Беркинблит, Глаголева - Электричество в живых организмах (Квант) - 1988, страница 7

Значит, как утверждал Вольта, ему удалось открыть источнпк злектрического тока, который может работать только от соприкосновения металлов, не меняя и не расходуя их. Была только одна «маленькая деталь»: к сожалению Ф цинковыи электрод в гальванических элементах почему-то все время окислялся и окись цинка прерывала ток. Электроды приходилось чистить. Вольта все время пытался сделать гальванические элементы лучшей конструкции, но никак не мог избавиться от появления окиси.

Тем не менее он был уверен, что в принципе задача разре- 28 шима и он осуществил мечту — создал вечный двигатель! После открытия закона сохранения энергии физики и электрохимики подвергают взгляды Вольта резкой критике. Не может идти электрический ток и выделяться тепло без всяких затрат энергии! Не могут возникать электрические явления только от касания двух металлов; в воздухе всегда есть пары, которые оседают на металлы н окисляют их. Вольта открыл вовсе не «металлнческое» электричество, а «химическое» электричество, так как в его элементах химическая энергия переходит в электрическую, потому-то и окисляется цинк! Посмотрите, с какой замечательной точностью повторяется вся история с Гальвани.

Гальвани открыл на самом деле «металлическое» электричество, а думал, что открыл «животное электричество», — говорил Вольта. В основе ошибки Гальвани лежало то,что он не обратил внимания на важнейший факт, который противоречил его теории,— на необходимость наличия двух равных металлов (точнее, внимание обратил, но не придал факту должного аначення). Вольта открыл «химическое» электричество, а думал, что открыл «металлическое» электричество,— пишет В. Оствальд в своей «Истории электрохимии». Вольта не обратил внимание на важнейший факт, который противоречил его теории вечного двигателя,— окисление электродов, точнее, не придал ему должного значения. Но самое интересное состояло в том, что прав был и Гальвани, и его критик Вольта, точно так же, как прав был н Вольта, и его критик Оствальд.

На самом деле Гальвани открыл два разных явления — и «животное электричество», и металлическое. Но сам он считал, что открыл только первое из них, а Вольта считал, что существует только второе. Точно так же и Вольта открыл два разных явления — контактную разность потенциалов, возникающую ири соприкосновении двух металлов, я химические источники тока.

Но сам Вольта считал, что открыл только первое явление, в то время как его критик Оствальд признавал только второе. (Трудность различить несколько явлений, проявляющихся одновременно иля в сходных в чем-то опытах,— весьма типичная ситуация в науке, и мы с этим еще не раз столкнемся.) Только дальнейший ход раввитня науки показал, в чем были правы н в чем ошибались Гальвани, Вольта н Оствальд. Реабилитация Гальвани Итак, Гальвани умер побежденным и непризнанным, а сторонники Вольта торжествовали. Но пути науки неисповедимы. После того, как Вольта изобрел гальванический элемент и физики получили источник постоянного тока, началось быстрое развитие электродинамики, стимулируемое целым рядом практических применений электрического тока.

Это в конце концов и позволило выяснить правоту Гальвани. Уже в 1800 г. было открыто тепловое действие тока. В 1803 г. вышла книга Петрова о вольтовой дуге. В 1820 г. Эрстед открыл действие электрического тока на магнитную стрелку, связав разделы науки об электричестве и магнетизме, которые до этого развивались отдельно. И в течение года (вот еще докааательство, что практические использования не запаздывалн!) следуют замечательные разработки этого открытия: Ампер выдвигает идею электромагнитного телеграфа, Барлоу и Фарадей изготовляют первые примитивные модели электромоторов, а Швейгер изобретает гальванометр — прибор для измерения постоянного тока.

Наконец-то появился объективный способ измерить малые токи, которые до этого регистрнровалнсь только с помощью лягушачьей лапки. Гальванометр Швейгера был основан на действии катушки с током на магнитную стрелку, но он был чувствителен и к магнитному полю Земли, что очень мешало точным измерениям. В 1821 г. Ампер предложил укреплять на одной оси две магнитные стрелки так, что их противоположные полюса были расположены один над другим; это позволило избавиться от влияния магнитного поля Земли. Швейгер вначале изолировал провода воском или сургучом, но через несколько лет в связи с созданием телеграфа появились провода с шелковой изоляцией.

В руках физиков оказался достаточно надежный н чувствительный измерительный прибор. В 1826 — 1827 гг. немецкий физик Г. Ом открыл закон, который носит его имя. Для электробиологни особенно важно было то, что Ом ввел понятия «сила тока», »сопротивление», которых так не хватало Гальвани и Вольта. В 1825 г. флорентийский физик Л, Нобили соадал высокочувствительный гальванометр, и в 1827 г.

с помощью этого прибора ему впервые удалось зарегистрировать раз- ность потенциалов между разными точками тела лягушки. Но, как мы уяге говорили, просто поставить опыт еще недостаточно, надо еще его правильно понять. Нобили был последователем Вольта, и поэтому объяснял возникновение зарегистрированных потенциалов тем, что одни участки тканей теплее, чем другие, так как скорость испарения жидкости с разных точек не может быть строго одинаковой. Так Нобили проходит мимо важного открытия. Рис.

4, Опыты в>вттеучи: а — регистрация потевциелв повре>идевия; и — его сяижевие при возбуждении мышцы; в — регистрация потевциеле в веповреждеввой возбуждеввой мышце. (М вЂ” мышце, ХХ вЂ” ее ивтвлтвый (веповреждеввый) участок, Г> — место повреждевил, à — гальванометр, Р— место рвздражевия верее] Авторитет Вольта помешал ему не меньше, чем авторитет Джкльберта помешал Гальвани. Начиная с 1837 г. другой итальянский ученый, К. Маттеучи использует гальванометр для объективной проверки опытов Гальвани и его последователей (рис. 4).

