Беркинблит, Глаголева - Электричество в живых организмах (Квант) - 1988, страница 3

е. чем необычнее, новее явление, Одним из показателей уровня культуры человека и образованности общества является умение отличать»свет от тени». Теперь мы можем попытаться объяспить, почему на столе у Гальвани оказалась электрическая машииа.

В то время это был распространенный прибор для различных научных исследований, а иногда просто для развлечений. Существовали специальные мастерские, где каждый мог заказать себе такую машину» и ее старался иметь любой уважающий себя ученый. Кроме того, как мы уже говорили, электризацию связывали с лечебным воздействием, и поэтому врач Гальвани мог использовать машину и для медицинских опытов.

Однако каким бы правдоподобным ни казалось это последнее предполо>кение, оно, вероятно, неверно. Гальвани был серьезным ученым и едва ли держал у себя электрическую машину только ради моды. Она стояла на лабораторном столе, где ставились опыты с лягушками, и нет никаких данных, что Гальвани занимался электризацией людей. Он, как уже говорилось, занимался физиологией нервов и мышц.

И чтобы правильно ответить на наш вопрос, нам придется продоля»ить анализ. Посмотрим теперь., в каком состоянии были физиологические знания во времена Гальвани. Физиология в эпоху Гальвани В этот период физический подход и физические методы исследования уже показали свою объяснительную силу в ряде областей биологии, свяаанных с более развитыми рааделами физики, и поэтому развитие науки об электричестве тоже способствовало появлению новых надежд. Можно прямо проследить, как целый ряд открытий (и заблуждений тоже) в области биологии был прямо связан с развитием (или, напротив, с отставанием) соответствующих разделов физики.

Так, У, Гарвей, создатель теории кровообращения (1628 г.), смог понять роль сердца, так как насосы были у>не изобретены, но догадаться, что делают легкие, не смог: ведь кислород еще не был известен. Поэтому Гарвей продолжал, следуя Аристотелю, считать, что в сердце кровь нагревается, а в легких охлаждается.

Гипотеза Аристотеля о сердечном огне, просуществовавшая почти 20 веков, была опровергнута с помощью физического эксперимента: в 4680 г. ученик Галилея Дж. Борелли измерил температуру, введя термометр в сердце животного; она оказалась примерно равной общей температуре тела. Нам этот опыт кажется простым, даже банальным. А ведь термометр появился всего лет эа двадцать до опыта Борелли, значит, был для него такой же и даже большей новинкой, чем сейчас персональный компьютер. Вот и мы чуть было не написали, вслед за многочисленными популярными рассказами, что Борелли установил, будто бы температура в сердце оленя равна 40 'С, но вовремя сообразили,что никаких градусов Цельсия на термометре в то время не могло быть, потому что А. Цельсий (и Реомюр тоже, а также Фаренгейт) еще пе родился.

По существу работы Боррелли были первым случаем широкого применения достижений фиаики к научению ленного*). Так в книге «О движении животных» (4680г.) он рассматривает действие мышц на кости скелета с точки зрения теории рычага, правильно объясняет движение ног и корпуса человека при вставании из положения сидя или лежа необходимостью такого перенесения центра масс, при котором он оказался бы под площадью опоры; верно вычисляет силы, развиваемые мышцами рук и ног, и т. д. *) Позднее И. М.

Сеченов скажет, что «фнзнолог — зто человек, который физическими н хнмнческнмн методамн нсследует жнвой органнам». 12 Открьпие атмосферного давления дало возможность Борелли верно объяснить механику дыхательного акта: при увеличении объема грудной клетки воздух входит в легкие за счет атмосферного давления. Однако смысл гроцесса дыхания остается для Борелли столь же неясным, как и для Гарвея, и это неудивительно: только через сто лет после выхода книги Борелли Лавуазье выяснит роль кислорода для дыхания. Это еще раз подтверждает, что в тех вопросах физиологии, где почва еще не была подготовчена успехами физики и химии, продолжали господствовать взгляды древних авторов и порождаемые ими равнообразные малообоснованные предположения. Все сказанное полностью относится и к физиологии мышц и нервов — области, которую изучал Гальвани.

Роль мышц в движении была иввестна, но что касается причин их сокращения (в частности, роли нервов в этом процессе), то тут было еще очень мало фактов и очень много довольно фантастических представлений. Почти до середины ХЧП1 века большинство ученых считало, что причиной сокращения мышц и вообще всех движений является душа.

Считалось, что сама по себе никакая мышца не обладает способностью сокращаться. Эта способность возникает только в тот момент, когда в нее втекает «животный дух». С другой стороны, существовали механистические объяснения сокращения мышц, Например, Р, Декарт считал, что по нерву в мышцу поступает нечто вроде легкого газа, который раздувает мышцу, и она сокращается "). Борелли думал, что сокращение мышцы похоже на сокращение мокрой веревки; по его мнению, нз нерва в мышцу попадает «нервный сок», и она «намокает». Однако все эти теории были сходны в одном: сама мыпща пассивна, в нее доли«но войти из нерва нечто (гаа или «жнвотный дух»), что и вызовет сокращение.

