Message électrique en direct. L'électricité dans la nature vivante. L'électricité dans les corps animaux

A la fin du XVIIIe siècle, les célèbres scientifiques Galvani et Volta découvrent l'électricité chez les animaux. Les premiers animaux sur lesquels les scientifiques ont expérimenté pour confirmer leur découverte étaient les grenouilles.L'électricité génère les cellules nerveuses, musculaires et glandulaires de toutes les créatures vivantes, mais cette capacité est plus développée chez les poissons.

On sait actuellement que sur 20 000 espèces de poissons modernes, environ 300 sont capables de créer et d'utiliser des champs bioélectriques.
En fonction de la nature des décharges générées, ces poissons sont divisés en poissons hautement électriques et faiblement électriques. Les premiers comprennent les anguilles électriques d’eau douce d’Amérique du Sud, le poisson-chat électrique africain et les raies électriques marines. Ces poissons génèrent des décharges très puissantes : les anguilles, par exemple, avec une tension allant jusqu'à 600 volts, le poisson-chat - 350. La tension actuelle des grands rayons marins est faible, car l'eau de mer est un bon conducteur, mais l'intensité actuelle de leurs décharges , par exemple, le rayon Torpille, atteint parfois 60 ampères.

Les poissons du deuxième type, par exemple Mormyrus, Gnatonemus, Gymnarchus et d'autres représentants de l'ordre des baleines à bec, n'émettent pas de rejets séparés. Ils envoient une série de signaux (impulsions) presque continus et rythmés à haute fréquence dans l’eau, créant un champ électrique autour de leur corps. La configuration de ce champ apparaît sous la forme de lignes de force. Si un objet dont la conductivité électrique diffère de celle de l'eau entre dans un champ électrique, la configuration du champ change : les objets avec une plus grande conductivité concentrent les nénuphars autour d'eux et ceux avec une conductivité moindre les dispersent. Les poissons perçoivent ces changements à l'aide de récepteurs électriques situés chez la plupart des poissons au niveau de la tête et déterminent l'emplacement de l'objet. Ainsi, ces poissons effectuent une véritable localisation électrique.

Les poissons à bec vivent en Afrique, dans les rivières boueuses au courant lent, ainsi que dans les lacs et les marécages, presque tous chassent principalement la nuit. Certains d'entre eux ont une mauvaise vue, c'est pourquoi, au cours de leur longue évolution, ces poissons ont développé une méthode si parfaite pour détecter la nourriture, les ennemis et divers objets à distance.

Les techniques utilisées par les poissons électriques pour capturer leurs proies et se défendre contre les ennemis suggèrent des solutions techniques à l'homme lors du développement d'installations de pêche électrique et de repousse des poissons. La modélisation des systèmes électriques de localisation des poissons ouvre des perspectives exceptionnelles. Dans la technologie moderne de localisation sous-marine, il n’existe aucun système de recherche et de détection qui fonctionnerait de la même manière que les électrolocalisateurs créés dans l’atelier de la nature. Des scientifiques de nombreux pays travaillent dur pour créer un tel équipement.

De nombreuses fleurs et feuilles ont la capacité de se fermer et de s’ouvrir selon l’heure et le jour. Ceci est dû à des signaux électriques représentant un potentiel d'action. Les feuilles peuvent être forcées à se fermer à l’aide de stimuli électriques externes. De plus, de nombreuses plantes subissent des dégâts causés par les courants. Les sections de feuilles et de tiges sont toujours chargées négativement par rapport aux tissus normaux.

Le rôle de l'électricité est différent dans la vie des différents poissons. Certains d’entre eux utilisent des organes spéciaux pour créer de puissantes décharges électriques dans l’eau. Par exemple, une anguille d’eau douce crée une tension d’une telle force qu’elle peut repousser une attaque ennemie ou paralyser la victime. Les organes électriques des poissons sont constitués de muscles qui ont perdu la capacité de se contracter. Le tissu musculaire sert de conducteur et le tissu conjonctif sert d'isolant. Les nerfs de la moelle épinière vont à l'organe. Mais en général, il s’agit d’une structure en fines plaques d’éléments alternés. L'anguille possède de 6 000 à 10 000 éléments connectés en série pour former une colonne, et environ 70 colonnes dans chaque organe, situés le long du corps.

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De nombreuses fleurs et feuilles ont la capacité de se fermer et de s’ouvrir selon l’heure et le jour. Ceci est dû à des signaux électriques représentant un potentiel d'action. Les feuilles peuvent être forcées à se fermer à l’aide de stimuli électriques externes. De plus, de nombreuses plantes subissent des dégâts causés par les courants. Les sections de feuilles et de tiges sont toujours chargées négativement par rapport aux tissus normaux.

Le rôle de l'électricité est différent dans la vie des différents poissons. Certains d’entre eux utilisent des organes spéciaux pour créer de puissantes décharges électriques dans l’eau. Par exemple, une anguille d’eau douce crée une tension d’une telle force qu’elle peut repousser une attaque ennemie ou paralyser la victime. Les organes électriques des poissons sont constitués de muscles qui ont perdu la capacité de se contracter. Le tissu musculaire sert de conducteur et le tissu conjonctif sert d'isolant. Les nerfs de la moelle épinière vont à l'organe. Mais en général, il s’agit d’une structure en fines plaques d’éléments alternés. L'anguille possède de 6 000 à 10 000 éléments connectés en série pour former une colonne, et environ 70 colonnes dans chaque organe, situés le long du corps.

