Živá správa o elektrine. Elektrina v živej prírode. Elektrina v telách zvierat

Slávni vedci Galvani a Volta objavili koncom 18. storočia u zvierat elektrinu. Prvými zvieratami, na ktorých vedci experimentovali, aby potvrdili svoj objav, boli žaby.Elektrina vytvára nervové, svalové a žľazové bunky všetkých živých tvorov, ale táto schopnosť je najviac rozvinutá u rýb.

V súčasnosti je známe, že z 20 tisíc moderných druhov rýb je asi 300 schopných vytvárať a využívať bioelektrické polia.
Na základe povahy generovaných výbojov sa takéto ryby delia na vysoko elektrické a slabo elektrické. Medzi prvé patria sladkovodné juhoamerické elektrické úhory, africký elektrický sumec a morské elektrické lúče. Tieto ryby vytvárajú veľmi silné výboje: úhory, napríklad, s napätím až 600 voltov, sumec - 350. Súčasné napätie veľkých morských lúčov je nízke, pretože morská voda je dobrý vodič, ale súčasná sila ich výbojov , napríklad torpédový lúč, niekedy dosahuje 60 ampérov.

Ryby druhého typu, napríklad Mormyrus, Gnatonemus, Gymnarchus a ďalší predstavitelia radu veľrýb zobákov, nevyžarujú samostatné výboje. Vysielajú do vody sériu takmer nepretržitých a rytmických signálov (impulzov) vysokej frekvencie, čím vytvárajú okolo ich tela elektrické pole. Konfigurácia tohto poľa sa objavuje vo forme takzvaných siločiar. Ak sa do elektrického poľa dostane predmet, ktorý sa svojou elektrickou vodivosťou líši od vody, zmení sa konfigurácia poľa: predmety s väčšou vodivosťou sústreďujú silové ľalie okolo seba a tie s menšou vodivosťou ich rozptyľujú. Ryby vnímajú tieto zmeny pomocou elektrických receptorov, ktoré sa u väčšiny rýb nachádzajú v oblasti hlavy, a určujú polohu objektu. Tieto ryby teda vykonávajú skutočnú elektrickú polohu.

Zobáky žijú v Afrike, v pomaly tečúcich bahnitých riekach, ako aj v jazerách a močiaroch, takmer všetky lovia hlavne v noci. Niektoré z nich majú slabý zrak, a preto si tieto ryby v procese dlhého vývoja vyvinuli takú dokonalú metódu na zisťovanie potravy, nepriateľov a rôznych predmetov na diaľku.

Techniky používané elektrickými rybami pri chytaní koristi a obrane pred nepriateľmi naznačujú technické riešenia pre ľudí pri vývoji zariadení na elektrický rybolov a odpudzovanie rýb. Modelovanie elektrických systémov lokalizácie rýb otvára výnimočné vyhliadky. V modernej podvodnej technológii lokalizácie neexistujú žiadne vyhľadávacie a detekčné systémy, ktoré by fungovali rovnakým spôsobom ako elektrolokátory vytvorené v dielni prírody. Vedci z mnohých krajín usilovne pracujú na vytvorení takéhoto zariadenia.

Mnohé kvety a listy majú schopnosť zatvárať a otvárať v závislosti od času a dňa. Spôsobujú to elektrické signály predstavujúce akčný potenciál. Listy je možné prinútiť zavrieť pomocou vonkajších elektrických stimulov. Okrem toho mnohé rastliny zažívajú škodlivé prúdy. Časti listov a stoniek sú vždy negatívne nabité v porovnaní s normálnym tkanivom.

Úloha elektriny je v živote rôznych rýb odlišná. Niektoré z nich používajú špeciálne orgány na vytváranie silných elektrických výbojov vo vode. Napríklad sladkovodný úhor vytvára napätie takej sily, že dokáže odraziť nepriateľský útok alebo paralyzovať obeť. Elektrické orgány rýb sú tvorené svalmi, ktoré stratili schopnosť sťahovať sa. Svalové tkanivo slúži ako vodič a spojivové tkanivo ako izolant. Nervy z miechy idú do orgánu. Ale vo všeobecnosti ide o jemne doskovú štruktúru striedajúcich sa prvkov. Úhor má od 6 000 do 10 000 prvkov zapojených do série, aby vytvorili stĺpec, a asi 70 stĺpcov v každom orgáne umiestnených pozdĺž tela.

Mmmmmmmmm

Mnohé kvety a listy majú schopnosť zatvárať a otvárať v závislosti od času a dňa. Spôsobujú to elektrické signály predstavujúce akčný potenciál. Listy je možné prinútiť zavrieť pomocou vonkajších elektrických stimulov. Okrem toho mnohé rastliny zažívajú škodlivé prúdy. Časti listov a stoniek sú vždy negatívne nabité v porovnaní s normálnym tkanivom.

Úloha elektriny je v živote rôznych rýb odlišná. Niektoré z nich používajú špeciálne orgány na vytváranie silných elektrických výbojov vo vode. Napríklad sladkovodný úhor vytvára napätie takej sily, že dokáže odraziť nepriateľský útok alebo paralyzovať obeť. Elektrické orgány rýb sú tvorené svalmi, ktoré stratili schopnosť sťahovať sa. Svalové tkanivo slúži ako vodič a spojivové tkanivo ako izolant. Nervy z miechy idú do orgánu. Ale vo všeobecnosti ide o jemne doskovú štruktúru striedajúcich sa prvkov. Úhor má od 6 000 do 10 000 prvkov zapojených do série, aby vytvorili stĺpec, a asi 70 stĺpcov v každom orgáne umiestnených pozdĺž tela.

Mnohé kvety a listy majú schopnosť zatvárať a otvárať v závislosti od času a dňa. Spôsobujú to elektrické signály predstavujúce akčný potenciál. Listy je možné prinútiť zavrieť pomocou vonkajších elektrických stimulov. Okrem toho mnohé rastliny zažívajú škodlivé prúdy. Časti listov a stoniek sú vždy negatívne nabité v porovnaní s normálnym tkanivom.

