Živá zpráva o elektřině. Elektřina v živé přírodě. Elektřina v tělech zvířat

Na konci 18. století objevili slavní vědci Galvani a Volta elektřinu u zvířat. Prvními zvířaty, na kterých vědci experimentovali, aby potvrdili svůj objev, byly žáby.Elektřina vytváří nervové, svalové a žlázové buňky všech živých tvorů, ale tato schopnost je nejvíce rozvinutá u ryb.

V současnosti je známo, že z 20 tisíc moderních druhů ryb je asi 300 schopno vytvářet a využívat bioelektrická pole.
Na základě povahy generovaných výbojů se takové ryby dělí na vysoce elektrické a slabě elektrické. Mezi první patří sladkovodní jihoameričtí električtí úhoři, africký elektrický sumec a mořští električtí rejnoci. Tyto ryby vytvářejí velmi silné výboje: například úhoři s napětím až 600 voltů, sumci - 350. Aktuální napětí velkých mořských paprsků je nízké, protože mořská voda je dobrým vodičem, ale proudová síla jejich výbojů , například paprsek torpéda, někdy dosahuje 60 ampér.

Ryby druhého typu, například Mormyrus, Gnatonemus, Gymnarchus a další zástupci řádu vorvaňů nevydávají samostatné výboje. Vysílají do vody řadu téměř nepřetržitých a rytmických signálů (pulzů) o vysoké frekvenci a vytvářejí kolem jejich těla elektrické pole. Konfigurace tohoto pole se objevuje ve formě tzv. siločar. Vstoupí-li do elektrického pole předmět, který se od vody liší svou elektrickou vodivostí, změní se konfigurace pole: předměty s větší vodivostí soustředí silové lilie kolem sebe a ty s menší vodivostí je rozptýlí. Ryby tyto změny vnímají pomocí elektrických receptorů, umístěných u většiny ryb v oblasti hlavy, a určují polohu předmětu. Tyto ryby tedy provádějí skutečnou elektrickou lokalizaci.

Zobáky žijí v Africe, v pomalu tekoucích bahnitých řekách, stejně jako v jezerech a bažinách, téměř všechny loví hlavně v noci. Některé z nich špatně vidí, a proto si tyto ryby v procesu dlouhé evoluce vyvinuly tak dokonalou metodu pro detekci potravy, nepřátel a různých předmětů na dálku.

Techniky používané elektrickými rybami při chytání kořisti a obraně před nepřáteli naznačují lidem technická řešení při vývoji zařízení pro elektrolov a odpuzování ryb. Modelování elektrických systémů lokalizace ryb otevírá výjimečné vyhlídky. V moderní podvodní technologii lokalizace neexistují žádné vyhledávací a detekční systémy, které by fungovaly stejně jako elektrolokátory vytvořené v dílně přírody. Vědci z mnoha zemí usilovně pracují na vytvoření takového zařízení.

Mnoho květů a listů má schopnost se zavírat a otevírat v závislosti na čase a dni. To je způsobeno elektrickými signály představujícími akční potenciál. Listy mohou být nuceny zavřít pomocí vnějších elektrických podnětů. Navíc u mnoha rostlin dochází k poškození proudů. Části listů a stonků jsou vždy záporně nabité vzhledem k normální tkáni.

Role elektřiny je v životě různých ryb odlišná. Některé z nich používají speciální orgány k vytváření silných elektrických výbojů ve vodě. Například sladkovodní úhoř vytváří napětí takové síly, že může odrazit nepřátelský útok nebo paralyzovat oběť. Elektrické orgány ryb jsou tvořeny svaly, které ztratily schopnost se stahovat. Svalová tkáň slouží jako vodič a pojivová tkáň jako izolant. Nervy z míchy jdou do orgánu. Ale obecně jde o jemnodeskovou strukturu střídajících se prvků. Úhoř má od 6 000 do 10 000 prvků zapojených do série, aby vytvořily sloupec, a asi 70 sloupců v každém orgánu, umístěných podél těla.

Mmmmmmmmm

Mnoho květů a listů má schopnost se zavírat a otevírat v závislosti na čase a dni. To je způsobeno elektrickými signály představujícími akční potenciál. Listy mohou být nuceny zavřít pomocí vnějších elektrických podnětů. Navíc u mnoha rostlin dochází k poškození proudů. Části listů a stonků jsou vždy záporně nabité vzhledem k normální tkáni.

Role elektřiny je v životě různých ryb odlišná. Některé z nich používají speciální orgány k vytváření silných elektrických výbojů ve vodě. Například sladkovodní úhoř vytváří napětí takové síly, že může odrazit nepřátelský útok nebo paralyzovat oběť. Elektrické orgány ryb jsou tvořeny svaly, které ztratily schopnost se stahovat. Svalová tkáň slouží jako vodič a pojivová tkáň jako izolant. Nervy z míchy jdou do orgánu. Ale obecně jde o jemnodeskovou strukturu střídajících se prvků. Úhoř má od 6 000 do 10 000 prvků zapojených do série, aby vytvořily sloupec, a asi 70 sloupců v každém orgánu, umístěných podél těla.

Mnoho květů a listů má schopnost se zavírat a otevírat v závislosti na čase a dni. To je způsobeno elektrickými signály představujícími akční potenciál. Listy mohou být nuceny zavřít pomocí vnějších elektrických podnětů. Navíc u mnoha rostlin dochází k poškození proudů. Části listů a stonků jsou vždy záporně nabité vzhledem k normální tkáni.