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Le rôle de l'électricité est différent dans la vie des différents poissons. Certains d’entre eux utilisent des organes spéciaux pour créer de puissantes décharges électriques dans l’eau. Par exemple, une anguille d’eau douce crée une tension d’une telle force qu’elle peut repousser une attaque ennemie ou paralyser la victime. Les organes électriques des poissons sont constitués de muscles qui ont perdu la capacité de se contracter. Le tissu musculaire sert de conducteur et le tissu conjonctif sert d'isolant. Les nerfs de la moelle épinière vont à l'organe. Mais en général, il s’agit d’une structure en fines plaques d’éléments alternés. L'anguille possède de 6 000 à 10 000 éléments connectés en série pour former une colonne, et environ 70 colonnes dans chaque organe, situés le long du corps.

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Saviez-vous que certaines plantes utilisent de l'électricité et que certains types de poissons naviguent dans l'espace et étourdissent leurs proies à l'aide d'organes électriques ?

: La publication « Nature » ​​a expliqué comment les impulsions électriques sont transmises dans les plantes. Des exemples marquants qui viennent immédiatement à l’esprit sont le piège à mouches de Vénus et le mimosa pudica, dans lesquels le mouvement des feuilles est provoqué par l’électricité. Mais il existe d'autres exemples.

« Le système nerveux des mammifères transmet des signaux électriques à des vitesses allant jusqu'à 100 mètres par seconde. Les plantes vivent à un rythme plus lent. Et bien qu'elles ne possèdent pas de système nerveux, certaines plantes, comme le mimosa pudica ( Mimosa pudica) et le piège à mouches Venereus ( Dionée muscipula), utilisent des signaux électriques pour provoquer un mouvement rapide des feuilles. La transmission du signal dans ces plantes atteint une vitesse de 3 cm par seconde - et cette vitesse est comparable à la vitesse de l'influx nerveux dans les muscles. À la page 422 de ce numéro, l'auteur Mousavi et ses collègues explorent la question intéressante et pas entièrement comprise de comment les plantes génèrent et transmettent des signaux électriques. Les auteurs identifient deux protéines similaires aux récepteurs du glutamate, qui sont des composants essentiels du processus d'induction d'une onde électrique provoquée par une blessure des feuilles. Il se propage aux organes voisins, les obligeant à accroître leurs réponses défensives en réponse à une attaque potentielle d’herbivores.

Qui aurait cru que couper une feuille pouvait déclencher un signal électrique ? Des expériences sur la plante à rhizome de Tal n'ont montré aucune réaction lorsqu'elle était exposée à une feuille, mais lorsque la feuille était mangée, un signal électrique se produisait, se propageant à une vitesse de 9 cm par minute.

"La transmission du signal électrique était plus efficace dans les feuilles situées directement au-dessus ou au-dessous de la feuille blessée", note le journal. "Ces feuilles sont reliées entre elles par le lit vasculaire de la plante, à travers lequel l'eau et les composants organiques sont transmis, et les signaux sont également parfaitement transmis sur de longues distances.". Le signal résultant active les composants protecteurs du gène. "Ces observations incroyables démontrent clairement que la génération et la transmission de signaux électriques jouent un rôle essentiel dans le déclenchement de réponses de défense sur des cibles éloignées lorsqu'elles sont attaquées par des herbivores."

Les auteurs de l'article original n'ont pas abordé le sujet de l'évolution, se contentant de suggérer que « la fonction profondément conservée de ces gènes, Peut être, est un lien entre la perception des dommages et les réactions périphériques de protection." S'il est vrai que cette fonction doit avoir « existé avant la divergence dans le développement des animaux et des plantes ».

Poisson électrique : Deux nouvelles espèces de poissons électriques ont été découvertes en Amazonie, mais ils sont équipés en électricité de différentes manières. L'un d'eux, comme la plupart des autres poissons électriques, est biphasique (ou est une source de courant alternatif), et l'autre est monophasique (est une source de courant continu). Un article du Science Daily a examiné les raisons évolutives pour lesquelles cela fonctionne de cette façon, et ce qui est intéressant est que « ces poissons délicats produisent des impulsions de quelques centaines de millivolts seulement à travers un organe qui dépasse légèrement de la queue fibreuse ». Cette impulsion est trop faible pour tuer la victime, comme le fait la célèbre anguille électrique, mais ces impulsions sont lues par des représentants d'autres espèces et sont utilisées par les membres du sexe opposé pour communiquer. Les poissons les utilisent pour "Electrolocalisation" en milieu aquatique complexe la nuit". En ce qui concerne leur évolution, les deux poissons sont si semblables qu'ils sont classés dans la même espèce, la seule différence étant la différence de phase électrique de leurs signaux.

Il existe un grand nombre de façons de recevoir des informations sur le monde qui nous entoure : le toucher, la vue, l'ouïe, l'odorat et maintenant l'électricité. Le monde vivant est un miracle de communication entre les organismes individuels et leur environnement. Chaque organe sensoriel est délicatement conçu et apporte de grands bienfaits au corps. Les systèmes sophistiqués ne sont pas le résultat de processus aveugles et incontrôlés. Nous pensons que les considérer comme des systèmes construits selon une conception intelligente accélérera le processus de recherche, permettra de mieux comprendre la conception supérieure et de les imiter pour améliorer le domaine de l'ingénierie. Et le véritable obstacle au progrès de la science est l’hypothèse : « Oh, cet organisme a évolué simplement parce qu’il a évolué. » Il s'agit d'une approche soporifique qui a un effet hypnotique.