Úloha elektriny je v živote rôznych rýb odlišná. Niektoré z nich používajú špeciálne orgány na vytváranie silných elektrických výbojov vo vode. Napríklad sladkovodný úhor vytvára napätie takej sily, že dokáže odraziť nepriateľský útok alebo paralyzovať obeť. Elektrické orgány rýb sú tvorené svalmi, ktoré stratili schopnosť sťahovať sa. Svalové tkanivo slúži ako vodič a spojivové tkanivo ako izolant. Nervy z miechy idú do orgánu. Ale vo všeobecnosti ide o jemne doskovú štruktúru striedajúcich sa prvkov. Úhor má od 6 000 do 10 000 prvkov zapojených do série, aby vytvorili stĺpec, a asi 70 stĺpcov v každom orgáne umiestnených pozdĺž tela.

Mnohé kvety a listy majú schopnosť zatvárať a otvárať v závislosti od času a dňa. Spôsobujú to elektrické signály predstavujúce akčný potenciál. Listy je možné prinútiť zavrieť pomocou vonkajších elektrických stimulov. Okrem toho mnohé rastliny zažívajú škodlivé prúdy. Časti listov a stoniek sú vždy negatívne nabité v porovnaní s normálnym tkanivom.

Úloha elektriny je v živote rôznych rýb odlišná. Niektoré z nich používajú špeciálne orgány na vytváranie silných elektrických výbojov vo vode. Napríklad sladkovodný úhor vytvára napätie takej sily, že dokáže odraziť nepriateľský útok alebo paralyzovať obeť. Elektrické orgány rýb sú tvorené svalmi, ktoré stratili schopnosť sťahovať sa. Svalové tkanivo slúži ako vodič a spojivové tkanivo ako izolant. Nervy z miechy idú do orgánu. Ale vo všeobecnosti ide o jemne doskovú štruktúru striedajúcich sa prvkov. Úhor má od 6 000 do 10 000 prvkov zapojených do série, aby vytvorili stĺpec, a asi 70 stĺpcov v každom orgáne umiestnených pozdĺž tela.

Mnohé kvety a listy majú schopnosť zatvárať a otvárať v závislosti od času a dňa. Spôsobujú to elektrické signály predstavujúce akčný potenciál. Listy je možné prinútiť zavrieť pomocou vonkajších elektrických stimulov. Okrem toho mnohé rastliny zažívajú škodlivé prúdy. Časti listov a stoniek sú vždy negatívne nabité v porovnaní s normálnym tkanivom.

Úloha elektriny je v živote rôznych rýb odlišná. Niektoré z nich používajú špeciálne orgány na vytváranie silných elektrických výbojov vo vode. Napríklad sladkovodný úhor vytvára napätie takej sily, že dokáže odraziť nepriateľský útok alebo paralyzovať obeť. Elektrické orgány rýb sú tvorené svalmi, ktoré stratili schopnosť sťahovať sa. Svalové tkanivo slúži ako vodič a spojivové tkanivo ako izolant. Nervy z miechy idú do orgánu. Ale vo všeobecnosti ide o jemne doskovú štruktúru striedajúcich sa prvkov. Úhor má od 6 000 do 10 000 prvkov zapojených do série, aby vytvorili stĺpec, a asi 70 stĺpcov v každom orgáne umiestnených pozdĺž tela.

Mnohé kvety a listy majú schopnosť zatvárať a otvárať v závislosti od času a dňa. Spôsobujú to elektrické signály predstavujúce akčný potenciál. Listy je možné prinútiť zavrieť pomocou vonkajších elektrických stimulov. Okrem toho mnohé rastliny zažívajú škodlivé prúdy. Časti listov a stoniek sú vždy negatívne nabité v porovnaní s normálnym tkanivom.

Úloha elektriny je v živote rôznych rýb odlišná. Niektoré z nich používajú špeciálne orgány na vytváranie silných elektrických výbojov vo vode. Napríklad sladkovodný úhor vytvára napätie takej sily, že dokáže odraziť nepriateľský útok alebo paralyzovať obeť. Elektrické orgány rýb sú tvorené svalmi, ktoré stratili schopnosť sťahovať sa. Svalové tkanivo slúži ako vodič a spojivové tkanivo ako izolant. Nervy z miechy idú do orgánu. Ale vo všeobecnosti ide o jemne doskovú štruktúru striedajúcich sa prvkov. Úhor má od 6 000 do 10 000 prvkov zapojených do série, aby vytvorili stĺpec, a asi 70 stĺpcov v každom orgáne umiestnených pozdĺž tela.

Vedeli ste, že niektoré rastliny využívajú elektrinu a niektoré druhy rýb sa pohybujú vo vesmíre a omračujú korisť pomocou elektrických orgánov?

: Publikácia „Príroda“ diskutovala o tom, ako sa v rastlinách prenášajú elektrické impulzy. Významnými príkladmi, ktoré sa mi okamžite vybavia, sú mucholapka Venuša a mimóza pudica, u ktorých je pohyb listov spôsobený elektrinou. Ale sú aj iné príklady.

„Nervový systém cicavcov prenáša elektrické signály rýchlosťou až 100 metrov za sekundu. Rastliny žijú pomalším tempom. A hoci nemajú nervový systém, niektoré rastliny, ako napríklad mimóza pudica ( Mimosa pudica) a mucholapka venereus ( Dionaea muscipula), použite elektrické signály na vyvolanie rýchleho pohybu listov. Prenos signálu v týchto rastlinách dosahuje rýchlosť 3 cm za sekundu - a táto rýchlosť je porovnateľná s rýchlosťou nervových impulzov vo svaloch. Na strane 422 tohto vydania autor Mousavi a jeho kolegovia skúmajú zaujímavú a nie celkom pochopenú otázku ako rastliny generujú a prenášajú elektrické signály. Autori identifikujú dva proteíny podobné glutamátovým receptorom, ktoré sú kritickými zložkami procesu indukcie elektrickej vlny vyvolanej poranením listov. Šíri sa do susedných orgánov, čo spôsobuje, že zvyšujú obranné reakcie v reakcii na potenciálny útok bylinožravcov.“

Kto by si myslel, že rezanie listu môže spustiť elektrický signál? Pokusy na rastline Tal's rhizomet neukázali žiadnu reakciu pri vystavení listu, ale keď bol list zjedený, objavil sa elektrický signál, ktorý sa šíril rýchlosťou 9 cm za minútu.