Role elektřiny je v životě různých ryb odlišná. Některé z nich používají speciální orgány k vytváření silných elektrických výbojů ve vodě. Například sladkovodní úhoř vytváří napětí takové síly, že může odrazit nepřátelský útok nebo paralyzovat oběť. Elektrické orgány ryb jsou tvořeny svaly, které ztratily schopnost se stahovat. Svalová tkáň slouží jako vodič a pojivová tkáň jako izolant. Nervy z míchy jdou do orgánu. Ale obecně jde o jemnodeskovou strukturu střídajících se prvků. Úhoř má od 6 000 do 10 000 prvků zapojených do série, aby vytvořily sloupec, a asi 70 sloupců v každém orgánu, umístěných podél těla.

Mnoho květů a listů má schopnost se zavírat a otevírat v závislosti na čase a dni. To je způsobeno elektrickými signály představujícími akční potenciál. Listy mohou být nuceny zavřít pomocí vnějších elektrických podnětů. Navíc u mnoha rostlin dochází k poškození proudů. Části listů a stonků jsou vždy záporně nabité vzhledem k normální tkáni.

Role elektřiny je v životě různých ryb odlišná. Některé z nich používají speciální orgány k vytváření silných elektrických výbojů ve vodě. Například sladkovodní úhoř vytváří napětí takové síly, že může odrazit nepřátelský útok nebo paralyzovat oběť. Elektrické orgány ryb jsou tvořeny svaly, které ztratily schopnost se stahovat. Svalová tkáň slouží jako vodič a pojivová tkáň jako izolant. Nervy z míchy jdou do orgánu. Ale obecně jde o jemnodeskovou strukturu střídajících se prvků. Úhoř má od 6 000 do 10 000 prvků zapojených do série, aby vytvořily sloupec, a asi 70 sloupců v každém orgánu, umístěných podél těla.

Mnoho květů a listů má schopnost se zavírat a otevírat v závislosti na čase a dni. To je způsobeno elektrickými signály představujícími akční potenciál. Listy mohou být nuceny zavřít pomocí vnějších elektrických podnětů. Navíc u mnoha rostlin dochází k poškození proudů. Části listů a stonků jsou vždy záporně nabité vzhledem k normální tkáni.

Role elektřiny je v životě různých ryb odlišná. Některé z nich používají speciální orgány k vytváření silných elektrických výbojů ve vodě. Například sladkovodní úhoř vytváří napětí takové síly, že může odrazit nepřátelský útok nebo paralyzovat oběť. Elektrické orgány ryb jsou tvořeny svaly, které ztratily schopnost se stahovat. Svalová tkáň slouží jako vodič a pojivová tkáň jako izolant. Nervy z míchy jdou do orgánu. Ale obecně jde o jemnodeskovou strukturu střídajících se prvků. Úhoř má od 6 000 do 10 000 prvků zapojených do série, aby vytvořily sloupec, a asi 70 sloupců v každém orgánu, umístěných podél těla.

Mnoho květů a listů má schopnost se zavírat a otevírat v závislosti na čase a dni. To je způsobeno elektrickými signály představujícími akční potenciál. Listy mohou být nuceny zavřít pomocí vnějších elektrických podnětů. Navíc u mnoha rostlin dochází k poškození proudů. Části listů a stonků jsou vždy záporně nabité vzhledem k normální tkáni.

Role elektřiny je v životě různých ryb odlišná. Některé z nich používají speciální orgány k vytváření silných elektrických výbojů ve vodě. Například sladkovodní úhoř vytváří napětí takové síly, že může odrazit nepřátelský útok nebo paralyzovat oběť. Elektrické orgány ryb jsou tvořeny svaly, které ztratily schopnost se stahovat. Svalová tkáň slouží jako vodič a pojivová tkáň jako izolant. Nervy z míchy jdou do orgánu. Ale obecně jde o jemnodeskovou strukturu střídajících se prvků. Úhoř má od 6 000 do 10 000 prvků zapojených do série, aby vytvořily sloupec, a asi 70 sloupců v každém orgánu, umístěných podél těla.

Věděli jste, že některé rostliny využívají elektřinu a některé druhy ryb se pohybují ve vesmíru a omračují kořist pomocí elektrických orgánů?

: Publikace „Příroda“ pojednávala o tom, jak se v rostlinách přenášejí elektrické impulsy. Výraznými příklady, které se nám okamžitě vybaví, jsou mucholapka Venuše a mimóza pudica, u kterých je pohyb listů způsoben elektřinou. Ale jsou i jiné příklady.

„Nervový systém savců vysílá elektrické signály rychlostí až 100 metrů za sekundu. Rostliny žijí pomaleji. A přestože nemají nervový systém, některé rostliny, jako je mimóza pudica ( Mimosa pudica) a mucholapka venereus ( Dionaea muscipula), použijte elektrické signály k vyvolání rychlého pohybu listů. Přenos signálu v těchto rostlinách dosahuje rychlosti 3 cm za sekundu - a tato rychlost je srovnatelná s rychlostí nervových vzruchů ve svalech. Na straně 422 tohoto vydání autor Músáví a jeho kolegové zkoumají zajímavou a ne zcela pochopenou otázku jak rostliny generují a přenášejí elektrické signály. Autoři identifikují dva proteiny podobné glutamátovým receptorům, které jsou kritickými složkami procesu indukce elektrické vlny vyvolané poraněním listů. Šíří se do sousedních orgánů, což způsobuje, že zvyšují obranné reakce v reakci na potenciální útok býložravců.

Kdo by si pomyslel, že řezání listu může spustit elektrický signál? Pokusy na rostlině oddenek Tal nevykázaly žádnou reakci při vystavení listu, ale když byl list pozřen, objevil se elektrický signál, šířící se rychlostí 9 cm za minutu.