Électricité dans la faune Travnikov Andrey 9 "B"

Électricité L'électricité est un ensemble de phénomènes provoqués par l'existence, l'interaction et le mouvement de charges électriques.

L'électricité dans le corps humain Le corps humain contient de nombreux produits chimiques (tels que l'oxygène, le potassium, le magnésium, le calcium ou le sodium) qui réagissent les uns avec les autres pour créer de l'énergie électrique. Entre autres choses, cela se produit dans le processus dit de « respiration cellulaire » - l'extraction par les cellules du corps de l'énergie nécessaire à la vie. Par exemple, dans le cœur humain, il y a des cellules qui, en train de maintenir le rythme cardiaque, absorbent le sodium et libèrent du potassium, ce qui crée une charge positive dans la cellule. Lorsque la charge atteint une certaine valeur, les cellules acquièrent la capacité d'influencer les contractions du muscle cardiaque.

La foudre La foudre est une décharge d'étincelle électrique géante dans l'atmosphère qui peut généralement se produire lors d'un orage, entraînant un éclair lumineux et le tonnerre qui l'accompagne.

L'électricité dans les poissons Tous les types de poissons électriques possèdent un organe spécial qui produit de l'électricité. Avec son aide, les animaux chassent et se défendent, s'adaptant à la vie en milieu aquatique. L'organe électrique de tous les poissons est conçu de la même manière, mais diffère en taille et en emplacement. Mais pourquoi aucun organe électrique n’a-t-il été trouvé chez aucun animal terrestre ? La raison pour cela est la suivante. Seule l'eau contenant des sels dissous est un excellent conducteur d'électricité, ce qui permet d'utiliser l'action du courant électrique à distance.

Raie pastenague électrique Les raies pastenagues électriques sont un détachement de poissons cartilagineux dans lequel des organes électriques appariés en forme de rein sont situés sur les côtés du corps entre la tête et les nageoires pectorales. L'ordre comprend 4 familles et 69 espèces. Les raies pastenagues électriques sont connues pour leur capacité à produire une charge électrique dont la tension (selon le type) varie de 8 à 220 volts. Les raies pastenagues l'utilisent de manière défensive et peuvent assommer leurs proies ou leurs ennemis. Ils vivent dans les eaux tropicales et subtropicales de tous les océans

Anguille électrique Longueur de 1 à 3 m, poids jusqu'à 40 kg. L'anguille électrique a la peau nue, sans écailles, et le corps est très allongé, arrondi à l'avant et quelque peu comprimé latéralement à l'arrière. La couleur des anguilles électriques adultes est brun olive, le dessous de la tête et de la gorge est orange vif, le bord de la nageoire anale est clair et les yeux sont vert émeraude. Génère une décharge avec une tension allant jusqu'à 1300 V et un courant allant jusqu'à 1 A. La charge positive est à l'avant du corps, la charge négative est à l'arrière. Les organes électriques sont utilisés par l'anguille pour se protéger des ennemis et pour paralyser ses proies, constituées principalement de petits poissons.

Venus Flytrap Le Venus flytrap est une petite plante herbacée avec une rosette de 4 à 7 feuilles qui poussent à partir d'une courte tige souterraine. La tige est bulbeuse. La taille des feuilles varie de trois à sept centimètres, selon la période de l'année, de longues feuilles pièges se forment généralement après la floraison. Dans la nature, il se nourrit d'insectes ; on trouve parfois des mollusques (limaces). Le mouvement des feuilles se produit grâce à une impulsion électrique.

Mimosa pudica Une excellente preuve visuelle de la manifestation des courants d'action chez les plantes est le mécanisme de pliage des feuilles sous l'influence de stimuli externes chez Mimosa pudica, dont les tissus peuvent se contracter brusquement. Si vous apportez un objet étranger à ses feuilles, elles se fermeront. C'est de là que vient le nom de la plante.

En préparant cette présentation, j'ai beaucoup appris sur les organismes dans la nature et sur la façon dont ils utilisent l'électricité dans leur vie.

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

Nous continuons à publier des conférences de vulgarisation scientifique données par de jeunes professeurs d'université subventionnés par la Fondation caritative V. Potanin. Cette fois, nous présentons à nos lecteurs un résumé de la conférence donnée par le professeur agrégé du Département de physiologie humaine et animale de l'Université d'État de Saratov. N. G. Chernyshevsky Candidate en sciences biologiques Oksana Semyachkina-Glushkovskaya.

Des centrales électriques vivantes

L’électricité joue un rôle parfois invisible mais vital dans l’existence de nombreux organismes, dont l’humain.

Étonnamment, l’électricité est entrée dans nos vies grâce aux animaux, notamment aux poissons électriques. Par exemple, la direction électrophysiologique en médecine repose sur l'utilisation de raies électriques dans les procédures médicales. Les sources vivantes d’électricité ont été introduites pour la première fois dans sa pratique médicale par le célèbre médecin romain Claudius Galen. Fils d'un riche architecte, Galen reçut, outre une bonne éducation, un héritage impressionnant, qui lui permit de voyager plusieurs années le long des rives de la mer Méditerranée. Un jour, dans l'un des petits villages, Galen a vu un spectacle étrange : deux habitants locaux marchaient vers lui avec des raies pastenagues attachées à la tête. Cet « analgésique » fut utilisé pour soigner les blessures des gladiateurs à Rome, où Galien revint après avoir terminé son voyage. Les procédures physiothérapeutiques particulières se sont révélées si efficaces que même l'empereur Marc Antoine, qui souffrait de maux de dos, a risqué d'utiliser une méthode de traitement inhabituelle. S'étant débarrassé d'une maladie débilitante, l'empereur nomma Galien comme médecin personnel.