"Prenos elektrického signálu bol najúčinnejší v listoch umiestnených priamo nad alebo pod zraneným listom," poznamenáva papier. "Tieto listy sú navzájom spojené cievnym lôžkom rastliny, cez ktoré sa prenáša voda a organické zložky a signály sa tiež vynikajúco prenášajú na veľké vzdialenosti.". Výsledný signál zapne ochranné zložky v géne. "Tieto neuveriteľné pozorovania jasne ukazujú, že generovanie a prenos elektrického signálu hrá rozhodujúcu úlohu pri iniciovaní obranných reakcií vo vzdialených cieľoch, keď sú napadnuté bylinožravcami."

Autori pôvodného článku sa téme evolúcie nezaoberali inak, než navrhli, že „hlboko zachovaná funkcia týchto génov, Možno, je spojnicou medzi vnímaním poškodenia a periférnymi ochrannými reakciami.“ Ak je pravda, že táto funkcia musela „existovať pred divergenciou vo vývoji zvierat a rastlín“.

Elektrická ryba : V Amazónii sa našli dva nové druhy elektrických rýb, ktoré sú však elektrinou vybavené rôznymi spôsobmi. Jedna z nich, ako väčšina iných elektrických rýb, je dvojfázová (alebo je zdrojom striedavého prúdu) a druhá je jednofázová (je zdrojom jednosmerného prúdu). Jeden článok Science Daily sa zaoberal evolučnými dôvodmi, prečo to takto funguje, a zaujímavé je, že "tieto jemné ryby produkujú impulzy len niekoľkých stoviek milivoltov cez orgán, ktorý mierne vyčnieva z vláknitého chvosta." Tento impulz je príliš slabý na to, aby zabil obeť, ako to robí známy elektrický úhor, ale tieto impulzy čítajú zástupcovia iných druhov a používajú ich na komunikáciu príslušníci opačného pohlavia. Ryby ich využívajú na "Elektrolokácia" v zložitom vodnom prostredí v noci". Pokiaľ ide o ich vývoj, tieto dve ryby sú také podobné, že sú klasifikované ako rovnaký druh, pričom jediným rozdielom je rozdiel v elektrickej fáze ich signálov.

Existuje obrovské množstvo spôsobov, ako prijímať informácie o svete okolo nás: dotyk, zrak, zvuk, čuch a teraz elektrina. Živý svet je zázrakom komunikácie medzi jednotlivými organizmami a ich prostredím. Každý zmyslový orgán je jemne navrhnutý a prináša telu veľké výhody. Sofistikované systémy nie sú výsledkom slepých, nekontrolovaných procesov. Veríme, že ak sa na ne pozrieme ako na systémy postavené na základe inteligentného dizajnu, urýchlime proces výskumu, budeme hľadať pohľady na vyšší dizajn a napodobníme ich, aby sa zlepšila oblasť inžinierstva. A skutočnou prekážkou pokroku vedy je predpoklad: „Ach, tento organizmus sa vyvinul len preto, že sa vyvinul. Ide o uspávajúci prístup, ktorý má hypnotický účinok.

Elektrina vo voľnej prírode Travnikov Andrey 9 "B"

Elektrina Elektrina je súbor javov spôsobených existenciou, interakciou a pohybom elektrických nábojov.

Elektrina v ľudskom tele Ľudské telo obsahuje mnoho chemikálií (ako je kyslík, draslík, horčík, vápnik alebo sodík), ktoré navzájom reagujú a vytvárajú elektrickú energiu. Okrem iného k tomu dochádza v procese takzvaného „bunkového dýchania“ - získavania energie potrebnej pre život bunkami tela. Napríklad v ľudskom srdci sú bunky, ktoré v procese udržiavania srdcového rytmu absorbujú sodík a uvoľňujú draslík, ktorý vytvára v bunke kladný náboj. Keď náboj dosiahne určitú hodnotu, bunky získajú schopnosť ovplyvňovať kontrakcie srdcového svalu.

Blesk Blesk je obrovský elektrický výboj v atmosfére, ktorý sa zvyčajne môže vyskytnúť počas búrky, čo vedie k jasnému záblesku svetla a sprievodnému hromu.

Elektrina v rybách Všetky druhy elektrických rýb majú špeciálny orgán, ktorý vyrába elektrinu. S jeho pomocou zvieratá lovia a bránia sa, prispôsobujú sa životu vo vodnom prostredí. Elektrický orgán všetkých rýb je navrhnutý rovnako, ale líši sa veľkosťou a umiestnením. Prečo sa však u žiadneho suchozemského živočícha nenašiel elektrický orgán? Dôvod je nasledovný. Jedine voda s rozpustenými soľami je výborným vodičom elektriny, čo umožňuje využiť pôsobenie elektrického prúdu na diaľku.

Elektrický rejnok Elektrické rejnoky sú oddelením chrupavčitých rýb, v ktorých sú párové elektrické orgány v tvare obličiek umiestnené po stranách tela medzi hlavou a prsnými plutvami. Rad zahŕňa 4 čeľade a 69 druhov. Elektrické rejnoky sú známe svojou schopnosťou produkovať elektrický náboj, ktorého napätie (v závislosti od typu) sa pohybuje od 8 do 220 voltov. Stingrays ho používajú na obranu a dokážu omráčiť korisť alebo nepriateľov. Žijú v tropických a subtropických vodách všetkých oceánov

Elektrický úhor Dĺžka od 1 do 3 m, hmotnosť do 40 kg. Elektrický úhor má holú kožu, bez šupín, a telo je veľmi pretiahnuté, vpredu zaoblené a vzadu trochu stlačené. Farba dospelých elektrických úhorov je olivovohnedá, spodná strana hlavy a hrdla je jasne oranžová, okraj análnej plutvy je svetlý a oči sú smaragdovo zelené. Generuje výboj s napätím do 1300 V a prúdom do 1 A. Kladný náboj je v prednej časti tela, záporný v zadnej časti. Elektrické orgány využíva úhor na ochranu pred nepriateľmi a na paralyzovanie koristi, ktorú tvoria najmä malé ryby.