„Přenos elektrického signálu byl nejúčinnější v listech umístěných přímo nad nebo pod poraněným listem,“ poznamenává list. "Tyto listy jsou navzájem spojeny cévním řečištěm rostliny, přes které se přenáší voda a organické složky a signály se také skvěle přenášejí na velké vzdálenosti.". Výsledný signál zapíná ochranné složky v genu. "Tato neuvěřitelná pozorování jasně ukazují, že generování a přenos elektrického signálu hraje zásadní roli při iniciaci obranných reakcí u vzdálených cílů, když jsou napadeni býložravci."

Autoři původního článku se tématu evoluce nezabývali jinak než tím, že naznačili, že „hluboce konzervovaná funkce těchto genů, Možná, je spojnicí mezi vnímáním poškození a periferními ochrannými reakcemi.“ Je-li pravda, že tato funkce musela „existovat před divergenci ve vývoji zvířat a rostlin“.

Elektrická ryba : V Amazonii byly nalezeny dva nové druhy elektrických ryb, které jsou však vybaveny elektřinou různými způsoby. Jedna z nich, stejně jako většina ostatních elektrických ryb, je dvoufázová (nebo je zdrojem střídavého proudu) a druhá je jednofázová (je zdrojem stejnosměrného proudu). Jeden článek Science Daily se zabýval evolučními důvody, proč to takto funguje, a zajímavé je, že „tyto jemné ryby produkují impulsy o velikosti pouhých několika set milivoltů prostřednictvím orgánu, který mírně vyčnívá z vláknitého ocasu“. Tento impuls je příliš slabý na to, aby zabil oběť, jak to dělá slavný elektrický úhoř, ale tyto impulsy čtou zástupci jiných druhů a používají je ke komunikaci příslušníci opačného pohlaví. Ryby je využívají "Elektrolokace" ve složitém vodním prostředí v noci". Pokud jde o jejich evoluci, jsou si obě ryby natolik podobné, že jsou klasifikovány jako stejný druh, jediným rozdílem je rozdíl v elektrické fázi jejich signálů.

Existuje obrovské množství způsobů, jak přijímat informace o světě kolem nás: dotyk, zrak, zvuk, čich a nyní elektřina. Živý svět je zázrakem komunikace mezi jednotlivými organismy a jejich prostředím. Každý smyslový orgán je jemně navržen a přináší tělu velké výhody. Sofistikované systémy nejsou výsledkem slepých, neřízených procesů. Věříme, že nahlížení na ně jako na systémy postavené na základě inteligentního designu urychlí proces výzkumu, vyhledá vhled do vyššího designu a napodobí je pro zlepšení oblasti inženýrství. A skutečnou překážkou pokroku vědy je předpoklad: "Ach, tento organismus se vyvinul právě proto, že se vyvinul." Jedná se o uspávací přístup, který má hypnotický účinek.

Elektřina ve volné přírodě Travnikov Andrey 9 "B"

Elektřina Elektřina je soubor jevů způsobených existencí, interakcí a pohybem elektrických nábojů.

Elektřina v lidském těle Lidské tělo obsahuje mnoho chemikálií (jako je kyslík, draslík, hořčík, vápník nebo sodík), které vzájemně reagují a vytvářejí elektrickou energii. K tomu dochází mimo jiné v procesu takzvaného „buněčného dýchání“ - získávání energie nezbytné pro život buňkami těla. Například v lidském srdci jsou buňky, které v procesu udržování srdečního rytmu absorbují sodík a uvolňují draslík, který vytváří v buňce kladný náboj. Když náboj dosáhne určité hodnoty, získají buňky schopnost ovlivňovat stahy srdečního svalu.

Blesk Blesk je obří elektrický jiskrový výboj v atmosféře, který se obvykle může objevit během bouřky, což má za následek jasný záblesk světla a doprovodné hřmění.

Elektřina v rybách Všechny druhy elektrických ryb mají speciální orgán, který vyrábí elektřinu. S jeho pomocí zvířata loví a brání se, přizpůsobují se životu ve vodním prostředí. Elektrický orgán všech ryb je navržen stejně, ale liší se velikostí a umístěním. Proč ale u žádného suchozemského živočicha nebyl nalezen elektrický orgán? Důvod je následující. Pouze voda s rozpuštěnými solemi je výborným vodičem elektřiny, který umožňuje využít působení elektrického proudu na dálku.

Elektrický rejnok Elektrický rejnok je oddělení chrupavčitých ryb, u kterých jsou ledvinovité párové elektrické orgány umístěny po stranách těla mezi hlavou a prsními ploutvemi. Řád zahrnuje 4 čeledi a 69 druhů. Električtí rejnoci jsou známí svou schopností produkovat elektrický náboj, jehož napětí (podle typu) se pohybuje od 8 do 220 voltů. Rejnoci ji používají k obraně a dokážou omráčit kořist nebo nepřátele. Žijí v tropických a subtropických vodách všech oceánů

Elektrický úhoř Délka od 1 do 3 m, hmotnost do 40 kg. Elektrický úhoř má holou kůži, bez šupin, a tělo je velmi protáhlé, vpředu zaoblené a vzadu poněkud stlačené. Barva dospělých elektrických úhořů je olivově hnědá, spodní strana hlavy a hrdla je jasně oranžová, okraj řitní ploutve je světlý a oči jsou smaragdově zelené. Generuje výboj s napětím až 1300 V a proudem až 1 A. Kladný náboj je v přední části těla, záporný náboj v zadní části. Elektrické orgány používá úhoř k ochraně před nepřáteli a k ​​paralyzaci kořisti, kterou tvoří převážně malé ryby.