Cependant, de nombreux poissons électriques utilisent l’électricité à des fins loin d’être pacifiques, notamment pour tuer leurs proies.

Pour la première fois, les Européens ont rencontré de monstrueuses centrales électriques vivantes dans les jungles d’Amérique du Sud. Un groupe d'aventuriers qui pénétra dans le cours supérieur de l'Amazonie rencontra de nombreux petits ruisseaux. Mais dès que l’un des membres de l’expédition a mis le pied dans l’eau chaude du ruisseau, il a perdu connaissance et est resté dans cet état pendant deux jours. Il s’agissait des anguilles électriques qui vivent sous ces latitudes. Les anguilles électriques d'Amazonie, atteignant trois mètres de long, sont capables de produire de l'électricité avec une tension supérieure à 550 V. Un choc électrique en eau douce étourdit des proies, généralement constituées de poissons et de grenouilles, mais peut également tuer une personne et même un cheval s'ils sont à proximité au moment de la décharge anguille

On ne sait pas quand l'humanité aurait sérieusement adopté l'électricité sans un incident étonnant survenu à l'épouse du célèbre professeur bolognais Luigi Galvani. Ce n'est un secret pour personne que les Italiens sont réputés pour leurs larges préférences gustatives. Par conséquent, ils ne sont pas opposés à jouer parfois avec des cuisses de grenouilles. La journée était orageuse et un vent fort soufflait. Lorsque Mme Galvani entra dans la boucherie, une image terrible se révéla à ses yeux. Les pattes des grenouilles mortes, comme si elles étaient vivantes, se contractèrent lorsqu'elles touchèrent les balustrades en fer avec une forte rafale de vent. La madame dérangeait tellement son mari avec ses histoires sur la proximité du boucher avec les mauvais esprits que le professeur décida de découvrir par lui-même ce qui se passait réellement.

Ce fut cette occasion très heureuse qui changea immédiatement la vie de l'anatomiste et physiologiste italien. Après avoir ramené à la maison les cuisses de grenouille, Galvani est devenu convaincu de la véracité des propos de sa femme : elles tremblaient vraiment lorsqu'elles touchaient des objets en fer. A cette époque, le professeur n’avait que 34 ans. Il a passé les 25 années suivantes à essayer de trouver une explication raisonnable à ce phénomène étonnant. Le résultat de nombreuses années de travail a été le livre «Traités sur le pouvoir de l'électricité dans le mouvement musculaire», qui est devenu un véritable best-seller et a enthousiasmé l'esprit de nombreux chercheurs. Pour la première fois, ils ont commencé à parler du fait qu'il y a de l'électricité en chacun de nous et que ce sont les nerfs qui sont des sortes de « fils électriques ». Il a semblé à Galvani que les muscles accumulent en eux-mêmes de l'électricité et qu'en se contractant, ils l'émettent. Cette hypothèse nécessitait des recherches plus approfondies. Mais les événements politiques liés à l'accession au pouvoir de Napoléon Bonaparte ont empêché le professeur de mener à bien ses expériences. En raison de sa libre pensée, Galvani fut expulsé de l'université avec déshonneur et un an après ces événements tragiques, il mourut à l'âge de soixante et un ans.

Et pourtant, le destin a souhaité que les œuvres de Galvani trouvent leur suite. Le compatriote de Galvani, Alessandro Volta, après avoir lu son livre, est arrivé à l'idée que les processus chimiques sont à la base de l'électricité vivante et a créé le prototype des batteries que nous connaissons.

Biochimie de l'électricité

Deux siècles se sont écoulés avant que l’humanité ne parvienne à découvrir le secret de l’électricité vivante. Jusqu'à l'invention du microscope électronique, les scientifiques ne pouvaient même pas imaginer qu'il existait une véritable « coutume » autour de la cellule avec ses propres règles strictes de « contrôle des passeports ». La membrane d'une cellule animale est une fine coque non visible à l'œil nu, possédant des propriétés semi-perméables, elle est un garant fiable de la préservation de la viabilité de la cellule (maintien de son homéostasie).

Mais revenons à l'électricité. Quelle est la relation entre la membrane cellulaire et l’électricité vivante ?

Donc, la première moitié du 20e siècle, 1936. En Angleterre, le zoologiste John Young publie une méthode pour disséquer la fibre nerveuse d'un céphalopode. Le diamètre des fibres atteint 1 mm. Ce nerf « géant », visible à l’œil nu, conservait la capacité de conduire l’électricité même à l’extérieur du corps, dans l’eau de mer. C'est la « clé d'or » à l'aide de laquelle s'ouvrira la porte des secrets de l'électricité vivante. Trois années seulement se sont écoulées et les compatriotes de Jung, le professeur Andrew Huxley et son élève Alan Hodgkin, armés d'électrodes, ont mené une série d'expériences sur ce nerf, dont les résultats ont changé la vision du monde et « ont allumé le feu vert » sur la voie de électrophysiologie.

