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第58章 小实验中的大发现——青蛙与生物电

小问号

我们肉眼虽然看不见电,却能实实在在地感受到它的存在:在寒冷的冬天,只要冰冷的双手互相用力地揉搓,就会产生热量和电;在课堂上,老师如果用一块毛皮擦一根金属棒,在金属棒上就会产生更多的电荷,用它轻轻地碰一下小纸屑,便会把小纸屑粘附在棒上,这也是金属棒上产生了电的缘故。由于这些电的电压很低、电流很弱,人们一直没有发现它的存在。直至18世纪,人类对电的认识,从一个著名的青蛙实验中才有了一次伟大的发现,也有了质的飞跃。那么,科学家是怎样从青蛙身上发现生物电的?对电的利用产生了什么影响?

人类对电的认识很早。2500多年前,古希腊人发现用毛皮摩擦过的琥珀能吸引绒毛、麦秆等一些很轻小的东西,这就是摩擦起电。但是,第一个发现生物体内有电的,还是18世纪的意大利生理学家路奇·加尔瓦尼(1737~1797年)。

1780年,加尔瓦尼做蛙腿肌肉收缩实验时,发现了蛙腿电流。他在论文中是这样记述的:

“这一发现是这样发生的。我已经解剖好和预备好一只青蛙。当我正想做别的事情时,将该青蛙置于桌上。这桌上原有的一个电机,距它的导体相当远,而且两者之间隔着很大的空间。这时有一个在场的人,用外科小刀偶然轻触青蛙的股神经,结果蛙腿上的所有肌肉都立即紧缩,如同用有力的夹子夹紧那样……”

加尔瓦尼是一个非常细心的人,他对死青蛙的腿为什么会抽动感到很意外,并进行了细心的深入研究。他发现,解剖后的青蛙腿,只要接触到不同的金属都会猛烈收缩、颤动,好像遭受突然一击一样。可是,如果用绝缘体的棒去接触青蛙腿,这种颤动或紧缩现象就不会发生。对此,加尔瓦尼认为:铁栅栏和铜钩作为导线,与蛙腿肌、神经组成了电流回路,当蛙腿肌和铁栅栏接触,这个电流回路就接通了,此时蛙腿肌收缩,证明有电流通过。这说明蛙腿肌中有电流存在。这就是加尔瓦尼的“动物电”,后来人们称它是“生物电”。

加尔瓦尼在青蛙腿实验中发现了生物电,在欧洲学术界立即引起了极大轰动。随即,许多科学家也做了类似试验,最终证明“生物电”的存在。在动物中,有的电流、电压还相当大,像我们后来熟悉的军舰鸟、电鳐等,特别是海洋生物。据统计,生活在中等深度水里的虾类中有70%的品种和个体、鱼类中70%的品种和95%的个体都能发光,而它们的光与生物电是密切相关的,是生物机体在进行生理活动时所显示出的正常放电现象。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,细胞膜内外带有相反的电荷,膜外带正电荷,膜内带负电荷,膜内外的钾、钠离子的不均匀分布是产生细胞生物电的基础。

受生物电的启发,物理学家伏特通过不懈研究,发明了伏特电池,这是人类第一次获得的持续的电流。1881年,国际电力学代表大会为纪念他而将电压的单位命名为“伏特”。至今,这种电池还在工业、军事和民用方面发挥作用。

生物电对人类的启发作用在医学上最为显著。科学家经不断探索,取得了现代医学中的心电图、脑电图以及最新研制的脑电波控制机器人等令人惊叹的成就。科学家在研究生物电中发现,人体任何一个细微的活动都与生物电有关。外界的刺激、心脏跳动、肌肉收缩、眼睛开闭、大脑思维等,都伴随着生物电的产生而发生变化。心脏跳动时会产生1~2毫伏的电压,眼睛开闭产生5~6毫伏的电压,读书或思考问题时大脑产生0.2~1毫伏的电压。正常人的心脏、肌肉、视网膜、大脑等的生物电变化都是很有规律的。据此,科学家发明了“心电描记器”这种仪器,专门用来检查人的心脏有否疾病。这种仪器从人体的特定部位记录下心肌电位改变所产生的波形图像(即心电图),医生通过对这张图进行分析便能诊断出受检人的心跳是否规则、心脏是否肥大、有否心肌梗塞等疾病。同样的道理,医生们只要在病人头皮上安放电极描记器,并通过脑生物电活动的改变所记录下来的脑电图,也能知道病人脑内是否有病变。随着科学技术的日益发展,生物电的研究和应用还将会有更大的进步。

“小档案”

海洋中的鳐是发电能手,放出的电,电压虽然只有50~80伏,但是电流很大。一只生活在太平洋中的大电鳐,释放的电流可达50安倍,功率达300瓦。在鱼类中,非洲河流里的电鲶,产生的电压可高达350~400伏。美洲的电鳗发出的电压一般约为500伏,最高的能够达900伏。这样大的电流,即使凶猛的鳄鱼也常常被它击中而丧生。可是,电鳗不能连续放电,当体内的电量被消耗得差不多时,它必须静下来进行蓄电。印第安人正是利用它的这一弱点来捕捉它。他们把壮实的马赶到有电鳗的河里,让电鳗放电击马,以消耗它的电量,然后游到它的身边用标枪来捕获它。