Занимательная физиология - Борис Сергеев

Книга Джильберта несколько оживила интерес к этим явлениям, однако изучение электричества проводилось разрозненными одиночками и на первых порах никаких выгод человечеству не сулило.

Неизвестно, когда бы за электричество взялись всерьез, если бы синьоре Гальвани, жене болонского профессора анатомии, не приходилось самой ходить в мясную лавку за куском говядины на обед. Впрочем, не только говядины: итальянский народ всегда отличался широтой взглядов и не брезговал такими деликатесами, как лягушачьи окорочка.

Рассказывают, что именно лягушачьи лапки, развешанные гроздьями на медных крючках, прикрепленных к железным перекладинам, поразили воображение синьоры Гальвани. К ее великому удивлению и ужасу, отрезанная лапка лягушки, касаясь железа, вздрагивала, точно живая. Утверждают, будто синьора так надоела мужу, рассказывая о напугавшем ее явлении, объясняя его близостью мясника с нечистой силой, что профессор решил сам пойти в лавку и выяснить, что там происходит.

Луиджи Гальвани знал о проведенных лет за тридцать до того наблюдениях, показавших, что мышцы человеческого трупа сокращаются, когда они получают разряд лейденской банки. Естественно, что Гальвани объяснил подергивания лягушачьих лапок в лавке мясника влиянием разрядов атмосферного электричества. Чтобы успокоить жену, ученый решил провести наблюдения за лягушками у себя дома. Опыт, поставленный в одну из грозовых ночей, блестяще удался: лапки мертвой лягушки, подвешенной на медном крючке к решетке балкона, время от времени дергались как живые.

Ни гроза, ни нечистая сила к сокращению мышц никакого отношения, конечно, не имели. Видимо, ветер раскачивал тушку, а когда она касалась чугунной балюстрады, замыкалась цепь между железом и медью, и электрический ток, возникающий в цепи разнородных металлов, как и полагается в таких случаях, вызывал сокращение мышц. Понять это сумел лишь Александр Вольта, что ничуть не умаляет заслуг Гальвани.

Его увлекли опыты с электричеством, и он занимался ими до конца своей жизни, уже в 1791 году опубликовав результаты первых наблюдений. Благодаря этим публикациям, а также, вероятно, и в силу общительного характера синьоры Гальвани, сенсационные слухи о возможности с помощью электричества «возвращения жизни» мертвому животному быстро распространились по всей Италии и далеко за ее пределы, захватив воображение мыслящего человечества и дав пищу для самой смелой фантазии.

Дальнейшие исследования окончательно убедили Гальвани в самой тесной связи жизни и электричества, в зависимости всех жизненных проявлений организма от «электрической силы». Это и помешало ему поверить в правоту предположений Вольты. Приводя в соприкосновение мертвых лягушек с медными и железными предметами, Гальвани убедился, что электричество берется не из атмосферы. Но где же оно тогда возникает: между медью и железом, как предполагал Вольта, или в самой лягушке? Гальвани было трудно поверить, что так тесно связанное с жизнью явление могло бы само по себе возникать в неодушевленных предметах.

Ученые в то время знали только два источника электричества: трение и электрических рыб — скатов. Однако в металлах даже при трении электричества не обнаруживалось, и у Гальвани не появилось и тени сомнения. Позже он сумел доказать, что электричество действительно может возникать в организме.

Форма опыта была проста. Нерв одной лягушачьей лапки отрезался и сгибался в дугу. Нерв второй лапки отделялся вместе с мышцей и накладывался на первый так, чтобы касаться его в двух местах: у места перерезки и где-нибудь в неповрежденной части. В момент соприкосновения нервов мышца сокращалась. Существование «животного электричества» было доказано.

В десятках лабораторий эти опыты повторили. Ими занимались биологи, физики, математики, врачи. Из удобного объекта для биологических опытов лягушка в руках физиков очень скоро превратилась в удобный источник тока и в наичувствительнейший измерительный прибор. Не удивительно, что, получив такой универсальный прибор, имея постоянно дело с «живым электричеством», физики привыкли именно его считать истинным, а возникновение электродвижущей силы между разнородными металлами воспринимали скорее как явление парадоксальное. Недаром Вольта, создав гальваническую батарею, назвал ее искусственным электрическим органом.