Le point de départ de ces études était le livre de Galvani, à savoir sa description du courant de dommage : si un muscle est coupé, alors le courant électrique « s'en échappe », ce qui stimule sa contraction. Afin de répéter ces expériences sur le nerf, Huxley a percé la membrane de la cellule nerveuse avec deux électrodes très fines, les plaçant ainsi dans son contenu (cytoplasme). Mais pas de chance ! Il n'a pas pu enregistrer les signaux électriques. Puis il a retiré les électrodes et les a placées à la surface du nerf. Les résultats furent tristes : absolument rien. Il semblait que la fortune s’était détournée des scientifiques. La dernière option restait : placer une électrode à l'intérieur du nerf et laisser l'autre à sa surface. Et voilà, une heureuse occasion ! Après seulement 0,0003 seconde, une impulsion électrique a été enregistrée provenant d’une cellule vivante. Il était évident qu’à un tel instant l’impulsion ne pouvait plus surgir. Cela ne signifiait qu’une chose : la charge était concentrée sur une cellule au repos et en bon état.

Au cours des années suivantes, des expériences similaires ont été réalisées sur d’innombrables autres cellules. Il s’est avéré que toutes les cellules sont chargées et que la charge de la membrane fait partie intégrante de sa vie. Tant que la cellule est vivante, elle est chargée. Cependant, on ne savait toujours pas comment la cellule était chargée ? Bien avant les expériences de Huxley, le physiologiste russe N. A. Bernstein (1896-1966) a publié son livre « Electrobiologie » (1912). Dans ce document, tel un voyant, il révéla théoriquement le principal secret de l'électricité vivante - les mécanismes biochimiques de la formation d'une charge cellulaire. Étonnamment, quelques années plus tard, cette hypothèse fut brillamment confirmée par les expériences de Huxley, pour lesquelles il reçut le prix Nobel. Alors, quels sont ces mécanismes ?

Comme vous le savez, tout ce qui est ingénieux est simple. Cela s’est également avéré être le cas dans ce cas-ci. Notre corps est constitué à 70 % d’eau, ou plutôt d’une solution de sels et de protéines. Si vous regardez à l'intérieur de la cellule, il s'avère que son contenu est sursaturé en ions K + (il y en a environ 50 fois plus à l'intérieur qu'à l'extérieur). Entre les cellules, dans l'espace intercellulaire, les ions Na+ prédominent (il y en a environ 20 fois plus ici que dans la cellule). Un tel déséquilibre est activement maintenu par la membrane qui, tel un régulateur, laisse passer certains ions par sa « porte » et ne laisse pas passer d’autres.

La membrane, comme une génoise, est constituée de deux couches lâches de graisses complexes (phospholipides), dont l'épaisseur est pénétrée comme des billes par des protéines qui remplissent une grande variété de fonctions, elles peuvent notamment servir de sorte de « porte ». ou des chaînes. Ces protéines ont des trous à l’intérieur qui peuvent s’ouvrir et se fermer à l’aide de mécanismes spéciaux. Chaque type d'ion possède ses propres canaux. Par exemple, le mouvement des ions K + n'est possible que via les canaux K + et Na + - via les canaux Na +.

Lorsque la cellule est au repos, le feu vert est allumé pour les ions K + et ils quittent librement la cellule par leurs canaux, se dirigeant là où ils sont peu nombreux afin d'équilibrer leur concentration. Vous souvenez-vous de votre expérience scolaire en physique ? Si vous prenez un verre d'eau et y déposez du permanganate de potassium dilué (permanganate de potassium), après un certain temps, les molécules du colorant rempliront uniformément tout le volume du verre, rendant l'eau rose. Un exemple classique de diffusion. De la même manière, cela se produit avec les ions K +, qui sont en excès dans la cellule et ont toujours une sortie libre à travers la membrane. Ions Na+, comme une personne non grata, ne bénéficient pas des privilèges de la membrane cellulaire au repos. À ce stade, pour eux, la membrane est comme une forteresse imprenable, dans laquelle il est presque impossible de pénétrer, puisque tous les canaux Na + sont fermés.

Mais qu’est-ce que l’électricité a à voir là-dedans, dites-vous ? Le fait est que, comme indiqué ci-dessus, notre corps est constitué de sels et de protéines dissous. Dans ce cas, nous parlons de sels. Qu'est-ce que le sel dissous ? Il s’agit d’un duo de cations positifs interconnectés et d’anions acides négatifs. Par exemple, une solution de chlorure de potassium est K + et Cl –, etc. À propos, la solution saline, largement utilisée en médecine pour les perfusions intraveineuses, est une solution de chlorure de sodium - NaCl (sel de table) à une concentration de 0,9%.

Dans des conditions naturelles, les ions K + ou Na + n'existent tout simplement pas seuls ; ils se trouvent toujours avec les anions acides - SO 4 2–, Cl –, PO 4 3–, etc., et dans des conditions normales, la membrane est imperméable au négatif particules. Cela signifie que lorsque les ions K + se déplacent dans leurs canaux, les anions qui leur sont associés, comme des aimants, sont attirés derrière eux, mais, incapables de sortir, s'accumulent sur la surface interne de la membrane. Étant donné que les ions Na +, c'est-à-dire les particules chargées positivement, prédominent à l'extérieur de la cellule, dans l'espace intercellulaire, et que les ions K + s'y infiltrent constamment, une charge positive en excès est concentrée sur la surface externe de la membrane et une charge négative sur sa surface intérieure. Ainsi, une cellule au repos limite « artificiellement » le déséquilibre de deux ions importants - K + et Na +, grâce à quoi la membrane est polarisée en raison de la différence de charges des deux côtés. La charge à l’état de repos de la cellule est appelée potentiel de membrane au repos, qui est d’environ -70 mV. C'est cette ampleur de charge qui a été enregistrée pour la première fois par Huxley sur le nerf géant d'un mollusque.