Прежде всего, Маттеучи обнаружил, что между интактным (целым) и поврежденным участками мышцы есть разность потенциалов; прн атом разреа мышцы всегда играет роль отрицательного полюса (рис. 4, а). Ток, текущий к поврежденному месту, назвали током повре>кдения. Этот результат Маттеучи давал объяснение двум первым опытам Гальвани (см. рнс. 2, а, б); ведь и Гальвани предполагал, что между интактным и поврежденным участками мышцы течет электрический флюид. Правда, Маттеучи смог зарегистрировать только ток повреждения мышцы, а не нерва (не хватало чувствительности прибора).

Но если считать аналогичной ситуацию и для повре>кденного нерва, то ясно, что место разреза нерва служило источником тока, который в первом опыте возбуждал мышцу лягушки, а во втором — ее норв. Маттеучи обнаружил, что во время возбу>кдения поврежденной мышцы ток повреждения почему-то убывал (рис. 4, б). Это очень удивило экспериментатора, Каза- лось бы, что при возбуждении все должно усиливаться, а не убывать! Наконец, Маттеучи сделал широко известным третий опыт Гальвани. Маттеучи непосредственно показал, что при возбуждении неповрежденной мышцы мея<дуее частями идет электрический ток, который может возбудить лежащий на ней нерв (рис.

4, в), Работы Маттеучи носили принципиальный характер: до них, пока единственным измерительным прибором слуя<ила сама лапка лягушки, не было уверенности в том, что процессы возбуждения связаны с электрическими явлениями. После работ Маттеучи это можно было считать докааанным. Напомним, что все это происходило в 1837 г. Это был год столетия со дня рождения Гальвани и год его посмертного торжества. Была доказана правильность объяснения им своих последних опытов.

Уже в 1841 г. появляется полное собрание сочинений Гальвани. Гальвани вновь становится анаменит и теперь уже навсегда. ГЛАВА 2 ПЕРВЫЕ ШАГИ ЭЛЕКТРОБИОЛОГИИ Наука, зопреки мнениго непосолщенныт, рсдио раззиааетел по кремону логическому пути. На самом дело нагадив ее очаг зперед (а нногпа и назад) очень часто событие глусоко личное, а котором гггазнукг роль нграыг чслозечгеьие тарактеры и национальные традиции. д, Го и он дзоинал спираль» Если в первой половине нашего рассказа место н время действия можно было охарактеризовать так: Италия, ХЧ111 век, то теперь происходит «смена декораций» вЂ” на сцене Германия, Х1Х век.

Но меняются не только время и место, меняется и сам характер науки. В ХЧ111 веке наукой занимались в основном одиночки и среди них — много лгобителей. В Х1Х веке ученый — зто профессия: их работа меныпе зависит от милости меценатов или личного состояния, работают ученые в лабораториях нли даже специальных научных институтах. Это облегчает пх личные контакты, способствует обмену мнениями, ускоряет распространение новых идей. Приведем один важный для нас пример. В 30-е годы Х1Х вена в Берлинском университето работали два молодых ученых — М. Шлейден н Т. Шванн.

Ботаник Шлейден при одной из встреч рассказал своему приятелю зоологу Шванну, что, оказывается, во всех клетках растений имеются ядра н онн играют важнууо роль в я'изнедеятельности клеток. Тогда зоологу Шванну пришло в голову, что опузырьки», которые он видел в тканях приветных и которые клетками не считали, потому что они не отделяются друг от друга хорошо видимыми стенками, как у растений, на самом деле, вероятно, и есть настоящие клетки — ведь у них тоже имеются ядра! Обратившись к микроскопу, оба ученых убедились„ что общность картины несомненна. Таким образом, личнгай контакт двух биологов ускорил создание клеточной теории, 150-летие которой будет отмечаться в 1989 г, Вообще, появление научных коллективов, научных школ является характорной чертой, отличающей науку Х1Х века.

Ученые одной школы вырабатывали общую позицию, имели общих учеников, обменивались результа» тами; научная школа — зто в некотором смысле коллек,а тнвный разум. Дальнейшее развитие электробиологии тесно связано с научным коллективом, родоначальником которого был профессор Берлинского университета И. Мюллер. Его учениками были Т.

Шванн — создатель клеточной теории, Р, Вирхов — один из создателей клеточной физиологии, Э. Геккель — анаменитый дарвикист, сформулировавший биогенетический закон, Г. Гельмгольц — один из открывателей закона сохранения энергии и многие другие. Кто учеником был и Эмиль Дюбуа-Реймон — «отец» эленрофизиологии. Дюбуа-Реймон и его друзья Еще в студенческие годы Э. Дюбуа-Реймон вместе со своими друзьями К. Людвигом, Э.

Брюкве и Г. Гельмгольцем (первые двое были однокашниками Дюбуа, а Гельмгольц учился в Военно-медицинском институте, так как не мог платить за обучение в университете; после института ему пришлось несколько лет работать военным врачом, отрабатывая обучение) выработали четкую научную программу; создать новую, физико-химическую биологию. В одном из своих ранних писем Дюбуа писал: «Брюкке и я — мы поклялись выявить правду, что в организме не действуют никакие иные силы, кроме физических и химических». Слова «иные силы» — это намек на «жизненную силу», с помощью которой в то время большинство ученых (и в их числе учитель Дюбуа И. Мюллер) объясняли жизненные процессы. В противовес этой точке зрения четверо друзей утверждали, что физика должна не просто слуи«ить образцом экспериментального подхода к природе и строгости рассуждений, но и прямо использоваться для объяснения биологических явлений.