Mucholapka mucholapka je malá bylinná rostlina s růžicí 4-7 listů, které vyrůstají z krátkého podzemního stonku. Stonek je baňatý. Velikost listů se pohybuje od tří do sedmi centimetrů, podle ročního období se obvykle po odkvětu tvoří dlouhé lapací listy. V přírodě se živí hmyzem, někdy se vyskytují měkkýši (slimáci). Pohyb listů nastává v důsledku elektrického impulsu.

Mimosa pudica Vynikajícím vizuálním důkazem projevu akčních proudů u rostlin je mechanismus skládání listů vlivem vnějších podnětů u Mimosa pudica, která má pletiva, která se mohou prudce stahovat. Pokud k jeho listům přivedete cizí předmět, uzavřou se. Odtud pochází název rostliny.

Při přípravě této prezentace jsem se dozvěděl mnoho o organismech v přírodě a o tom, jak ve svém životě využívají elektřinu.

Zdroje http://wildwildworld.net.ua/articles/elektricheskii-skat http://flowerrr.ru/venerina-muholovka http:// www.valleyflora.ru/16.html https://ru.wikipedia.org

Pokračujeme ve zveřejňování populárně-naučných přednášek mladých vysokoškolských pedagogů, kteří získali granty Dobročinné nadace V. Potanina. Tentokrát čtenářům dáváme do pozornosti shrnutí přednášky docenta katedry fyziologie člověka a zvířat Saratovské státní univerzity. N. G. Chernyshevsky kandidát biologických věd Oksana Semyachkina-Glushkovskaya.

Živé elektrárny

Elektřina hraje někdy neviditelnou, ale zásadní roli v existenci mnoha organismů, včetně lidí.

Elektřina do našich životů vstoupila překvapivě díky zvířatům, zejména elektrickým rybám. Například elektrofyziologický směr v medicíně je založen na použití elektrických rejnoků v lékařských postupech. Živé zdroje elektřiny poprvé zavedl do své lékařské praxe slavný starořímský lékař Claudius Galen. Syn bohatého architekta Galen získal spolu s dobrým vzděláním působivé dědictví, které mu umožnilo několik let cestovat po pobřeží Středozemního moře. Jednoho dne se Galenovi v jedné z malých vesnic naskytl zvláštní pohled: dva místní obyvatelé k němu kráčeli s rejnoky uvázanými na hlavě. Tento „lék proti bolesti“ našel uplatnění při léčbě zranění gladiátorů v Římě, kam se Galén po dokončení své cesty vrátil. Svérázné fyzioterapeutické procedury se ukázaly být natolik účinné, že i císař Mark Antonius, který trpěl bolestmi zad, riskoval neobvyklý způsob léčby. Poté, co se císař zbavil vysilující nemoci, jmenoval Galena svým osobním lékařem.

Mnoho elektrických ryb však používá elektřinu pro daleko od mírových účelů, zejména k zabíjení své kořisti.

Evropané se poprvé setkali s monstrózními živými elektrárnami v džunglích Jižní Ameriky. Parta dobrodruhů, která pronikla do horního toku Amazonky, narazila na mnoho malých potůčků. Jakmile ale jeden z členů expedice vkročil do teplé vody potoka, upadl do bezvědomí a zůstal v tomto stavu dva dny. Bylo to všechno o elektrických úhořech, kteří žijí v těchto zeměpisných šířkách. Amazonští električtí úhoři dosahující třímetrové délky jsou schopni vyrábět elektřinu o napětí více než 550 V. Elektrický výboj ve sladké vodě omráčí kořist, kterou obvykle tvoří ryby a žáby, ale může také zabít člověka a dokonce i koně, jsou-li poblíž v okamžiku vypouštění úhoře

Není známo, kdy by lidstvo vážně přijalo elektřinu, nebýt úžasného incidentu, který se stal manželce slavného boloňského profesora Luigiho Galvaniho. Není žádným tajemstvím, že Italové jsou proslulí svými širokými chuťovými preferencemi. Proto se jim nebrání občas si hrát s žabími stehýnky. Den byl bouřlivý a foukal silný vítr. Když seňora Galvaniová vešla do řeznictví, před očima se jí objevil strašlivý obraz. Nohy mrtvých žab, jako by byly živé, sebou cukaly, když se silným poryvem větru dotkly železného zábradlí. Senora natolik obtěžovala svého manžela svými historkami o řezníkově blízkosti zlých duchů, že se profesor rozhodl sám zjistit, co se vlastně děje.

To byla ta velmi šťastná událost, která okamžitě změnila život italského anatoma a fyziologa. Když Galvani přinesl domů žabí stehýnka, přesvědčil se o pravdivosti slov své ženy: při dotyku železných předmětů sebou opravdu cukaly. V té době bylo profesorovi pouhých 34 let. Následujících 25 let se snažil najít rozumné vysvětlení tohoto úžasného jevu. Výsledkem mnohaleté práce byla kniha „Pojednání o síle elektřiny ve svalovém pohybu“, která se stala skutečným bestsellerem a nadchla mysl mnoha badatelů. Poprvé se začalo mluvit o tom, že v každém z nás je elektřina a že právě nervy jsou jakési „elektrické dráty“. Galvanimu se zdálo, že svaly akumulují elektřinu a když se stahují, vydávají ji. Tato hypotéza vyžadovala další výzkum. Ale politické události spojené s nástupem Napoleona Bonaparta k moci zabránily profesorovi dokončit jeho experimenty. Díky své svobodomyslnosti byl Galvani potupně vyloučen z univerzity a rok po těchto tragických událostech zemřel ve věku jednašedesáti let.

