Prosjekt biologi elektrisitet i levende organismer. Presentasjon om emnet "elektrisitet i dyrelivet"

Vi fortsetter å publisere populærvitenskapelige forelesninger holdt av unge universitetslærere som mottok tilskudd fra V. Potanin Charitable Foundation. Denne gangen presenterer vi for våre lesere et sammendrag av forelesningen holdt av førsteamanuensis ved Institutt for menneske- og dyrefysiologi ved Saratov State University. N. G. Chernyshevsky kandidat for biologiske vitenskaper Oksana Semyachkina-Glushkovskaya.

Levende kraftverk

Elektrisitet spiller en noen ganger usynlig, men viktig rolle i eksistensen av mange organismer, inkludert mennesker.

Overraskende nok kom elektrisitet inn i livene våre takket være dyr, spesielt elektrisk fisk. For eksempel er den elektrofysiologiske retningen i medisin basert på bruk av elektriske rokker i medisinske prosedyrer. Levende kilder til elektrisitet ble først introdusert i hans medisinske praksis av den berømte antikke romerske legen Claudius Galen. Sønnen til en velstående arkitekt fikk Galen, sammen med en god utdannelse, en imponerende arv, som tillot ham å reise i flere år langs kysten av Middelhavet. En dag, i en av de små landsbyene, så Galen et merkelig syn: to lokale innbyggere gikk mot ham med rokker bundet til hodet. Denne "smertestillende" ble brukt til å behandle sårene til gladiatorer i Roma, dit Galen kom tilbake etter å ha fullført reisen. De særegne fysioterapiprosedyrene viste seg å være så effektive at til og med keiser Mark Antony, som led av ryggsmerter, risikerte å bruke en uvanlig behandlingsmetode. Etter å ha blitt kvitt en ødeleggende sykdom, utnevnte keiseren Galen til sin personlige lege.

Imidlertid bruker mange elektriske fisker elektrisitet til langt fra fredelige formål, spesielt for å drepe byttet sitt.

For første gang møtte europeere monstrøse levende kraftverk i jungelen i Sør-Amerika. Et parti eventyrere som trengte inn i de øvre delene av Amazonas kom over mange små bekker. Men så snart et av ekspedisjonsmedlemmene gikk ned i det varme vannet i bekken, falt han bevisstløs og forble i denne tilstanden i to dager. Det handlet om de elektriske ålene som lever på disse breddegradene. Amazoniske elektriske ål, som når tre meter lange, er i stand til å generere elektrisitet med en spenning på mer enn 550 V. Et elektrisk støt i ferskvann bedøver byttedyr, som vanligvis består av fisk og frosker, men kan også drepe en person og til og med en hest hvis de er i nærheten i utslippsøyeblikket ål

Det er ukjent når menneskeheten for alvor ville ha tatt opp elektrisitet hvis ikke for en utrolig hendelse som skjedde med kona til den berømte Bolognese-professoren Luigi Galvani. Det er ingen hemmelighet at italienere er kjent for sine brede smakspreferanser. Derfor er de ikke uvillige til noen ganger å leke med froskebein. Dagen var stormfull og det blåste kraftig. Da Senora Galvani gikk inn i slakterbutikken, ble det avslørt et forferdelig bilde for øynene hennes. Beina til de døde froskene, som om de var i live, rykket når de berørte jernrekkverket med et kraftig vindkast. Senoraen plaget mannen hennes så mye med historiene hennes om slakterens nærhet til onde ånder at professoren bestemte seg for selv å finne ut hva som egentlig foregikk.

Dette var den veldig glade anledningen som umiddelbart forandret livet til den italienske anatomen og fysiologen. Etter å ha hentet froskebein hjem, ble Galvani overbevist om sannheten i konas ord: de rykket virkelig når de rørte ved jerngjenstander. På den tiden var professoren bare 34 år gammel. Han brukte de neste 25 årene på å finne en fornuftig forklaring på dette fantastiske fenomenet. Resultatet av mange års arbeid var boken "Treatises on the Power of Electricity in Muscular Movement", som ble en ekte bestselger og begeistret hodet til mange forskere. For første gang begynte de å snakke om at det er elektrisitet i hver enkelt av oss og at det er nervene som er en slags "elektriske ledninger". Det virket for Galvani at musklene akkumulerer elektrisitet i seg selv, og når de trekker seg sammen, avgir de det. Denne hypotesen krevde ytterligere forskning. Men politiske hendelser knyttet til Napoleon Bonapartes maktovertakelse hindret professoren i å fullføre eksperimentene sine. På grunn av sin frie tankegang ble Galvani utvist fra universitetet i vanære og et år etter disse tragiske hendelsene døde han i en alder av sekstien.