Mucholapka mucholapka je malá bylinná rastlina s ružicou 4-7 listov, ktoré vyrastajú z krátkej podzemnej stonky. Stonka je baňatá. Listy majú veľkosť od troch do siedmich centimetrov, v závislosti od ročného obdobia sa po odkvitnutí zvyčajne tvoria dlhé pascové listy. V prírode sa živí hmyzom, niekedy sa vyskytujú mäkkýše (slimáky). Pohyb listov nastáva v dôsledku elektrického impulzu.

Mimosa pudica Výborným vizuálnym dôkazom prejavu akčných prúdov v rastlinách je mechanizmus skladania listov vplyvom vonkajších podnetov u Mimosa pudica, ktorá má pletivá, ktoré sa môžu prudko sťahovať. Ak na jeho listy prinesiete cudzí predmet, zatvoria sa. Odtiaľ pochádza aj názov rastliny.

Pri príprave tejto prezentácie som sa naučil veľa o organizmoch v prírode a o tom, ako vo svojom živote využívajú elektrinu.

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

Pokračujeme v publikovaní populárno-vedeckých prednášok mladých vysokoškolských pedagógov, ktorí získali granty Dobročinnej nadácie V. Potanina. Tentokrát našim čitateľom predkladáme zhrnutie prednášky docenta Katedry fyziológie ľudí a zvierat na Saratovskej štátnej univerzite. N. G. Chernyshevsky kandidát biologických vied Oksana Semyachkina-Glushkovskaya.

Živé elektrárne

Elektrina hrá niekedy neviditeľnú, ale životne dôležitú úlohu v existencii mnohých organizmov vrátane ľudí.

Elektrina do našich životov vstúpila prekvapivo vďaka zvieratám, najmä elektrickým rybám. Napríklad elektrofyziologický smer v medicíne je založený na použití elektrických rejnokov v liečebných postupoch. Živé zdroje elektriny prvýkrát zaviedol do svojej lekárskej praxe slávny starorímsky lekár Claudius Galen. Syn bohatého architekta Galen získal spolu s dobrým vzdelaním pôsobivé dedičstvo, ktoré mu umožnilo niekoľko rokov cestovať po pobreží Stredozemného mora. Jedného dňa sa Galenovi v jednej z malých dedín naskytol zvláštny pohľad: k nemu kráčali dvaja miestni obyvatelia s rejnokmi priviazanými k hlavám. Tento „liek proti bolesti“ našiel využitie pri liečení rán gladiátorov v Ríme, kam sa Galen po dokončení svojej cesty vrátil. Svojrázne fyzioterapeutické procedúry sa ukázali byť natoľko účinné, že aj cisár Mark Antonius, ktorý trpel bolesťami chrbta, riskoval nezvyčajný spôsob liečby. Keď sa cisár zbavil vyčerpávajúcej choroby, vymenoval Galena za svojho osobného lekára.

Mnohé elektrické ryby však používajú elektrinu na ďaleko od mierových účelov, najmä na zabíjanie svojej koristi.

Európania sa prvýkrát stretli s obludnými živými elektrárňami v džungli Južnej Ameriky. Partia dobrodruhov, ktorá prenikla na horný tok Amazonky, narazila na množstvo malých potôčikov. Len čo však jeden z členov expedície vkročil do teplej vody potoka, upadol do bezvedomia a zostal v tomto stave dva dni. Bolo to všetko o elektrických úhoroch, ktorí žijú v týchto zemepisných šírkach. Amazonské elektrické úhory dosahujúce tri metre na dĺžku sú schopné generovať elektrinu s napätím viac ako 550 V. Elektrický výboj v sladkej vode omráči korisť, ktorú zvyčajne tvoria ryby a žaby, ale môže zabiť aj človeka a dokonca aj koňa, ak sú v čase vypúšťania nablízku

Nie je známe, kedy by ľudstvo vážne prevzalo elektrinu, keby sa nestal úžasný incident, ktorý sa stal manželke slávneho bolonského profesora Luigiho Galvaniho. Nie je žiadnym tajomstvom, že Taliani sú známi svojimi širokými chuťovými preferenciami. Preto sa im nebráni občas sa hrať so žabími stehienkami. Deň bol búrlivý a fúkal silný vietor. Keď Senora Galvani vstúpila do mäsiarstva, v očiach sa jej objavil strašný obraz. Nohy mŕtvych žiab, ako keby boli živé, sa pri silnom poryve vetra dotkli železných zábradlí. Senora natoľko obťažovala svojho manžela svojimi historkami o mäsiarovej blízkosti zlých duchov, že sa profesor rozhodol sám zistiť, čo sa vlastne deje.

Bola to veľmi šťastná príležitosť, ktorá okamžite zmenila život talianskeho anatóma a fyziológa. Keď si Galvani priniesol domov žabie stehienka, presvedčil sa o pravdivosti slov svojej manželky: pri dotyku železných predmetov sa poriadne škubali. V tom čase mal profesor len 34 rokov. Nasledujúcich 25 rokov sa snažil nájsť rozumné vysvetlenie tohto úžasného javu. Výsledkom dlhoročnej práce bola kniha „Pojednania o sile elektriny vo svalovom pohybe“, ktorá sa stala skutočným bestsellerom a nadchla mysle mnohých výskumníkov. Prvýkrát začali hovoriť o tom, že v každom z nás je elektrina a že práve nervy sú akési „elektrické drôty“. Galvanimu sa zdalo, že svaly v sebe akumulujú elektrinu a keď sa stiahnu, vyžarujú ju. Táto hypotéza si vyžadovala ďalší výskum. Ale politické udalosti spojené s nástupom Napoleona Bonaparta k moci zabránili profesorovi dokončiť jeho experimenty. Pre jeho voľnomyšlienkárstvo bol Galvani potupne vylúčený z univerzity a rok po týchto tragických udalostiach ako šesťdesiatjedenročný zomrel.

