揭秘生物电

从原始的单细胞生物到高等的动植物，都可测量出它们不同程度地带有电，人们称之为生物电。实验证明，动物肌肉和神经确实是靠电来工作的。人的心脏能够产生1毫伏左右的电压，人脑也会产生电脉冲。医学上的心电图和脑电图，就是用仪器记录下心脏和脑子发出的电。捕蝇草的捕食运动，含羞草的“害羞”现象，是其自身的动作电位在起作用。

达尔文的发现

达尔文曾对一种叫捕蝇草的食虫植物进行了精心的研究。他发现捕蝇草的捕食夹上有6根绒毛非常敏感，只要一被触动，便立即关闭捕食夹，从而捕住昆虫。达尔文称它为“世界上最奇妙的植物”。那么，捕蝇草为什么会产生捕虫动作呢？达尔文推测，可能是有类似动物神经的电脉冲信号从绒毛传到捕食夹的运动细胞上，从而产生运动。

为了证实自己的想法，达尔文写信求助于伦敦著名的医学生理学家伯当·桑德松教授。伯当教授通过实验，证实了达尔文的推测是正确的。当他触动捕蝇草的任何一根绒毛时，测量仪器便从捕虫夹表面记录到一种特别的电脉冲，正是这种电信号调节了捕蝇草的捕食运动。这种电脉冲，实际上就是今天大家所熟悉的动作电位。

▲捕蝇草

含羞草是大家熟悉的接触性植物，只要轻轻地碰它一下，它那羽状叶便会“害羞”地闭合起来，如果触动的力量较大，整个叶片就会下垂。含羞草的奇妙运动，长期以来使人迷惑不解，直到1913年杰克迪斯·博斯爵士测出了它的动作电位，才解开了这个谜。

现在已经证实，含羞草的电信号是沿木质部及韧皮部传递的，而且它所独具的伸长的韧皮部细胞，能加速电信号的传递，含羞草的动作电位传播速度为每秒14毫米，含羞草与捕蝇草的电信号十分类似。在植物王国里，还有不少具有运动行为的植物，如一些“睡叶”植物，它们的叶片白天展开，而夜晚闭合起来“睡觉”。

▲含差草

强烈的鱼电

生物细胞的电位是很微弱的，需要有精密的电子仪器才能测量到。可是，有些鱼类却能生产较高的电压，有的高得使人吃惊。

海洋中的鳐是发电能手，它所产生的电压虽然不算太高，一般只有50～80伏，但电流却很大。在太平洋北部有一种大电鳐，发出的电流可达50安培，如果以电压60伏计算，功率就达300瓦，这样大的功率足以击死一条大鱼。

在鱼类中，还有更强的发电能手。非洲河流里的电鲶，能够发出350～400伏的电压；美洲的电鳗发出的电压还要高，一般能发出500伏的电压，最高电压竟达886伏，可称为“冠军”了。这么高的电压，足以击毙水中任何动物，即使是凶猛的鳄，也常常因捕食电鳗被击中而丧生。但是，电鳗也有弱点，它不能连续放电。当体内的电量因放电被消耗得差不多时，必须静下来休息一会进行蓄电。当地的印第安人利用电鳗的这一弱点，采用一种有趣的捕鱼方法：他们手持标枪和长棍，将成群的壮马赶进河里，让电鳗放电击马，以消耗其电量。电鳗放电后，游近岸边进行休息蓄电时，印第安人便用手中的标枪迅速地将它捕获。探险家亚历山大·洪博曾亲眼目睹过印第安人赶马捕鱼的情景，并看到有匹马被击倒在河里，可见电鳗的“电击”武器是多么厉害。

▲电　鳗

有趣的生物电池

▲柠　檬

1962年，美国科学家研究成功了一部无线电发报机，播程为24千米，而这台发报机的电源是由一些细菌构成的生物电池。这一研究成果轰动了当时的科学界。

这种生物电池以有机物质作为“燃料”，微生物在分解这些有机物时，不是放出热量，而是从物质的氢中取得电子，释放电能而产生电流。生物电池的优点是，“燃料”来源广，成本低，可节省大量金属，使用寿命长。不过，这种生物电池还处于试验阶段。

更有趣的是，英国一位叫托尼·埃希尔的钟表匠，1981年用一个柠檬做成了一个生物电池。他在一个柠檬里插上两个电极，一个是锌制的，一个是铜制的，然后用导线把两个电极与小型钟表电动机连接起来，钟表就开始走动。令人吃惊的是，一个小小的柠檬竟是一个“植物电池”，使钟表足足走了5个月。

