Биологи с гальванометрами
По материалам журнала "Юный техник" №10 1980г.
В. Николаев
Полтора десятка лет назад ленинградскому профессору П. П. Гуляеву с помощью высокочувствительной аппаратуры удалось установить, что слабое биоэлектрическое поле — мектроаурограмма — окружает любое живое существо, будь то растение, насекомое, животное или человек. Более того, на сегодняшний день точно известно: каждая живая клетка имеет свою собственную электростанцию. Для чего все это нужно! Каким образом собственные эяектрополя живых существ взаимодействуют с электромагнитным полем Земли! На эти и многие другие вопросы отвечает недавно появившаяся наука — электромагнитная биология.
|
|
|---|
Когда растут сосны
"Если 500 пар половинок горошин собрать в определенном порядке в серии, то конечное электрическое напряжение составит 500 вольт... Хорошо, что повар не знает об опасности, которая ему угрожает, когда он готовит это особенное блюдо, и к счастью для него, горошины не соединяются в упорядоченные серии".
Это высказывание индийского исследователя Дж. Боса базируется на строгом научном эксперименте. Он соединял внутренние и внешние части горошины с гальванометром и нагревал до 60 "С. Прибор при этом показывал разность потенциалов 0,5 В.
Более того, на сегодняшний день точно установлено: собственной «электростанцией» обладает каждая живая клетка. И клеточные потенциалы не так уж малы. Например, у некоторых водорослей они достигают 0,15 В.
Каким образом это происходит? На каком принципе работают живые генераторы и батареи? Вот что мне рассказывал об этом заместитель заведующего кафедрой живых систем Московского физико-технического института кандидат физико-математических наук Эдуард Трухан:
- Один из самых главных процессов, протекающих в клетке растения, — процесс усвоения солнечной энергии, процесс фотосинтеза. В ега ходе происходит не только разделение молекул воды на кислород и водород, но и сам водород в какой-то момент оказывается разделенным на составные части — отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ядра...
Так что, если в этот момент ученым удастся «растащить» положительно и отрицательно заряженные частицы в разные стороны, то, по идее, мы получим в свое распоряжение замечательный живой генератор, топливом для которого служили бы вода и солнечный свет, а кроме энергии, он бы еще производил и чистый кислород.
Возможно, в будущем такой генератор и будет создан. Но для осуществления этой мечты ученым придется немало потрудиться: нужно отобрать наиболее подходящие растения, а может быть, даже научиться изотавливать хлорофилловые зерна искусственно, создать какие-то мембраны, которые бы позволили разделять заряды.
Впрочем, простите, такие мембраны уже созданы в лаборатории молекулярной биологии и биофизической химии МГУ, которой руководит член-корреспондент АН СССР В. П. Скулачев. С помощью этих мембран ученым удалось ответить на вопрос: «Зачем растениям свои электростанции?»
Оказывается, живая клетка, запасая электрическую энергию в природных конденсаторах — внутриклеточных мембранах особых клеточных образований, митохондрий, потом использует ее для произведения очень многих работ: строительства новых молекул, затягивания внутрь клетки питательных веществ, регулирования собственной температуры... И это еще не все. С помощью электричества производит многие операции и само растение: дышит,' движется (как это делают листочки всем известной мимозы-недотроги), растет и даже... чувствует!
Во всяком случае, некоторые биологи утверждают, что у растений есть какое-то подобие нервной системы. А нервные импульсы, как стало известно в последнее время, тоже имеют электрическую основу.
Какие же факты говорят о существовании подобия нервной системы у растений? Сотрудники лаборатории физиологии и биофизики растений Института леса Карельского филиала АН СССР недавно проводили такие опыты. Они подсоединили к стволам нескольких сосен датчики биопотенциалов и выяснили следующие интересные зависимости. Оказывается, ночью сосны «спят», а растут только в светлое время суток, лучше всего утром и вечером. И не в течение всего года, а всего лишь с середины мая по середину июля. Зато в это время суточный прирост дерева может достигать 35 миллиметров!
Более того, специалисты заметили: сломаешь невзначай ветку — потенциал скачет вверх, растение как будто реагирует: «Больно!» А однажды был зафиксирован и вообще невероятный факт: топором ударили по березе, а датчики зарегистрировали скачок потенциала на стоящей рядом сосне!
Уже сегодня можно утверждать: изучение электрической жизни растений может принести (и начинает приносить) пользу сельскому хозяйству. Вот только несколько примеров.
Еще И. В. Мичурин проводил опыты по влиянию электрического тока на прорастание гибридных сеянцев. И выяснил: пропускание тока определенной силы через почву, в которой выращивались сеянцы, ускоряет их рост.
Исследования, выполненные в Институте физиологии растений АН СССР, показали, что разность электрических потенциалов между почвой и атмосферой заметно влияет на интенсивность фотосинтеза. Чем более отрицательно заряжена почва по отношению к атмосфере, тем выше интенсивность фотосинтеза. И напротив, положительный потенциал резко снижает жизнедеятельность растения.
А специалисты Ленинградского агрофизического института даже полив опытных делянок ведут, основываясь на электрических сигналах растений о своем самочувствии. Автоматическая поливальная установка включается лишь тогда, когда на экране осциллографа появятся тревожные всплески — сигналы растения: «Пить хо-тим!> Таким образом удается вести полив точно вовремя, достигать максимальных урожаев при минимальных затратах энергии и воды.