A predsa osud prial, aby Galvaniho diela našli svoje pokračovanie. Galvaniho krajan Alessandro Volta po prečítaní jeho knihy prišiel na myšlienku, že chemické procesy sú základom živej elektriny a vytvoril prototyp batérií, ktoré poznáme.

Biochémia elektriny

Kým sa ľudstvu podarilo odhaliť tajomstvo živej elektriny, prešli ešte dve storočia. Kým nebol vynájdený elektrónový mikroskop, vedci si ani nevedeli predstaviť, že okolo bunky existujú skutočné „zvyky“ s vlastnými prísnymi pravidlami „pasovej kontroly“. Membrána živočíšnej bunky je voľným okom neviditeľná tenká škrupina, má polopriepustné vlastnosti, je spoľahlivým garantom zachovania životaschopnosti bunky (udržiavania jej homeostázy).

Ale vráťme sa k elektrine. Aký je vzťah medzi bunkovou membránou a živou elektrinou?

Takže prvá polovica 20. storočia, 1936. V Anglicku zoológ John Young publikuje metódu pitvy nervového vlákna hlavonožca. Priemer vlákna dosiahol 1 mm. Tento „obrovský“ nerv viditeľný okom si zachoval schopnosť viesť elektrinu aj mimo tela v morskej vode. Toto je „zlatý kľúč“, pomocou ktorého sa otvoria dvere do tajomstiev živej elektriny. Prešli iba tri roky a Jungovi krajania - profesor Andrew Huxley a jeho študent Alan Hodgkin, vyzbrojení elektródami, vykonali sériu experimentov na tomto nervu, ktorých výsledky zmenili svetonázor a „rozsvietili zelené svetlo“ na ceste k elektrofyziológia.

Východiskovým bodom v týchto štúdiách bola Galvaniho kniha, konkrétne jeho popis škodlivého prúdu: ak je sval prerezaný, potom z neho „vyleje“ elektrický prúd, ktorý stimuluje jeho kontrakciu. Aby sa tieto experimenty zopakovali na nerve, Huxley prepichol membránu nervovej bunky dvoma elektródami tenkými ako vlas, čím ich umiestnil do jej obsahu (cytoplazmy). Ale smola! Nebol schopný zaregistrovať elektrické signály. Potom vybral elektródy a umiestnil ich na povrch nervu. Výsledky boli smutné: absolútne nič. Zdalo sa, že šťastie sa od vedcov odvrátilo. Ostala posledná možnosť – umiestniť jednu elektródu do vnútra nervu a druhú nechať na jeho povrchu. A je to tu, šťastná príležitosť! Už po 0,0003 sekundách bol zaznamenaný elektrický impulz zo živej bunky. Bolo zrejmé, že v takom okamihu už ten impulz nemôže znova nastať. Znamenalo to len jedno: náboj sa sústredil na kľudový, nepoškodený článok.

V nasledujúcich rokoch sa podobné experimenty uskutočnili na nespočetných ďalších bunkách. Ukázalo sa, že všetky články sú nabité a že náboj membrány je neoddeliteľnou súčasťou jej životnosti. Pokiaľ je bunka nažive, má náboj. Stále však nebolo jasné, ako sa bunka nabíja? Dlho pred Huxleyho experimentmi vydal ruský fyziológ N. A. Bernstein (1896 – 1966) svoju knihu „Electrobiology“ (1912). V nej ako veštec teoreticky odhalil hlavné tajomstvo živej elektriny – biochemické mechanizmy vzniku bunkového náboja. Prekvapivo, o niekoľko rokov neskôr bola táto hypotéza brilantne potvrdená v Huxleyho experimentoch, za ktoré mu bola udelená Nobelova cena. Aké sú teda tieto mechanizmy?

Ako viete, všetko dômyselné je jednoduché. Ukázalo sa to aj v tomto prípade. Naše telo pozostáva zo 70% z vody, alebo skôr z roztoku solí a bielkovín. Ak sa pozriete do vnútra bunky, ukáže sa, že jej obsah je presýtený iónmi K + (vo vnútri je ich asi 50-krát viac ako vonku). Medzi bunkami, v medzibunkovom priestore, prevládajú ióny Na + (je ich tu asi 20x viac ako v bunke). Takáto nerovnováha je aktívne udržiavaná membránou, ktorá ako regulátor umožňuje niektorým iónom prejsť cez svoju „bránu“ a iným nedovolí prejsť.

Membrána, podobne ako piškótový koláč, pozostáva z dvoch voľných vrstiev komplexných tukov (fosfolipidov), ktorých hrúbku ako guľôčky prenikajú proteíny, ktoré plnia širokú škálu funkcií, najmä môžu slúžiť ako akási „brána“ alebo kanály. Tieto proteíny majú vo vnútri otvory, ktoré sa môžu otvárať a zatvárať pomocou špeciálnych mechanizmov. Každý typ iónu má svoje vlastné kanály. Napríklad pohyb K + iónov je možný len cez K + kanály a Na + - cez Na + kanály.

Keď je bunka v pokoji, svieti zelené svetlo pre ióny K + a tie voľne opúšťajú bunku cez svoje kanály a smerujú tam, kde ich je málo, aby sa vyrovnala ich koncentrácia. Pamätáte si svoje školské skúsenosti s fyzikou? Ak si vezmete pohár vody a nakvapkáte doň zriedený manganistan draselný (manganistan draselný), potom po chvíli molekuly farbiva rovnomerne vyplnia celý objem pohára, čím sa voda zmení na ružovú. Klasický príklad difúzie. Podobným spôsobom sa to deje s iónmi K +, ktorých je v bunke nadbytok a vždy majú voľný výstup cez membránu. Na+ ióny, ako človek non grata, nemajú privilégiá od pokojovej bunkovej membrány. V tejto chvíli je pre nich membrána ako nedobytná pevnosť, do ktorej je takmer nemožné preniknúť, pretože všetky kanály Na + sú uzavreté.