A přesto si osud přál, aby Galvaniho díla našla své pokračování. Galvaniho krajan Alessandro Volta po přečtení jeho knihy přišel na myšlenku, že základem živé elektřiny jsou chemické procesy, a vytvořil prototyp baterií, které známe.

Biochemie elektřiny

Než se lidstvu podařilo odhalit tajemství živé elektřiny, uběhla ještě dvě století. Dokud nebyl vynalezen elektronový mikroskop, vědci si ani nedokázali představit, že kolem buňky existují skutečné „zvyky“ s vlastními přísnými pravidly „pasové kontroly“. Membrána živočišné buňky je tenký, pouhým okem neviditelný obal, má polopropustné vlastnosti, je spolehlivým garantem zachování životaschopnosti buňky (zachování její homeostázy).

Ale vraťme se k elektřině. Jaký je vztah mezi buněčnou membránou a živou elektřinou?

Takže první polovina 20. století, 1936. V Anglii publikuje zoolog John Young metodu pitvy nervového vlákna hlavonožce. Průměr vlákna dosáhl 1 mm. Tento okem viditelný „obří“ nerv si zachoval schopnost vést elektřinu i mimo tělo v mořské vodě. Toto je „zlatý klíč“, s jehož pomocí se otevřou dveře do tajemství živé elektřiny. Uplynuly pouhé tři roky a Jungovi krajané - profesor Andrew Huxley a jeho student Alan Hodgkin, vyzbrojení elektrodami, provedli na tomto nervu řadu experimentů, jejichž výsledky změnily pohled na svět a „rozsvítily zelené světlo“ na cestě k elektrofyziologie.

Výchozím bodem v těchto studiích byla Galvaniho kniha, konkrétně jeho popis škodlivého proudu: pokud je sval říznut, elektrický proud z něj „vylévá“, což stimuluje jeho kontrakci. Aby mohl Huxley tyto pokusy na nervu zopakovat, prorazil membránu nervové buňky dvěma elektrodami tenkými jako vlas, čímž je umístil do jejího obsahu (cytoplazmy). Ale smůla! Nebyl schopen zaregistrovat elektrické signály. Potom vyndal elektrody a umístil je na povrch nervu. Výsledky byly smutné: absolutně nic. Zdálo se, že se štěstí od vědců odvrátilo. Zbývala poslední možnost – umístit jednu elektrodu dovnitř nervu a druhou nechat na jeho povrchu. A je to tady, šťastná příležitost! Po pouhých 0,0003 sekundách byl zaznamenán elektrický impuls z živé buňky. Bylo zřejmé, že v takovém okamžiku nemůže impuls znovu vyvstat. To znamenalo jediné: nálož se soustředila na klidový, nepoškozený článek.

V následujících letech byly podobné experimenty provedeny na bezpočtu dalších buněk. Ukázalo se, že všechny články jsou nabité a že náboj membrány je nedílnou vlastností její životnosti. Dokud je buňka naživu, má náboj. Stále však nebylo jasné, jak se článek nabíjí? Dlouho před Huxleyho experimenty vydal ruský fyziolog N. A. Bernstein (1896–1966) svou knihu „Electrobiology“ (1912). V něm jako věštec teoreticky odhalil hlavní tajemství živé elektřiny – biochemické mechanismy vzniku buněčného náboje. Překvapivě o několik let později byla tato hypotéza brilantně potvrzena v Huxleyho experimentech, za něž byl oceněn Nobelovou cenou. Jaké jsou tedy tyto mechanismy?

Jak víte, všechno důmyslné je jednoduché. To se ukázalo i v tomto případě. Naše tělo se skládá ze 70 % z vody, nebo spíše z roztoku solí a bílkovin. Pokud se podíváte dovnitř buňky, ukáže se, že její obsah je přesycen ionty K + (uvnitř je jich asi 50x více než venku). Mezi buňkami, v mezibuněčném prostoru, převládají ionty Na + (je jich zde asi 20x více než v buňce). Taková nerovnováha je aktivně udržována membránou, která jako regulátor umožňuje některým iontům projít svou „bránou“ a jiným nedovolí projít.

Membrána se jako piškotový dort skládá ze dvou volných vrstev komplexních tuků (fosfolipidů), do jejichž tloušťky jako perličky prostupují proteiny, které plní širokou škálu funkcí, zejména mohou sloužit jako jakási „brána“ nebo kanály. Tyto proteiny mají uvnitř otvory, které se mohou otevírat a zavírat pomocí speciálních mechanismů. Každý typ iontu má své vlastní kanály. Například pohyb K + iontů je možný pouze přes K + kanály a Na + - přes Na + kanály.

Když je buňka v klidu, svítí zelené světlo pro K + ionty a ty volně opouštějí buňku svými kanály a míří tam, kde je jich málo, aby vyrovnaly svou koncentraci. Pamatujete si své školní zkušenosti s fyzikou? Pokud vezmete sklenici vody a kápnete do ní zředěný manganistan draselný (manganistan draselný), po chvíli molekuly barviva rovnoměrně zaplní celý objem sklenice a vodu zbarví do růžova. Klasický příklad difúze. Podobným způsobem se to děje s ionty K +, kterých je v buňce nadbytek a vždy mají volný výstup přes membránu. Na+ ionty, jako člověk non grata, nemají privilegia od klidové buněčné membrány. V tuto chvíli je pro ně membrána jako nedobytná pevnost, do které je téměř nemožné proniknout, protože všechny Na + kanály jsou uzavřeny.