В середине ХЧ1П века мышечное сокращение стало предметом экспериментального научения. Швейцарский ученый А. Галлер в ряде опытов показал, что скелетные мьппцы, мышцы желудка, сердечная мышца отвечают на прямое механическое, химическое или электрическое раа- ь) Это представление было опровергкуто тоже экспериментально. Английский ученый Ф. Глиссоп (1597 — 1677 гг.) придумал специальный прибор для определекия объема руки человека и докааал, что объем мышцы при сокр»шапки ке увеличивается, а даже слегка уменьшается. 13 дражение, когда соответствующая мышца находится вке организма и отделена от нервов. Наблюдая за раавитием эмбрионов, Галлер показал, что сердце начинает биться в тот период, когда в него еще не вросли никакие нервы. В 1763 г. один из последователей Галлера Ф.

Фонтана *) сделал важное открытие. Он покааал, что сердце может либо ответить, либо не ответить на одно и то же раздражение в аависимости от того, через какой промежуток времени после предыдущего сокращения наносится раздражение. Оказывается, после предыдущего сокращения сердечная мышца должна какое-то время отдохнутчо чтобы стать способной к ответу на новое раздражение. Таким образом, в середине ХУП1 века складываетсн представление о возбудимости разных мыпщ, как о присущем им свойстве отвечать сокращением на непосредственное раздражение. Работы Фонтана показали, что возбудимость мышцы — некоторая переменна я величина, которая может меняться во времени и которую хорошо было бы научиться как-то измерять. Что касается нервных волоков, то их роль в принципе была правильно определена еще античными учеными, а именно был сделан вывод о том, что через нервы передаются какие-то влияния — от мозга к мышцам и от органов чувств к мозгу.

Однако в Х1г111 веке этого было уже недостаточно. Хотелось понять, какова же природа сигналов, передающихся по нервам. Сторонники учения о «жизненной силе», естественно, считали, что по нервам передается «животный дух», который и вызывает сокращение мышц. И опять-таки, естественно, в середине ХУ111 века, в период увлечения электричеством самые разные ученые все чаще предполагали, что по нерву распространяется «электрический флюид». Тут нам придется на минутку вернуться к истории фивики. Выше мы говорили об экспериментальных открытиях века: лейденской банке, природе молнии и т.

д.; теперь скажем несколько слов о теоретических представлениях. Электричество в это еремы рассматривали как «электрический флюид», как особую электрическую жидкость. Эта гипотеза возникла после того, как Грей открыл, что элект- ") Ф. Фонтана, кроме того, открыл к нпер»ые описал, научая апвтелпй кожи угря, клеточное ядро н даже ядрышко, приведя нх чегкяе рисунки И78«г,), ричество может «перетекать» от одного тела к другому, если их соединить металлической проволокои или другими проводниками.

Эта гипотеза, конечно, была навеяна представлениями, господствовавшими тогда в других разделах физики. Свойствами невесомой жидкости — эфира — объясняли волновое распространение света; теплоту тоже считали'невесомой жидкостью. Гипотеза о сущности электричества была подвергнута экспериментальной проверке. Наэлектризованные тела тщательно взвешивали и не могли обнаружить прибавки в весе. Таким образом, представления о невесомости электрического ааряда было результатом не только умозрительных рассу«ндений, но и следствием недостаточной точности измерений. Когда выяснилось, что электрический заряд нельзя измерять взвешиванием, физики начали изобретать принципиально новые приборы.

Эти приборы — разного рода электроскопы и электрометры — появляются в середине ХУ1П века. В 1746 г. появляется электрометр Элликота„ в 1747 г,— электроскоп Нолле,. того самого аббата, который демонстрировал королю в Версале разряд лейденской банки. Один из первых электрометров был сконструирован Рихманом, Сначала считали, что электрическая жидкость — один пз сортов «теплорода», Это обстоятельство обосновывали тем, что при трении тела и нагреваются, и электризуются, а также тем, что электрическая искра может аажигать разные предметы. Наконец,, было показано, что проводники электричества хорошо проводят тепло, а изоляторы— плохо. Однако в конце коццов установилось представление, что электрическая невесомая жидкость отличается от теплорода.

Во-первых, было показано, что тела, наэлектризованные прикосновением, не нагреваются. Вовторых, Грей показал, что сплошные и полые тела электризуются совершенно одинаково, а нагреваются по-разному, и сделал вывод, что «тенлород» распространяется по всему объему тела, а электрическая жидкость распространяется по поверхности. Таким обрааом, представление об электричестве как о невесомой жидкости было экспериментально хорошо обосновано на уровне возможностей физики ХЧ111 века и хорошо вписывалось в общую идеологию физики того времени.