Ale čo s tým má spoločné elektrina, hovoríte si? Ide o to, že, ako je uvedené vyššie, naše telo pozostáva z rozpustených solí a bielkovín. V tomto prípade hovoríme o soliach. Čo je rozpustená soľ? Ide o duo vzájomne prepojených kladných katiónov a záporných aniónov kyselín. Napríklad roztok chloridu draselného je K + a Cl –, atď. 0,9 %.

V prirodzených podmienkach ióny K + alebo Na + jednoducho neexistujú samostatne, vždy sa nachádzajú s kyslými aniónmi - SO 4 2–, Cl –, PO 4 3– atď., a za normálnych podmienok je membrána nepriepustná pre negatívne; častice. To znamená, že keď sa ióny K + pohybujú cez svoje kanály, anióny s nimi spojené, ako magnety, sú ťahané za nimi, ale nemôžu sa dostať von a hromadia sa na vnútornom povrchu membrány. Keďže ióny Na +, teda kladne nabité častice, prevládajú mimo bunky, v medzibunkovom priestore, plus do nich neustále prenikajú ióny K +, nadbytočný kladný náboj sa koncentruje na vonkajšom povrchu membrány a záporný na jeho vnútorný povrch. Takže bunka v pokoji „umelo“ obmedzuje nerovnováhu dvoch dôležitých iónov - K + a Na +, vďaka čomu je membrána polarizovaná kvôli rozdielu v nábojoch na oboch stranách. Pokojový náboj bunky sa nazýva pokojový membránový potenciál, ktorý je približne -70 mV. Bola to práve táto veľkosť náboja, ktorú Huxley prvýkrát zaznamenal na obrie nervy mäkkýšov.

Keď sa ukázalo, odkiaľ pochádza „elektrina“ v kľudovej bunke, okamžite vyvstala otázka: kam ide, ak bunka funguje, napríklad keď sa naše svaly sťahujú? Pravda ležala na povrchu. Stačilo sa pozrieť do vnútra cely v momente jej vzrušenia. Keď bunka reaguje na vonkajšie alebo vnútorné vplyvy, v tom momente sa bleskovo ako na povel otvoria všetky Na + kanály a ióny Na + ako snehová guľa vbehnú do bunky v zlomku sekundy. Tak v okamihu, v stave bunkovej excitácie, ióny Na + vyrovnávajú svoju koncentráciu na oboch stranách membrány, ióny K + stále pomaly opúšťajú bunku. Uvoľňovanie iónov K+ je také pomalé, že keď ión Na+ konečne prerazí nepreniknuteľné steny membrány, zostáva ich tam ešte pomerne veľa. Teraz sa vo vnútri bunky, konkrétne na vnútornom povrchu membrány, koncentruje prebytočný kladný náboj. Na jeho vonkajšom povrchu bude záporný náboj, pretože rovnako ako v prípade K + sa za Na + vyrúti celá armáda negatívnych aniónov, pre ktoré je membrána stále nepriechodná. Tieto „úlomky“ solí, držané na svojom vonkajšom povrchu elektrostatickými príťažlivými silami, tu vytvoria negatívne elektrické pole. To znamená, že v momente vybudenia článku budeme pozorovať reverzáciu náboja, teda zmenu jeho znamienka na opačné. To vysvetľuje, prečo sa náboj mení z negatívneho na pozitívny, keď je bunka vzrušená.

Existuje ďalší dôležitý bod, ktorý Galvani opísal v staroveku, ale nedokázal ho správne vysvetliť. Keď si Galvani poškodil sval, stiahol sa. Potom sa mu zdalo, že ide o prúd poškodenia a „vylieva sa“ zo svalu. Jeho slová boli do istej miery prorocké. Bunka v skutočnosti stráca svoj náboj, keď pracuje. Náboj existuje len vtedy, keď existuje rozdiel medzi koncentráciami iónov Na + /K +. Keď je bunka excitovaná, počet iónov Na + na oboch stranách membrány je rovnaký a K + má tendenciu k rovnakému stavu. To je dôvod, prečo, keď je článok vzrušený, náboj klesá a stáva sa rovným +40 mV.

Keď sa vyriešila hádanka „vzrušenia“, nevyhnutne vyvstala ďalšia otázka: ako sa bunka vráti do normálu? Ako sa na ňom opäť objaví náboj? Koniec koncov, po práci nezomrie. A skutočne, o niekoľko rokov neskôr našli tento mechanizmus. Ukázalo sa, že ide o proteín vložený do membrány, ale išlo o nezvyčajný proteín. Na jednej strane to vyzeralo rovnako ako kanálové veveričky. Na druhej strane, na rozdiel od svojich bratov, tento proteín „za svoju prácu draho zaplatil“, a to energiu, ktorá je pre bunku taká cenná. Navyše energia vhodná na jeho činnosť musí byť špeciálna, vo forme molekúl ATP (kyselina adenozíntrifosforečná). Tieto molekuly sú špeciálne syntetizované na „energetických staniciach“ bunky – mitochondriách, tam sú starostlivo uložené a v prípade potreby pomocou špeciálnych nosičov dopravené na miesto určenia. Energia z týchto „hlavíc“ sa uvoľňuje počas ich rozpadu a vynakladá sa na rôzne potreby bunky. Najmä v našom prípade je táto energia potrebná na prácu proteínu nazývaného Na/K-ATPáza, ktorého hlavnou funkciou je, podobne ako raketoplán, transport Na + von z bunky a K + naopak. smer.

Preto, aby ste obnovili stratenú silu, musíte pracovať. Zamyslite sa nad tým, skrýva sa tu skutočný paradox. Keď bunka funguje, tento proces prebieha pasívne na úrovni bunkovej membrány a na to, aby si oddýchol, potrebuje energiu.