Дальнейший рост знаний об электричестве также вызывался не потребностями техники. Об этом свидетельствует хотя бы такой факт. Еще в 1838 году академик Б. С. Якоби удивлял гуляющую петербургскую публику, совершая прогулки по Неве на моторной лодке, которую приводил в движение с помощью сконструированного им электромотора мощностью в одну лошадиную силу. (Напомним, что мощность первой паровой машины тоже не превышала одной лошадиной силы.) Понадобилось более 20 лет, чтобы первый электромотор попробовали использовать на промышленном предприятии.

С этого момента развитие электротехники отодвинуло на задний план более чем скромные успехи электрофизиологии. Впрочем, и эта отрасль знаний тоже понемножку развивалась. Около ста лет назад было доказано, что электрические явления возникают не только в периферических нервных проводниках, но и генерируются самим мозгом. В то время еще не было условий для изучения таких слабых электрических процессов, хотя ученых это не останавливало. Крупнейший русский физиолог Н. Е. Введенский использовал в своих исследованиях телефон, что позволяло ему слушать информацию, передающуюся по периферическим нервам. Только в тридцатых годах нашего столетия была создана необходимая аппаратура, и лавина электрофизиологических исследований стала расти как снежный ком.

Металлический проводник и нерв

Конструкторское бюро природы неплохо поработало, создавая для нашей планеты миллионы живых существ, постоянно их переделывая и совершенствуя. За это время было сделано немало замечательных находок и изобретений. Какой бы новый принцип в управлении, в локации, ориентации в пространстве ни был предложен учеными, впоследствии всегда оказывается, что природа уже давным-давно его использует. Пожалуй, только с колесом природа оплошала. Колесо — единственное, что человек придумал сам.

Поэтому у нас издавна повелось сравнивать хитроумные творения природы с более простыми и более понятными выдумками человеческого гения. Такие сопоставления помогают ученым более наглядно представить многие сложнейшие явления. Хорошо известно, что танцевать легче всего от печки.

Не удивительно, что еще в прошлом веке, когда наука о мозге, главным образом о его строении, значительно продвинулась вперед, заметили аналогию между центральной нервной системой и телефонной сетью большого города. Действительно, известное сходство есть. В телефонную станцию — мозг с периферии, то есть со всех концов тела, бежит по нервам, как по проводам, беспрерывный поток информации. В глубинах мозга нужная информация отбирается, сортируется и направляется в строго определенные отделы, которые обмениваются между собой впечатлениями, обсуждают полученную информацию. После непродолжительных взаимных консультаций принимается решение, и вот уже по нервам на периферию к мышцам, железам, ко всем органам несутся приказы.

Сходство усиливается тем, что и по телефонным проводам и по нервам бежит электричество. В этом убедился еще Гальвани. С тех пор десятки тысяч опытов подтвердили, что раздражение любых органов чувств кодируется в электрические импульсы и в таком виде попадает в мозг. Да и в мозгу вся информация, циркулирующая между различными его отделами, передается в виде электрических импульсов.

Если бы работой такой телефонной сети заинтересовался инженер, его больше всего удивило бы, что электрические импульсы распространяются страшно медленно: в нервной сети млекопитающих всего со скоростью 0,5–100 метров в секунду.

Напомним, что электрический ток является упорядоченным движением электронов. И хотя сами электроны движутся со скоростью порядка одного миллиметра в секунду, электромагнитное поле, которое вызывает их движение, распространяется почти со скоростью света. Поэтому если в Москве на электрический кабель подать напряжение, на другом его конце во Владивостоке, за 10 тысяч километров от Москвы, электроны придут в движение уже через 1/30 секунды.

Еще больше изумился бы инженер, замерив сопротивление отдельных нервных волокон, составляющих нервный ствол. Оно очень велико. Один метр нервного волокна имеет такое же сопротивление, как 16 миллиардов километров обычного медного провода. Поразмыслив, инженер сделал бы вывод, что в такой телефонной сети сообщения могут передаваться только в том случае, если ее линии передачи оснащены усилительными подстанциями.