Lorsqu'il est devenu clair d'où vient « l'électricité » dans une cellule au repos, la question s'est immédiatement posée : où va-t-elle si la cellule fonctionne, par exemple lorsque nos muscles se contractent ? La vérité était à la surface. Il suffisait de regarder à l'intérieur de la cellule au moment de son excitation. Lorsqu'une cellule réagit à des influences externes ou internes, à ce moment-là, tous les canaux Na + s'ouvrent à la vitesse de l'éclair, comme sur commande, et les ions Na +, comme une boule de neige, se précipitent dans la cellule en une fraction de seconde. Ainsi, en un instant, dans un état d'excitation cellulaire, les ions Na+ équilibrent leur concentration de part et d'autre de la membrane, les ions K+ quittent encore lentement la cellule. La libération des ions K+ est si lente que lorsque l’ion Na+ traverse finalement les parois impénétrables de la membrane, il en reste encore une grande quantité. Désormais à l’intérieur de la cellule, notamment sur la surface interne de la membrane, une charge positive en excès va se concentrer. Sur sa surface extérieure, il y aura une charge négative, car, comme dans le cas du K +, toute une armée d'anions négatifs se précipitera derrière Na +, dont la membrane est encore impénétrable. Retenus sur sa surface extérieure par des forces d’attraction électrostatiques, ces « fragments » de sels vont créer ici un champ électrique négatif. Cela signifie qu'au moment de l'excitation de la cellule, nous observerons une inversion de charge, c'est-à-dire un changement de signe vers le signe opposé. Cela explique pourquoi la charge passe de négative à positive lorsqu’une cellule est excitée.

Il y a un autre point important que Galvani a décrit dans les temps anciens, mais qu’il n’a pas pu expliquer correctement. Lorsque Galvani a endommagé un muscle, celui-ci s'est contracté. Puis il lui sembla qu'il s'agissait d'un courant de dommage et qu'il « sortait » du muscle. Dans une certaine mesure, ses paroles étaient prophétiques. La cellule perd sa charge lorsqu'elle fonctionne. La charge n'existe que lorsqu'il existe une différence entre les concentrations d'ions Na + /K +. Lorsque la cellule est excitée, le nombre d'ions Na + des deux côtés de la membrane est le même et K + tend vers le même état. C'est pourquoi lorsque la cellule est excitée, la charge diminue et devient égale à +40 mV.

Une fois l’énigme de « l’excitation » résolue, une autre question se posait inévitablement : comment la cellule revient-elle à la normale ? Comment la charge apparaît-elle à nouveau dessus ? Après tout, elle ne meurt pas après avoir travaillé. Et en effet, quelques années plus tard, ils ont découvert ce mécanisme. Il s’est avéré qu’il s’agissait d’une protéine intégrée dans la membrane, mais c’était une protéine inhabituelle. D’une part, cela ressemblait à des écureuils gris. En revanche, contrairement à ses frères, cette protéine « facturait cher son travail », à savoir l’énergie, si précieuse pour la cellule. De plus, l’énergie adaptée à son fonctionnement doit être spéciale, sous forme de molécules d’ATP (acide adénosine triphosphorique). Ces molécules sont spécialement synthétisées dans les « stations énergétiques » de la cellule - les mitochondries, soigneusement stockées là-bas et, si nécessaire, livrées à destination à l'aide de transporteurs spéciaux. L'énergie de ces « ogives » est libérée lors de leur désintégration et est dépensée pour répondre à divers besoins de la cellule. En particulier, dans notre cas, cette énergie est nécessaire au travail d'une protéine appelée Na/K-ATPase, dont la fonction principale est, telle une navette, de transporter Na + hors de la cellule, et K + à l'inverse. direction.

Ainsi, pour retrouver la force perdue, vous devez travailler. Pensez-y, il y a là un véritable paradoxe caché. Lorsqu'une cellule fonctionne, ce processus se produit passivement au niveau de la membrane cellulaire, et pour se reposer, elle a besoin d'énergie.

Comment les nerfs « parlent » entre eux

Si vous vous piquez le doigt, votre main se retirera immédiatement. C'est-à-dire qu'avec un effet mécanique sur les récepteurs cutanés, l'excitation qui apparaît en un point local donné atteint le cerveau et retourne à la périphérie afin que nous puissions réagir de manière adéquate à la situation. Ceci est un exemple de réponse innée, ou de réflexes inconditionnés, qui comprend de nombreuses réponses défensives telles que cligner des yeux, tousser, éternuer, se gratter, etc.

Comment l’excitation, apparue sur la membrane d’une cellule, peut-elle pouvoir continuer ? Avant de répondre à cette question, familiarisons-nous avec la structure d'une cellule nerveuse - un neurone dont le sens de la « vie » est de conduire l'excitation ou l'influx nerveux.