Ako sa nervy „rozprávajú“ medzi sebou

Ak sa pichnete do prsta, vaša ruka sa okamžite stiahne. To znamená, že pri mechanickom pôsobení na kožné receptory sa vzruch, ktorý vzniká v danom lokálnom bode, dostáva do mozgu a vracia sa späť na perifériu, aby sme mohli adekvátne reagovať na situáciu. Toto je príklad vrodenej reakcie alebo nepodmienených reflexov, ktoré zahŕňajú mnohé obranné reakcie, ako je žmurkanie, kašeľ, kýchanie, škrabanie atď.

Ako sa môže excitácia, ktorá vznikla na membráne jednej bunky, pohybovať ďalej? Pred zodpovedaním tejto otázky sa zoznámime so štruktúrou nervovej bunky - neurónu, ktorého významom „života“ je viesť excitáciu alebo nervové impulzy.

Neurón, podobne ako lietajúca kométa, teda pozostáva z tela nervovej bunky, okolo ktorého je veľa malých procesov - dendritov a dlhého „chvostu“ - axónu. Práve tieto procesy slúžia ako druh drôtov, ktorými preteká „živý prúd“. Pretože celá táto komplexná štruktúra je jedna bunka, procesy neurónu majú rovnakú sadu iónov ako jeho telo. Aký je proces excitácie lokálnej oblasti neurónu? Ide o druh narušenia „pokoja“ jeho vonkajšieho a vnútorného prostredia, vyjadrené vo forme riadeného pohybu iónov. Vzrušenie, ktoré vzniklo v mieste, kde došlo k podnetu, sa šíri ďalej v reťazci podľa rovnakých princípov ako v tejto oblasti. Len teraz podnetom pre susedné oblasti nebude vonkajší podnet, ale vnútorné procesy spôsobené tokom iónov Na + a K + a zmenami náboja membrány. Tento proces je podobný tomu, ako sa vlny šíria z kamienkov hodených do vody. Rovnako ako v prípade kamienkov, bioprúdy pozdĺž membrány nervových vlákien sa šíria v kruhových vlnách, čo spôsobuje excitáciu čoraz vzdialenejších oblastí.

V experimente sa excitácia z lokálneho bodu šíri ďalej v oboch smeroch. V reálnych podmienkach sa nervové impulzy uskutočňujú jednosmerne. Je to spôsobené tým, že oblasť, na ktorej sa pracovalo, potrebuje odpočinok. A zvyšok nervovej bunky, ako už vieme, je aktívny a súvisí s výdajom energie. Excitácia bunky je „strata“ jej náboja. Preto, akonáhle bunka funguje, jej schopnosť vzrušovania prudko klesá. Toto obdobie sa nazýva refraktérne, z francúzskeho slova refraktérne- nereaguje. Takáto imunita môže byť absolútna (ihneď po excitácii) alebo relatívna (keďže sa obnoví membránový náboj), kedy je možné vyvolať reakciu, ale nadmerne silnými podnetmi.

Ak si položíte otázku, akú farbu má náš mozog, ukáže sa, že jeho drvivá väčšina, až na pár výnimiek, je sivá a biela. Telá a krátke výbežky nervových buniek sú sivé a dlhé výbežky sú biele. Sú biele, pretože na nich je dodatočná izolácia vo forme „tukových“ alebo myelínových vankúšikov. Odkiaľ pochádzajú tieto vankúše? Okolo neurónu sa nachádzajú špeciálne bunky pomenované po nemeckom neurofyziológovi, ktorý ich prvýkrát opísal – Schwannove bunky. Rovnako ako pestúnky pomáhajú neurónu rásť a najmä vylučujú myelín, čo je druh „tuku“ alebo lipidu, ktorý starostlivo obaľuje oblasti rastúceho neurónu. Toto oblečenie však nepokrýva celý povrch dlhého procesu, ale oddelené oblasti, medzi ktorými zostáva axón holý. Exponované oblasti sa nazývajú uzly Ranviera.

Je to zaujímavé, ale rýchlosť excitácie závisí od toho, ako je nervový proces „oblečený“. Nie je ťažké uhádnuť - existuje špeciálna „uniforma“, aby sa zvýšila účinnosť prechodu bioprúdov pozdĺž nervu. Ak sa v šedých dendritoch excitácia pohybuje ako korytnačka (od 0,5 do 3 m/s), sekvenčne, bez vynechania jedinej sekcie, potom v bielom axóne nervové impulzy preskakujú pozdĺž „holých“ oblastí Ranviera, čo sa výrazne zvyšuje. rýchlosť ich vedenia až 120 m/s. Takéto rýchle nervy inervujú hlavne svaly a poskytujú telu ochranu. Vnútorné orgány nepotrebujú takú rýchlosť. Napríklad močový mechúr sa môže dlho naťahovať a vysielať impulzy o svojom pretečení, pričom ruka sa musí okamžite stiahnuť z ohňa, inak hrozí poškodenie.

Dospelý mozog váži v priemere 1300 g Táto hmota sa skladá z 10 10 nervových buniek. Toľké množstvo neurónov! Akými mechanizmami prechádza excitácia z jednej bunky do druhej?

Rozlúštenie záhady komunikácie v nervovom systéme má svoju históriu. V polovici 19. storočia dostal francúzsky fyziológ Claude Bernard cenný balík z Južnej Ameriky, ktorý obsahoval jed kurare, rovnaký jed, akým si Indiáni natierali hroty šípov. Vedec chcel študovať účinky jedov na telo. Vedelo sa, že zviera zasiahnuté takýmto jedom zomiera udusením v dôsledku ochrnutia dýchacích svalov, no nikto presne nevedel, ako bleskurýchly zabijak funguje. Aby to Bernard pochopil, vykonal jednoduchý experiment. Rozpustil jed v Petriho miske, umiestnil tam sval s nervom a videl, že ak je len nerv ponorený do jedu, sval zostane zdravý a môže stále pracovať. Ak jedom otrávite iba sval, tak aj v tomto prípade je jeho schopnosť kontrahovania zachovaná. A až keď bola oblasť medzi nervom a svalom umiestnená do jedu, bolo možné pozorovať typický obraz otravy: sval sa stal neschopným kontrahovať ani pri veľmi silných elektrických vplyvoch. Ukázalo sa, že medzi nervom a svalom je „medzera“, kde pôsobí jed.