Пловцы в океане электричества
Из глубин моря рыбы могут воспринимать волнение на поверхности. Каким образом? Ученым Мурманского морского биологического института удалось установить, что информацию об этом доставляет на дно моря электричество.
— Не только рыбы, — рассказывал мне сотрудник проблем ориентации рыб Института эволюционной морфологии и экологии животных кандидат технических наук Владимир Барон, — но и животные, птицы, насекомые используют электрические поля для самых различных целей. Так, например, недавними исследованиями американских ученых установлено, что пчелы обязательно несут на своем теле электрический заряд. Рано утром, при вылете из улья, — отрицательный, при возвращении — положительный. Этот заряд помогает пчелам определять направление и расстояние до цветков, где можно собирать нектар или пыльцу, повышает активность медосбора...
Вечные странники — птицы — используют в своих перелетах внутренние компасы, действие которых тоже основано на взаимодействии собственных биополей птицы с полями Земли. О том, что такие компасы существуют, говорит хотя бы такой опыт, проведенный недавно западногерманскими исследователями. Они помещали малиновок в круглую клетку, закрытую тканью. Птицы не могли видеть неба, и все же упорно собирались у южной стороны клетки. (Дело было осенью, и малиновки на воле готовились к отлету на юг.) Лишь когда клетку поместили в катушку Гельмгольца — прибор, создающий магнитное поле при пропускании тока, — птицы стали терять ориентировку. «Югом» у них оказывалась то одна, то другая сторона клетки, в зависимости от того, в каком направлении пропускался ток по виткам катушки.
— Но, пожалуй, наиболее изучено, — продолжал свой рассказ В. Барон, — влияние электрических явлений на жизнь рыб. С помощью высокочувствительной аппаратуры ученым удалось установить, что рыбы постоянно окружены электрическим полем. Они периодически излучают импульсы тока, напряжение которого измеряется десятыми долями вольта. Характер и частота этих импульсов различны у разных рыб. а также зависят от внешних условий Каждый импульс дает электрическое поле с двумя полюсами — один на голове, другой — на хвосте...
Помимо частых импульсов — до нескольких сотен герц — рыбы, как установили сотрудники лаборатории, излучают разряды очень низкой частоты — до одного колебания в секунду. Эти колебания создают поле с особым для каждого вида рыб рисунком. Такое поле было обнаружено даже у рыб, которые никогда не считались электрическими, — у карасей и пескарей! Для чего оно им нужно?
— Способность рыб излучать и воспринимать электрические поля служит одним из источников информации об окружающем мире, — говорит Владимир. — Если какой-нибудь металлический предмет поднести к рыбе, «рисунок» электрического поля на еетеле изменится. Чувствительность специальных электрорецепторов рыб достигает завидных показателей. Акулы и скаты замечаютизменения напряженности поля всего в сотые доли микровольта на одном сантиметре площади. Благодаря этому акула, например, чувствует камбалу, которая зарылась в дно.
Электрические сигналы также используются рыбами для охраны «своей» территории, для обороны от врагов. Возможно также, такие сигналы используются для согласованных маневров всей стаи рыб.
Сбор рыб в стаю может иметь и вот какое значение. Общее биоэлектрическое поле всех особей должно, по идее, сильнее взаимодействовать с магнитным полем Земли. Благодаря этому рыбы могут ориентироваться относительно магнитных полюсов нашей планеты, правильно выбирать маршрут во время миграций. А такие нестайные рыбы, как угорь, лосось, используют для навигации другой принцип: они выбирают направление в зависимости от геоэлектрических токов, которые создаются в океане постоянными течениями.
— Примерно так же, кстати, рыбы улавливают и сигналы оволнении на поверхности моря. (Помните, мы говорили об этом в самом начале нашего разговора?) Ведь волна не что иное, как движущийся в магнитном поле проводник Удалось определить, что в зависимости от длины, солености воды и ряда других параметров волна метровой высоты создает напряженность поля от десятых долей микровольта до нескольких микровольт на сантиметр... — закончил свой рассказ Владимир Барон.
Имеют ли какое-нибудь практическое значение все эти исследования? С таким заранее приготовленным вопросом я пришел в лабораторию и сразу понял, что ответ на него будет положительным: на одном из стендов лаборатории были помещены фотокопии десятков авторских свидетельств, полученных ее сотрудниками.
Особенности реакции рыб на электрический ток стали основой для разработки десятков различных устройств. С помощью их, например, можно отпугнуть или привлечь рыбу, точно подсчитать ее количество. В будущем, возможно, такие сигналы будут использоваться вместо заградительных сетей, например, у плотин электростанций. Американские инженеры разработали на основе таких сигналов устройство для отпугивания акул. А рыбаками Дальнего Востока уже испытано сконструированное советскими инженерами устройство для беспроводной связи между тралом и судном. Электрические импульсы передают команды тем или иным устройствам, расположенным на трале, прямо по воде.
«Практически нет ни одного явления природы, которое бы не сопровождалось электричеством» — сказал однажды известный американский физик, лауреат Нобелевской премии Р. Фейман. И, как видите, последние исследования ученых еще и еще раз подтверждают эту истину.