Ainsi, un neurone, comme une comète volante, est constitué d'un corps de cellule nerveuse, autour duquel se trouvent de nombreux petits processus - des dendrites, et une longue "queue" - un axone. Ce sont ces processus qui servent en quelque sorte de fils à travers lesquels circule le « courant vivant ». Puisque toute cette structure complexe est une seule cellule, les processus d’un neurone ont le même ensemble d’ions que son corps. Quel est le processus d’excitation d’une région locale d’un neurone ? Il s'agit d'une sorte de perturbation du « calme » de son environnement externe et interne, exprimée sous la forme d'un mouvement dirigé des ions. L'excitation, née à l'endroit où le stimulus s'est produit, se propage plus loin dans la chaîne selon les mêmes principes que dans ce domaine. Seulement maintenant, le stimulus pour les zones voisines ne sera pas un stimulus externe, mais des processus internes provoqués par le flux d'ions Na + et K + et des changements dans la charge membranaire. Ce processus est similaire à la façon dont les vagues se propagent à partir d’un caillou jeté dans l’eau. Tout comme dans le cas d'un caillou, les biocourants le long de la membrane des fibres nerveuses se propagent en ondes circulaires, provoquant l'excitation de zones de plus en plus éloignées.

Dans l’expérience, l’excitation provenant d’un point local se propage davantage dans les deux directions. Dans des conditions réelles, l'influx nerveux s'effectue de manière unidirectionnelle. Cela est dû au fait que la zone travaillée a besoin de repos. Et le reste d’une cellule nerveuse, comme nous le savons déjà, est actif et associé à une dépense énergétique. L'excitation d'une cellule est la « perte » de sa charge. C'est pourquoi, dès qu'une cellule fonctionne, sa capacité à exciter diminue fortement. Cette période est appelée réfractaire, du mot français réfractaire- ne répond pas. Une telle immunité peut être absolue (immédiatement après l'excitation) ou relative (lorsque la charge membranaire est restaurée), lorsqu'il est possible de provoquer une réponse, mais par des stimuli trop forts.

Si l’on se demande de quelle couleur est notre cerveau, il s’avère que la grande majorité, à quelques exceptions près, est grise et blanche. Les corps et les processus courts des cellules nerveuses sont gris et les processus longs sont blancs. Ils sont blancs car ils sont recouverts d’une isolation supplémentaire sous forme de « graisse » ou de coussinets de myéline. D'où viennent ces oreillers ? Autour du neurone se trouvent des cellules spéciales nommées d'après le neurophysiologiste allemand qui les a décrits pour la première fois - les cellules de Schwann. Comme les nounous, elles aident le neurone à se développer et sécrètent notamment de la myéline, qui est une sorte de « graisse » ou lipide, qui enveloppe soigneusement les zones du neurone en croissance. Cependant, cet équipement ne couvre pas toute la surface du long processus, mais des zones distinctes entre lesquelles l'axone reste nu. Les zones exposées sont appelées nœuds de Ranvier.

C’est intéressant, mais la vitesse d’excitation dépend de la façon dont le processus nerveux est « habillé ». Ce n'est pas difficile à deviner - il existe un "uniforme" spécial afin d'augmenter l'efficacité du passage des biocourants le long du nerf. En effet, si dans les dendrites grises l'excitation se déplace comme une tortue (de 0,5 à 3 m/s), séquentiellement, sans manquer une seule section, alors dans l'axone blanc l'influx nerveux saute le long des zones « nues » de Ranvier, ce qui augmente considérablement la vitesse de leur conduction jusqu'à 120 m/s. Ces nerfs rapides innervent principalement les muscles, assurant ainsi la protection du corps. Les organes internes n'ont pas besoin d'une telle vitesse. Par exemple, la vessie peut s'étirer longtemps et envoyer des impulsions indiquant sa plénitude, tandis que la main doit immédiatement se retirer du feu, sinon elle risque d'être endommagée.

Le cerveau adulte pèse en moyenne 1 300 g. Cette masse est constituée de 10 10 cellules nerveuses. Un si grand nombre de neurones ! Par quels mécanismes l’excitation se propage-t-elle d’une cellule à l’autre ?

Percer le mystère de la communication dans le système nerveux a sa propre histoire. Au milieu du XIXe siècle, le physiologiste français Claude Bernard reçut d'Amérique du Sud un précieux colis contenant du poison curare, le même poison que les Indiens utilisaient pour enduire leurs pointes de flèches. Le scientifique souhaitait étudier les effets des poisons sur le corps. On savait qu'un animal frappé par un tel poison mourait d'étouffement dû à une paralysie des muscles respiratoires, mais personne ne savait exactement comment fonctionnait ce tueur ultra-rapide. Pour comprendre cela, Bernard a réalisé une expérience simple. Il a dissous le poison dans une boîte de Pétri, y a placé un muscle avec un nerf et a vu que si seulement le nerf était immergé dans le poison, le muscle restait sain et pouvait encore fonctionner. Si vous empoisonnez uniquement un muscle avec du poison, même dans ce cas, sa capacité à se contracter est préservée. Et ce n'est que lorsque la zone située entre le nerf et le muscle a été placée dans le poison qu'un tableau typique d'empoisonnement a pu être observé : le muscle est devenu incapable de se contracter, même sous de très fortes influences électriques. Il est devenu évident qu’il y avait un « espace » entre le nerf et le muscle, où agit le poison.

