (заместитель председателя), доктор физико-математических наук А, И. Буздин (ученый секретарь), академик А. А. Абрикосов, академик А. С. Боровик-Романов, академик Б. К. Вайнштей~, заступ»еииый учитель РСФСР Б. В. Воздвшкенский, академик В. Л. Гннзбург, академик Ю. В. Гуляев, академик А. П.

Ершов, профессор С. П. Капица, академик А. Б. Мнгдал, академик С. П. Новиков, академик АПН СССР В. Г. Разумовскнй, академик Р. 3. Сагдсев, профессор Я. А. Смородинскнг», академик С. Л. Соболев, член-корреспондент АН СССР Д. К. Фаддеев Па»мини Луиджи Гальвани, который 800 лет назад, зкеиерил«ентируя е лапкой лягушки, поюжи«начало электр о био ю гни ПРЕДИСЛОВИЕ О чем эта книга? Что можно из нее узнаться Самим фактом, что в живых организмах происходят разнообразные электрические процессы, сегодня никого не удивишь. Это для нас так же привычно, как электрическое освещение или радиопередача.

Почти ка»кдый человек на протяжении жизни раз-другой снимал электрокардиограмму, и ее сокращенное название — ЭКà — сейчас широко известно. Сокрагцение ЭЭГ (что означает электровнцефалограмма) менее известно, но о том, что существуют биотоки мозга, тоже слышали все. Управление с помощью этих биотоков космическими кораблями или воссоздание картин, как в «Марракотовой бездне» А. Конан Дойля или в «Азлите» А, Н. Толстого, встречаются пока еще только в фантастических романах, а вот биопротезы, управляемые биотоками мьппц,— реальность.

Упомянутые нами примеры связаны с электрическими процессами в мозге и мышцах«где роль электричества проявляется наиболее ярко, Гораздо менее известно, что электрические явления играют столь же важную роль в работе всех других органов человека и животных: »келудка, почек, желез и т. д. Более того, кого бы из представителей живой природы мы ни взяли: мельчайшую бактерию илн самого болыпого из зверей — голубого кита, гриб боровик или лакомящуюся им белку — их жизнедеятельность неразрывно связана с разнообразными электрическими явлениями. Мы расскажем в этой книге, что такое «животное электричество», где оно возникает и как используется в организмах (это главная тема книги).

Однако кроме «животного электричества» у этой книги есть второй главный герой — наука электробиология. Действительно, все, что мы можем рассказать, является достижением этой науки, Когда рассматривают научные успехи, чаще всего говорят о том, что сделано. Но есть еще вопросы — как и вем это сделано. В этой книге мы старались не только сообщать фактические сведения о «животном электричестве», но и по мере возможности рассказать, как они были получены, т, е. рассказать о научном поиске. Это представляется нам не менее интересным, чем детектив, я не менее важным, чем перечень конкретных результатоз.

Науку делают реальные л«оди. По мере того как мы отдаляемся от них во времени, теряется индивидуальная принадлежность открытий. Мы сейчас с малых лет знаем о проводниках электрического тока. И относимся к этому знанию так, как будто оно было присуще человечеству вечно. Но ведь зто совсем не так! За каждым научным термином — «проводник», «напряжение», «электрон»вЂ” стоят труд, опыты, размышления конкретных людей. И об этих людях надо хоть изредка вспоминать.

Есть два разных стиля в науке и в жизни. Например, при одном стиле улицы города делят на «авеню» и «стриты» и присваивают им номера. Это удобно, но улицы обезличены. При другом — улицы называют именами людей, которые на них жили или погибли, защищая их. Раныпе существовала традиция связывать научные открытия с именамк авторов. Крупные клетки мозжечка называли клетками Пуркинье, индукционную катушку — катушкой Румкорфа, один из типов двигателей внутреннего сгорания назвали именем Дизеля, а лучи — рентгеновскими. Сейчас эта традиция исчезает.

И, пожалуй, зря. Есть хороший лозунг. «Страна должна знать своих героев!». Мы хотим познакомить читателя и с открытиями, и с героями страны, имя которой электробиология. ГЛАВА 1 РОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОБИОЛОГИИ Наука представляет собой внутренне единое делос. М,па яа Наука аахватывает нас тольао тогда, когда, ааннтересовавжись жизнью великим исследователей, ыы начинаеы счедить ва историей их открытий.