这些事例说明，植物中蕴藏着电能。美国科学家伊利莎白，格洛丝及其同事，对植物电池进行了更深一步的研究。他们将叶绿体从叶片中分离出来，把分离出的叶绿体涂在微型的过滤薄膜上，用此薄膜将两种溶液（一种溶液含有释放电子的化学物质，另一种溶液含有电子受体）隔开，当光线透过受体溶液照射到叶绿体上时，二者都受到了激发，另一种溶液中的电子通过叶绿体进入受体溶液，形成电流。不过，这种叶绿体“电池”离实用阶段相差甚远。

在能源匮乏的今天，科学家正在千方百计寻找能源。如何将生物电利用起来，让它成为一种新能源，是一个十分有趣而又诱人的课题。

对生物电的探索

早在2000多年前，罗马的医生就知道电鳐会发电，并用这种电来治疗精神病。后来，这种“生物电疗”法逐渐被人工电所代替，成为一种专门治疗技术，人们称之为“电疗”。目前，电疗已在临床上广泛应用。

随着科学技术的不断发展，科学家对电鱼“发电”之谜进行了探索。经研究发现，电鱼的发电结构和原理与人工电池相似。

大家知道，最早的电池是由意大利物理学家伏打发明的。他把一块铜板和一块锌板同时浸入硫酸的溶液里，两块金属板之间便形成一定的电动势，用电线将它们连接起来，就能使小灯泡发光。电板越多，电动势就越大，小灯泡也就越亮。现在常用的铅蓄电池，是把一块块的铅板浸在稀硫酸溶液里而制成的。

▲电　鲶

电鱼有专门的发电器官，发电器官也是由许多“电板”组成的。电板是特化了的细胞，大多数电鱼的电板是由肌肉细胞演变来的。电板呈扁平状，厚度一般为7～10微米，直径为4～10毫米。电板的一面凹凸不平，而另一面较光滑，并有神经与它们连接。电板具有一定的静息电位，其膜外带正电，膜内带负电。当从神经传来价信号时，电板受神经支配的一面就会产生动作电位，而电板的另一面，由于没打神经控制，仍保持原来的状态。这样，电板两侧的电荷就不平衡了，于是就形成了电流。虽然一块小小的电板放电的电压和电流是微不足道的，但是许许多多电板串联或并联起来，发电的功率就相当可观了。现在已经知道，大电鳐的电板总数有200万块，电鲶的电板总数达500万块。

那么，生物电对生物本身有何意义呢？这是科学家非常感兴趣的一个问题。

科学家在对电鱼的研究过程中发现，生物将本身发出的电用来探索环境、捕食、御敌和照明。电鲶、电鳗和电鳐把电击作为一种武器，用于猎食和防御敌害。有一种电鱼叫裸臀鱼，它的发电器官犹如一部精巧的水下“雷达”，可探知周围环境情况。有人做了一个有趣的实验：把裸臀鱼放养在大水箱里，在两个具有许多小孔而又不透明的瓶子里，分别装入导电性能略有差别的物质，即在一个瓶子里装满水箱里的水，在另一个瓶子里除装满水箱里的水外，再放入直径为2毫米的玻璃棒。将这两个瓶子同时沉到大水箱里，裸臀鱼就能很快把它们区别开来。由于两个瓶子都不透明，无法看见瓶里装的东西；玻璃瓶、水和玻璃棒都没有气味，这就排除了裸臀鱼用视觉和嗅觉来辨认瓶子的可能性。看来，裸臀鱼只能依靠它那部“活雷达”了。

近些年，科学家对电鳗的生理进行研究时发现，电鳗发出的强弱不同的电流，能使体内的水分解为氢和氧，氧气直接进入血液，以弥补水中氧气的不足；氢气进入肠道，由口中排出。所以，电鳗在较浅的河水中也能生活。

▲电　鳐

随着对生物电研究的不断深入，后来人们发现，在动物的肌肉和神经里也有电，并通过实验证明，动物肌肉和神经确实是靠电来工作的。就连人类的体内也有微弱的电流，人的心脏能够产生1毫伏左右的电压，人脑也会产生电脉冲。医学上的心电图和脑电图，就是用仪器记录下心脏和脑子发出的电。现在在临床上，医生常常将心电图和脑电图作为判断心脏和大脑机能是否正常的生理指标。人们对生物电之谜的研究，只是刚刚揭

开帷幕，还有许多奥秘有待人们去探索。例如，电鳗能以一种生物结构而产生出如此高的电压，其中的秘密是什么，科学家一旦把它揭开，也许对解决人类的能源危机大有帮助哩！又如，人类大脑的秘密是科学家最感兴趣的问题，如能揭开其中的奥秘，便能仿造出类似人脑的“电脑”。还有，生物电对生命有什么意义，目前不十分了解，其中之谜还有待于科学家们去继续探索。