Il s'est avéré que de telles «lacunes» peuvent être trouvées n'importe où dans le corps; tout le réseau neuronal en est littéralement imprégné. D'autres substances ont également été trouvées, comme la nicotine, qui agissaient sélectivement sur les endroits mystérieux entre le nerf et le muscle, provoquant sa contraction. Au début, ces connexions invisibles étaient appelées connexion myoneurale, et plus tard le neurophysiologiste anglais Charles Sherrington leur donna le nom de synapses, du mot latin synapse- connexion, connexion. Cependant, le point final de cette histoire a été posé par le pharmacologue autrichien Otto Lewy, qui a réussi à trouver un intermédiaire entre le nerf et le muscle. On dit qu'il a rêvé qu'une certaine substance « s'écoulait » du nerf et faisait travailler le muscle. Le lendemain matin, il a pris une décision ferme : il lui fallait rechercher cette substance particulière. Et il l'a trouvé ! Tout s'est avéré assez simple. Levi prit deux cœurs et isola le plus gros nerf de l'un d'eux - nerf vague. Prévoyant à l'avance que quelque chose en ressortirait, il connecta ces deux « moteurs musculaires » avec un système de tubes et commença à irriter le nerf. Levi savait que son irritation faisait s'arrêter son cœur. Cependant, non seulement le cœur sur lequel agissait le nerf irrité s'est arrêté, mais aussi le deuxième qui lui était relié par la solution. Un peu plus tard, Levi réussit à isoler cette substance sous sa forme pure, appelée « acétylcholine ». Ainsi, des preuves irréfutables ont été trouvées de la présence d’un intermédiaire dans la « conversation » entre nerf et muscle. Cette découverte a reçu le prix Nobel.

Et puis tout est allé beaucoup plus vite. Il s'est avéré que le principe de communication entre nerfs et muscles découvert par Levy est universel. Avec l'aide d'un tel système, non seulement les nerfs et les muscles communiquent, mais aussi les nerfs eux-mêmes communiquent entre eux. Cependant, malgré le fait que le principe d'une telle communication soit le même, les intermédiaires ou, comme on les appela plus tard, les médiateurs (du mot latin médiateur- intermédiaire), peut être différent. Chaque nerf a le sien, comme une passe. Ce modèle a été établi par le pharmacologue anglais Henry Dale, pour lequel il a également reçu le prix Nobel. Ainsi, le langage de la communication neuronale est devenu clair ; il ne restait plus qu’à voir à quoi ressemblait cette conception.

Comment fonctionne une synapse ?

Si nous regardons un neurone au microscope électronique, nous verrons qu'il ressemble à un arbre de Noël, le tout suspendu à des sortes de boutons. Il peut y avoir jusqu’à 10 000 « boutons » ou, comme vous l’avez peut-être deviné, des synapses sur un seul neurone. Examinons l’un d’entre eux de plus près. Que verrons-nous ? A la partie terminale du neurone, le long processus s'épaissit, il nous apparaît donc sous la forme d'un bouton. Dans cet épaississement, l’axone semble s’affiner et perd sa tunique blanche sous forme de myéline. À l’intérieur du « bouton », il y a un grand nombre de bulles remplies d’une substance. En 1954, George Palade devina qu'il ne s'agissait là que d'un lieu de stockage pour médiateurs (20 ans plus tard, il reçut le prix Nobel pour cette hypothèse). Lorsque l’excitation atteint la station finale du long processus, les médiateurs sont libérés de leur confinement. Pour cela, des ions Ca 2+ sont utilisés. En se dirigeant vers la membrane, ils fusionnent avec elle, puis éclatent (exocytose), et le transmetteur sous pression pénètre dans l'espace entre les deux cellules nerveuses, appelé fente synaptique. C'est négligeable, de sorte que les molécules du médiateur atteignent rapidement la membrane du neurone voisin, sur laquelle se trouvent à leur tour des antennes spéciales, ou récepteurs (du mot latin recipio - prendre, accepter), qui capturent le médiateur. Cela se produit selon le principe de la « clé pour verrouiller » : la forme géométrique du récepteur correspond entièrement à la forme du médiateur. Après avoir échangé une « poignée de main », le médiateur et le récepteur sont contraints de se séparer. Leur rencontre est très courte et la dernière pour le médiateur. Une fraction de seconde seulement suffit à l'émetteur pour déclencher une excitation sur un neurone voisin, après quoi il est détruit à l'aide de mécanismes spéciaux. Et puis cette histoire se répétera encore et encore, et ainsi l'électricité vivante circulera à l'infini le long des « fils nerveux », nous cachant de nombreux secrets et nous attirant ainsi par son mystère.

Est-il nécessaire de parler de l'importance des découvertes dans le domaine de l'électrophysiologie ? Il suffit de dire que sept prix Nobel ont été décernés pour avoir levé le voile sur le monde de l’électricité vivante. Aujourd’hui, la majeure partie de l’industrie pharmaceutique repose sur ces découvertes fondamentales. Par exemple, aller chez le dentiste n’est plus une épreuve si terrible. Une injection de lidocaïne - et les canaux Na + au site d'injection seront temporairement bloqués. Et vous ne ressentirez plus de procédures douloureuses. Vous avez mal au ventre, le médecin vous prescrira des médicaments (no-spa, papavérine, platifiline, etc.), dont la base est le blocage des récepteurs afin que le médiateur acétylcholine, qui déclenche de nombreux processus dans le tractus gastro-intestinal, ne puisse pas entrer en contact. eux, etc. Récemment, une série de médicaments pharmacologiques à action centrale visant à améliorer la mémoire, la fonction de la parole et l'activité mentale se sont activement développés.