Ukázalo sa, že takéto „medzery“ možno nájsť kdekoľvek v tele, je nimi doslova presiaknutá celá neurónová sieť. Našli sa aj ďalšie látky, ako napríklad nikotín, ktorý selektívne pôsobil na tajomné miesta medzi nervom a svalom, čo spôsobilo jeho stiahnutie. Najprv sa tieto neviditeľné spojenia nazývali myoneurálne spojenie a neskôr im anglický neurofyziológ Charles Sherrington dal názov synapsie, z latinského slova synapsie- spojenie, spojenie. Definitívnu bodku za týmto príbehom však dal rakúsky farmakológ Otto Lewy, ktorému sa podarilo nájsť prostredníka medzi nervom a svalom. Hovorí sa, že sa mu snívalo, že určitá látka „vyteká“ z nervu a spôsobuje, že sval pracuje. Nasledujúce ráno sa pevne rozhodol: musí hľadať túto konkrétnu látku. A našiel to! Všetko sa ukázalo byť celkom jednoduché. Levi vzal dve srdcia a izoloval najväčší nerv na jednom z nich - nervus vagus. Vopred predvídal, že z toho niečo vynikne, spojil tieto dva „svalové motory“ systémom rúrok a začal dráždiť nerv. Levi vedel, že jeho podráždenie zastavilo srdce. Zastavilo sa však nielen srdce, na ktoré podráždený nerv pôsobil, ale aj druhé s ním spojené roztokom. O niečo neskôr sa Levimu podarilo izolovať túto látku v čistej forme, ktorá sa nazývala „acetylcholín“. Tak sa našli nezvratné dôkazy o prítomnosti sprostredkovateľa v „rozhovore“ medzi nervom a svalom. Tento objav bol ocenený Nobelovou cenou.

A potom išlo všetko oveľa rýchlejšie. Ukázalo sa, že princíp komunikácie medzi nervami a svalmi, ktorý objavil Levy, je univerzálny. Pomocou takéhoto systému komunikujú nielen nervy a svaly, ale aj samotné nervy. No napriek tomu, že princíp takejto komunikácie je rovnaký, sprostredkovatelia, alebo, ako sa im neskôr hovorilo, sprostredkovatelia (z lat. sprostredkovateľ- sprostredkovateľ), môžu byť rôzne. Každý nerv má svoj vlastný, ako priesmyk. Tento vzorec vytvoril anglický farmakológ Henry Dale, za čo mu bola udelená aj Nobelova cena. Takže jazyk neurálnej komunikácie sa stal jasným, všetko, čo zostalo, bolo vidieť, ako tento dizajn vyzerá.

Ako funguje synapsia?

Ak sa pozrieme na neurón cez elektrónový mikroskop, uvidíme, že je ako vianočný stromček, celý ovešaný nejakými gombíkmi. Takýchto „tlačidiel“ môže byť až 10 000 alebo, ako ste možno uhádli, synapsií len na jednom neuróne, pozrime sa bližšie na jedno z nich. čo uvidíme? V koncovej časti neurónu sa dlhý proces zahusťuje, takže sa nám javí vo forme tlačidla. Pri tomto zhrubnutí sa axón akoby stenčuje a stráca biely plášť vo forme myelínu. Vo vnútri „tlačidla“ je obrovské množstvo bublín naplnených nejakou látkou. V roku 1954 George Palade uhádol, že nejde o nič iné ako o úložisko pre mediátorov (o 20 rokov neskôr dostal za tento odhad Nobelovu cenu). Keď excitácia dosiahne koncovú stanicu dlhého procesu, mediátory sa uvoľnia zo svojho uväznenia. Na to slúžia ióny Ca 2+. Pohybujúc sa smerom k membráne sa s ňou spájajú, potom prasknú (exocytóza) a vysielač pod tlakom vstúpi do priestoru medzi dvoma nervovými bunkami, ktorý sa nazýva synaptická štrbina. Je zanedbateľný, a tak sa molekuly mediátora rýchlo dostanú k membráne susedného neurónu, na ktorej sú zasa špeciálne antény, čiže receptory (z latinského slova recipio – vziať, prijať), ktoré mediátora zachytia. Deje sa tak podľa princípu „kľúč k zámku“ - geometrický tvar receptora úplne zodpovedá tvaru sprostredkovateľa. Po výmene „podania ruky“ sú mediátor a receptor nútení rozísť sa. Ich stretnutie je veľmi krátke a pre mediátora posledné. Len zlomok sekundy stačí na to, aby vysielač spustil excitáciu na susednom neuróne, potom sa pomocou špeciálnych mechanizmov zničí. A potom sa tento príbeh bude znova a znova opakovať, a tak živá elektrina bude donekonečna bežať po „nervových drôtoch“, skrývajúc pred nami mnohé tajomstvá a tým nás priťahuje svojou tajomnosťou.

Je potrebné hovoriť o význame objavov v oblasti elektrofyziológie? Stačí povedať, že za zdvihnutie opony za svetom živej elektriny bolo udelených sedem Nobelových cien. Na týchto zásadných objavoch je dnes postavený leví podiel farmaceutického priemyslu. Napríklad teraz ísť k zubárovi nie je až také hrozné utrpenie. Jedna injekcia lidokaínu - a Na + kanály v mieste vpichu budú dočasne zablokované. A už nebudete cítiť bolestivé procedúry. Bolí vás žalúdok, lekár vám predpíše lieky (no-spa, papaverin, platifilin a pod.), ktorých základom je blokáda receptorov, aby sa mediátor acetylcholín, ktorý spúšťa mnohé procesy v tráviacom trakte, nemohol dostať do kontaktu. V poslednej dobe sa aktívne rozvíja séria centrálne pôsobiacich farmakologických liekov zameraných na zlepšenie pamäti, funkcie reči a duševnej činnosti.