Ale co s tím má společného elektřina, říkáte? Jde o to, že, jak je uvedeno výše, naše tělo se skládá z rozpuštěných solí a bílkovin. V tomto případě mluvíme o solích. Co je rozpuštěná sůl? Jedná se o duo vzájemně propojených kladných kationtů a záporných kyselých aniontů. Například roztok chloridu draselného je K + a Cl – atd. Mimochodem, solný roztok, který se v lékařství hojně používá k nitrožilním infuzím, je roztok chloridu sodného - NaCl (kuchyňská sůl) o koncentraci 0,9 %.

V přirozených podmínkách ionty K + nebo Na + jednoduše neexistují samy, vždy se vyskytují s kyselými anionty - SO 4 2–, Cl –, PO 4 3– atd. a za normálních podmínek je membrána nepropustná pro negativní; částice. To znamená, že když se ionty K + pohybují svými kanály, anionty s nimi spojené, jako magnety, jsou přitahovány za nimi, ale nemohou se dostat ven a hromadí se na vnitřním povrchu membrány. Protože ionty Na +, tedy kladně nabité částice, převládají mimo buňku, v mezibuněčném prostoru, plus do nich neustále unikají ionty K +, přebytečný kladný náboj se koncentruje na vnějším povrchu membrány a záporný na jeho vnitřní povrch. Takže buňka v klidu „uměle“ omezuje nerovnováhu dvou důležitých iontů - K + a Na +, díky čemuž je membrána polarizována kvůli rozdílu nábojů na obou stranách. Náboj v klidovém stavu buňky se nazývá klidový membránový potenciál, který je přibližně -70 mV. Právě tuto velikost náboje poprvé zaznamenal Huxley na obřím nervu měkkýše.

Když se ukázalo, odkud se „elektřina“ v buňce v klidu bere, okamžitě vyvstala otázka: kam to jde, když buňka pracuje, například když se naše svaly stahují? Pravda ležela na povrchu. Stačilo se podívat dovnitř cely v okamžiku jejího vzrušení. Když buňka zareaguje na vnější nebo vnitřní vlivy, v tu chvíli se jako na povel bleskově otevřou všechny Na + kanály a ionty Na + se jako sněhová koule vřítí do buňky ve zlomku vteřiny. Ionty Na + tedy v okamžiku, ve stavu buzení buňky, vyrovnají svou koncentraci na obou stranách membrány, ionty K + stále pomalu opouštějí buňku. Uvolňování iontů K+ je tak pomalé, že když iont Na+ konečně prorazí neproniknutelné stěny membrány, zbývá jich tam ještě docela dost. Nyní se uvnitř buňky, konkrétně na vnitřním povrchu membrány, soustředí přebytečný kladný náboj. Na jeho vnějším povrchu bude negativní náboj, protože stejně jako v případě K + se za Na + vrhne celá armáda negativních aniontů, pro které je membrána stále neprostupná. Tyto „úlomky“ solí, držené na jeho vnějším povrchu elektrostatickými přitažlivými silami, zde vytvoří záporné elektrické pole. To znamená, že v okamžiku buzení článku budeme pozorovat přepólování náboje, tedy změnu jeho znaménka na opačné. To vysvětluje, proč se náboj mění z negativního na pozitivní, když je buňka vzrušená.

Existuje další důležitý bod, který Galvani popsal ve starověku, ale nedokázal jej správně vysvětlit. Když si Galvani poškodil sval, stáhl se. Pak se mu zdálo, že jde o proud poškození a „vylévá se“ ze svalu. Do jisté míry byla jeho slova prorocká. Buňka ve skutečnosti ztrácí svůj náboj, když funguje. Náboj existuje pouze tehdy, když existuje rozdíl mezi koncentracemi iontů Na + /K +. Když je buňka excitována, počet iontů Na + na obou stranách membrány je stejný a K + má tendenci ke stejnému stavu. To je důvod, proč když je článek excitován, náboj klesá a stává se rovným +40 mV.

Když byla vyřešena hádanka „excitace“, nevyhnutelně vyvstala další otázka: jak se buňka vrátí do normálu? Jak se na něm znovu objeví náboj? Koneckonců, po práci neumře. A skutečně, o několik let později tento mechanismus našli. Ukázalo se, že jde o protein zapuštěný do membrány, ale byl to neobvyklý protein. Na jednu stranu to vypadalo stejně jako kanálové veverky. Na druhou stranu, na rozdíl od svých bratrů, tento protein „draze zpoplatnil svou práci“, totiž energii, tak cennou pro buňku. Navíc energie vhodná pro jeho provoz musí být speciální, ve formě molekul ATP (kyselina adenosintrifosforečná). Tyto molekuly jsou speciálně syntetizovány na „energetických stanicích“ buňky – mitochondriích, tam jsou pečlivě uloženy a v případě potřeby pomocí speciálních nosičů dopraveny na místo určení. Energie z těchto „hlavic“ se uvolňuje při jejich rozpadu a je vynakládána na různé potřeby buňky. Konkrétně v našem případě je tato energie potřebná pro práci proteinu zvaného Na/K-ATPáza, jehož hlavní funkcí je podobně jako raketoplán transport Na + z buňky a K + naopak. směr.

Chcete-li tedy obnovit ztracenou sílu, musíte pracovat. Přemýšlejte o tom, je zde skrytý skutečný paradox. Když buňka pracuje, probíhá tento proces pasivně na úrovni buněčné membrány a aby si mohl odpočinout, potřebuje energii.