длс. К, Максвелл Мы далеко не всегда знаем даты, связанные с великими учеными прошлого. Например» неизвестен день рождения Аристотеля. Тем более трудно говорить о дне рождения науки. Кажется, что она развивается непрерывно и время ее рождения можно определить только, скажем, с точностью до десятилетиях а порой и столетия.

Но вот науке электробиологии в атом отношении повезло — ее днем рождения считается 26 сентября 1786 г. В этот день итальянский врач и ученый Луиджи Гальвани сделал важное открытие, Работа, которая привела и этому открытию, началась с одного наблюдения.

Вот как сам Гальвани описывает это в своем «Трактате о силах электричества при мышечном движении», вышедшем в 1791 г.: «Я разрезал и препарировал лягушку... и, имея в виду совершенно другое, поместил ее па стол„ на котором находилась электрическая машина...при полном разобщении от кондуктора последней н на довольно большом расстоянии от него. Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги.

Другой же из них, который помогал нам в опытах по электричеству, заметил, как ему казалось, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искра Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся невероятным усердием и страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нем скрытого». Когда читаешь начало этого трактата, то открытие Гальвани выглядит едва ли не чистой случайностью: почему-то человек препарировал лягушку на столе, где зачем-то стояла электрическая машина.

А какие опыты по электричеству собирался ставить Гальвани? Ведь он был врач, а не фиэик. Чтобы ответить на все ати вопросы и понять, как воаникла новая наука — электробиология, нам придется хотя бы в общих чертах представить себе атмосферу той эпохи, когда работал Гальвани, уэнать, как ученые того времени трактовали такие понятные теперь каждому старшекласснику явления, как электрический заряд и сокращения мышц. Историческая экспозиция Итак, 1786 год, конец Х7111 века — века Просвещения, который для науки был тем же, чем Хт'— ХУ1 века — века Воарождения — были для искусства.

В сущности, естественные науки в подлинном смысле этого слова возникли именно в эту эпоху. Изменилось само содержание таких понятий, как наука, ученый; теперь ученым считали не богослова, а исследователя природы. К концу ХУ111 века в науку прочно вошел экспериментальный метод, который продемонстрировал свою силу," появились такие приборы, как микроскоп и телескоп, Возникла вера в силу н могущество науки, надежда, что раэвитие науки и распространение знаний изменит облик мира. В век Просвещения велась широкая пропаганда науки — устная и печатная.

Во Франции с 1761 по 1788 гг. падается энаменитая энциклопедия, где были иэложены основные достижения науки. Выходит много учебников, научных и научно-популярных книг. Ученые читают публичные лекции, на которые ходят люди самого равного общественного положения. Живой интерес к науке проявляли представители самых разнообраэных слоев общества. Придворные дамы и кавалеры стали уже не только разыгрывать пасторали- балеты и сочинять латинские стихи, но и собирать гербарии; богачи хвастались не только столовым серебром работы Челлини, но и коллекциями редких бабочек или садом с заморскими растениями.

Экспериментальный метод вошел в это время не только в научные исследования, .яо и в преподавание, и в пропаганду науки. Воэник, как сейчас бы сказали, настоящий экспериментальный бум. Опыты демонстрировались не только среди специалистов, в научных кружках, лабораториях любителей, но и на публичных лекциях и даже в придворных салонах (интересоваться наукой было модно и среди коронованных особ). Иногда даже опыты проходили на глазах у всего народа (вспомним, например, анаменитые Магдебургские полушария), Опытам часто придавали интересную форму — опыт должен быть сродни фокусу, с неожиданным эффектом, Немного о Гальвани Луиджи Гальвани родился в Болонье 9 сентября 1737 г.

Внешне его жизнь была ничем не примечательна, В 1759 г. он окончил Болонский университет (одни из самых старых в Европе: он основан еще в 1119 г.) и остался в нем работать. Он занимался медициной и анатомией. Его диссертация была посвящена строению костей; кроме того, он изучал строение почек и уха птиц.