Jak spolu nervy „mluví“.

Pokud píchnete do prstu, vaše ruka se okamžitě stáhne. Čili při mechanickém působení na kožní receptory se vzruch, který vzniká v daném lokálním bodě, dostává do mozku a vrací se zpět na periferii, abychom mohli adekvátně reagovat na situaci. Toto je příklad vrozené reakce nebo nepodmíněných reflexů, které zahrnují mnoho obranných reakcí, jako je mrkání, kašlání, kýchání, škrábání atd.

Jak se může excitace, která vznikla na membráně jedné buňky, posunout dál? Než odpovíme na tuto otázku, seznamme se se strukturou nervové buňky - neuronu, jehož smyslem „života“ je provádět excitaci nebo nervové impulsy.

Neuron, stejně jako létající kometa, se tedy skládá z těla nervové buňky, kolem kterého je mnoho malých procesů - dendritů, a dlouhého „ocasu“ - axonu. Právě tyto procesy slouží jako jakési dráty, kterými protéká „živý proud“. Protože celá tato komplexní struktura je jediná buňka, procesy neuronu mají stejnou sadu iontů jako jeho tělo. Jaký je proces excitace lokální oblasti neuronu? Jde o jakési narušení „klidu“ jeho vnějšího i vnitřního prostředí, vyjádřené ve formě řízeného pohybu iontů. Vzrušení, které vzniklo v místě, kde se podnět vyskytl, se šíří dále po řetězci podle stejných principů jako v této oblasti. Teprve nyní nebude podnětem pro sousední oblasti podnět vnější, ale vnitřní procesy způsobené tokem iontů Na + a K + a změnami náboje membrány. Tento proces je podobný tomu, jak se vlny šíří z oblázku hozeného do vody. Stejně jako v případě oblázku se bioproudy podél membrány nervových vláken šíří v kruhových vlnách a způsobují excitaci stále vzdálenějších oblastí.

V experimentu se buzení z lokálního bodu šíří dále v obou směrech. V reálných podmínkách jsou nervové impulsy prováděny jednosměrně. To je způsobeno tím, že oblast, která byla zpracována, potřebuje odpočinek. A zbytek nervové buňky, jak již víme, je aktivní a souvisí s výdejem energie. Excitace buňky je „ztráta“ jejího náboje. Proto, jakmile buňka funguje, její schopnost vzrušování prudce klesá. Toto období se nazývá refrakterní, z francouzského slova refrakterní- nereaguje. Taková imunita může být absolutní (bezprostředně po excitaci) nebo relativní (jak se obnovuje membránový náboj), kdy je možné vyvolat reakci, ale nadměrně silnými podněty.

Pokud si položíte otázku, jakou barvu má náš mozek, ukáže se, že jeho drtivá většina, až na výjimky, je šedá a bílá. Těla a krátké výběžky nervových buněk jsou šedé a dlouhé výběžky bílé. Jsou bílé, protože na nich je dodatečná izolace ve formě „tukových“ nebo myelinových polštářků. Odkud tyto polštáře pocházejí? Kolem neuronu jsou speciální buňky pojmenované po německém neurofyziologovi, který je poprvé popsal – Schwannovy buňky. Stejně jako chůvy pomáhají neuronu růst a zejména vylučují myelin, což je jakýsi „tuk“ neboli lipid, který pečlivě obaluje oblasti rostoucího neuronu. Toto oblečení však nepokrývá celý povrch dlouhého procesu, ale oddělené oblasti, mezi kterými zůstává axon holý. Exponované oblasti se nazývají Ranvierovy uzly.

Je to zajímavé, ale rychlost excitace závisí na tom, jak je nervový proces „oblečen“. Není těžké uhodnout - existuje speciální „uniforma“, aby se zvýšila účinnost průchodu bioproudů podél nervu. Pokud se v šedých dendritech excitace pohybuje jako želva (od 0,5 do 3 m/s), sekvenčně, aniž by vynechala jedinou sekci, pak v bílém axonu nervové impulsy přeskakují podél „holých“ oblastí Ranviera, což výrazně zvyšuje rychlost jejich vedení až 120 m/s. Takto rychlé nervy inervují především svaly a poskytují tělu ochranu. Vnitřní orgány takovou rychlost nepotřebují. Například močový měchýř se může dlouho natahovat a vysílat impulsy o své plnosti, přičemž ruka se musí okamžitě stáhnout z ohně, jinak hrozí poškození.

Dospělý mozek váží v průměru 1300 g Tato hmota se skládá z 10 10 nervových buněk. Takový obrovský počet neuronů! Jakými mechanismy se excitace šíří z jedné buňky do druhé?

Rozluštění záhady komunikace v nervovém systému má svou historii. V polovině 19. století obdržel francouzský fyziolog Claude Bernard cenný balíček z Jižní Ameriky obsahující jed kurare, stejný jed, jakým si indiáni pomazávali hroty šípů. Vědec byl nadšený studiem účinků jedů na tělo. Vědělo se, že zvíře zasažené takovým jedem umírá na udušení v důsledku ochrnutí dýchacích svalů, ale nikdo přesně nevěděl, jak bleskurychlý zabiják funguje. Aby to Bernard pochopil, provedl jednoduchý experiment. Rozpustil jed v Petriho misce, umístil tam sval s nervem a viděl, že pokud je do jedu ponořen pouze nerv, sval zůstane zdravý a může stále pracovat. Pokud jedem otrávíte pouze sval, pak i v tomto případě je jeho schopnost kontrahování zachována. A teprve když byla oblast mezi nervem a svalem umístěna do jedu, bylo možné pozorovat typický obraz otravy: sval se stal neschopným kontrahovat ani pod velmi silnými elektrickými vlivy. Bylo zřejmé, že mezi nervem a svalem je „mezera“, kde působí jed.

Ukázalo se, že takové „mezery“ lze nalézt kdekoli v těle, je jimi doslova prostoupena celá neuronová síť. Byly nalezeny i další látky, například nikotin, který selektivně působil na tajemná místa mezi nervem a svalem a způsobil jeho kontrakci. Nejprve se tato neviditelná spojení nazývala myoneurální spojení a později jim anglický neurofyziolog Charles Sherrington dal název synapse, z latinského slova synapsi- spojení, spojení. Definitivní tečku za tímto příběhem však dal rakouský farmakolog Otto Lewy, kterému se podařilo najít prostředníka mezi nervem a svalem. Říkají, že se mu zdálo, že určitá látka „vytéká“ z nervu a způsobuje, že sval pracuje. Druhý den ráno se pevně rozhodl: musí hledat tuto konkrétní látku. A on to našel! Všechno se ukázalo být docela jednoduché. Levi vzal dvě srdce a izoloval největší nerv na jednom z nich - nervus vagus. Předem předvídal, že z toho bude něco vyčnívat, spojil tyto dva „svalové motory“ systémem trubic a začal dráždit nerv. Levi věděl, že jeho podráždění zastavilo srdce. Zastavilo se však nejen srdce, na které podrážděný nerv působil, ale i to druhé, které s ním roztok navázal. O něco později se Levimu podařilo izolovat tuto látku v čisté formě, která se nazývala „acetylcholin“. Byly tak nalezeny nezvratné důkazy o přítomnosti prostředníka v „rozhovoru“ mezi nervem a svalem. Tento objev byl oceněn Nobelovou cenou.

A pak už šlo všechno mnohem rychleji. Ukázalo se, že princip komunikace mezi nervy a svaly objevený Levym je univerzální. Pomocí takového systému spolu komunikují nejen nervy a svaly, ale i samotné nervy. Navzdory tomu, že princip takové komunikace je stejný, zprostředkovatelé, nebo, jak se jim později říkalo, zprostředkovatelé (z latinského slova prostředník- zprostředkovatel), mohou být různé. Každý nerv má svůj vlastní, jako průchod. Tento vzorec založil anglický farmakolog Henry Dale, za což mu byla také udělena Nobelova cena. Takže jazyk neurální komunikace se vyjasnil, zbývalo jen vidět, jak tento design vypadá.

Jak funguje synapse?

Podíváme-li se na neuron elektronovým mikroskopem, uvidíme, že je jako vánoční stromeček, celý ověšený nějakými knoflíky. Takových „tlačítek“ může být až 10 000 nebo, jak jste možná uhodli, synapsí pouze na jednom neuronu. Pojďme se na jedno z nich podívat blíže. co uvidíme? V koncové části neuronu se dlouhý proces zahušťuje, takže se nám jeví ve formě tlačítka. V tomto ztluštění se axon jakoby ztenčuje a ztrácí svůj bílý plášť ve formě myelinu. Uvnitř „tlačítka“ je obrovské množství bublin naplněných nějakou látkou. V roce 1954 George Palade uhodl, že nejde o nic jiného než o skladiště pro zprostředkovatele (o 20 let později za tento odhad dostal Nobelovu cenu). Když excitace dosáhne koncové stanice dlouhého procesu, mediátoři jsou uvolněni ze svého omezení. K tomu slouží ionty Ca 2+. Při pohybu směrem k membráně s ní splynou, pak prasknou (exocytóza) a vysílač pod tlakem vstoupí do prostoru mezi dvěma nervovými buňkami, který se nazývá synaptická štěrbina. Je zanedbatelná, takže molekuly mediátoru rychle dosáhnou membrány sousedního neuronu, na které jsou zase speciální antény neboli receptory (z latinského slova recipio – vzít, přijmout), které mediátor zachytí. To se děje podle principu „klíč k zámku“ - geometrický tvar receptoru zcela odpovídá tvaru prostředníka. Po výměně „potřesení rukou“ jsou prostředník a receptor nuceni se rozejít. Jejich setkání je velmi krátké a pro zprostředkovatele poslední. Pouhý zlomek vteřiny stačí k tomu, aby vysílač vyvolal excitaci na sousedním neuronu, poté je zničen pomocí speciálních mechanismů. A pak se tento příběh bude znovu a znovu opakovat, a tak živá elektřina poběží do nekonečna po „nervových drátech“, skrývá před námi mnohá tajemství a tím nás přitahuje svou tajemností.

Je třeba mluvit o významu objevů v oblasti elektrofyziologie? Stačí říci, že bylo uděleno sedm Nobelových cen za zvednutí opony světa živé elektřiny. Dnes je na těchto zásadních objevech postaven lví podíl farmaceutického průmyslu. Například teď jít k zubaři není tak hrozné utrpení. Jedna injekce lidokainu - a Na + kanály v místě vpichu budou dočasně blokovány. A už nebudete cítit bolestivé procedury. Bolí vás žaludek, lékař vám předepíše léky (no-spa, papaverin, platifilin atd.), jejichž základem je blokáda receptorů, aby se nemohl dotknout mediátor acetylcholin, který spouští mnoho procesů v trávicím traktu. nich atd. V poslední době se aktivně rozvíjí řada centrálně působících farmakologických léků zaměřených na zlepšení paměti, řečových funkcí a duševní činnosti.