Og likevel ønsket skjebnen at Galvanis verk skulle finne sin fortsettelse. Galvanis landsmann Alessandro Volta, etter å ha lest boken hans, kom til ideen om at kjemiske prosesser er grunnlaget for levende elektrisitet, og skapte prototypen til batteriene vi er kjent med.

Biokjemi av elektrisitet

Ytterligere to århundrer gikk før menneskeheten klarte å avdekke hemmeligheten bak levende elektrisitet. Inntil elektronmikroskopet ble oppfunnet, kunne forskerne ikke engang forestille seg at det var en ekte "skikk" rundt cellen med sine egne strenge "passkontroll"-regler. Membranen til en dyrecelle er et tynt skall som ikke er synlig for det blotte øye, som har semipermeable egenskaper, det er en pålitelig garanti for å bevare cellens levedyktighet (opprettholde homeostasen).

Men la oss gå tilbake til elektrisitet. Hva er forholdet mellom cellemembranen og levende elektrisitet?

Så, første halvdel av det 20. århundre, 1936. I England publiserer zoolog John Young en metode for å dissekere nervefiberen til en blekksprut. Fiberdiameteren nådde 1 mm. Denne "gigantiske" nerven, synlig for øyet, beholdt evnen til å lede elektrisitet selv utenfor kroppen i sjøvann. Dette er den "gyldne nøkkelen" ved hjelp av hvilken døren til hemmelighetene til levende elektrisitet vil bli åpnet. Bare tre år gikk, og Jungs landsmenn - professor Andrew Huxley og hans student Alan Hodgkin, bevæpnet med elektroder, utførte en serie eksperimenter på denne nerven, hvis resultater endret verdensbildet og "tente grønt lys" på veien til elektrofysiologi.

Utgangspunktet i disse studiene var Galvanis bok, nemlig hans beskrivelse av skadestrømmen: hvis en muskel kuttes, så "renner" den elektriske strømmen ut fra den, noe som stimulerer sammentrekningen. For å gjenta disse eksperimentene på nerven, gjennomboret Huxley membranen til nervecellen med to hårtynne elektroder, og plasserte dem dermed i innholdet (cytoplasma). Men uflaks! Han klarte ikke å registrere elektriske signaler. Så tok han ut elektrodene og plasserte dem på overflaten av nerven. Resultatene var triste: absolutt ingenting. Det så ut til at formuen hadde vendt seg bort fra forskerne. Det siste alternativet gjensto - plasser en elektrode inne i nerven og la den andre ligge på overflaten. Og her er den, en gledelig anledning! Etter bare 0,0003 sekunder ble det registrert en elektrisk impuls fra en levende celle. Det var åpenbart at impulsen i et slikt øyeblikk ikke kunne oppstå igjen. Dette betydde bare én ting: Ladningen var konsentrert om en hvilende, uskadet celle.

I de påfølgende årene ble lignende eksperimenter utført på utallige andre celler. Det viste seg at alle celler er ladet og at ladningen til membranen er en integrert egenskap ved dens levetid. Så lenge cellen er i live, har den en ladning. Det var imidlertid fortsatt uklart hvordan cellen lades? Lenge før Huxleys eksperimenter publiserte den russiske fysiologen N. A. Bernstein (1896–1966) sin bok “Electrobiology” (1912). I den, som en seer, avslørte han teoretisk hovedhemmeligheten til levende elektrisitet - de biokjemiske mekanismene for dannelsen av en celleladning. Overraskende nok ble denne hypotesen noen år senere bekreftet briljant i Huxleys eksperimenter, som han ble tildelt Nobelprisen for. Så hva er disse mekanismene?

Som du vet er alt genialt enkelt. Dette viste seg å være tilfellet også i denne saken. Kroppen vår består av 70% vann, eller rettere sagt, en løsning av salter og proteiner. Hvis du ser inn i cellen, viser det seg at innholdet er overmettet med K + ioner (det er omtrent 50 ganger flere av dem inne enn utenfor). Mellom celler, i det intercellulære rommet, dominerer Na + -ioner (det er omtrent 20 ganger flere av dem her enn i cellen). Slik ubalanse opprettholdes aktivt av membranen, som, som en regulator, lar noen ioner passere gjennom "porten" og ikke lar andre passere.

Membranen, som en svampekake, består av to løse lag med komplekse fettstoffer (fosfolipider), hvis tykkelse penetreres som perler av proteiner som utfører en lang rekke funksjoner, spesielt de kan tjene som en slags "port" eller kanaler. Disse proteinene har hull inni seg som kan åpne og lukke ved hjelp av spesielle mekanismer. Hver type ion har sine egne kanaler. For eksempel er bevegelsen av K + ioner bare mulig gjennom K + kanaler, og Na + - gjennom Na + kanaler.

Når cellen er i ro, lyser det grønne lyset for K+-ioner og de forlater cellen fritt gjennom kanalene sine, på vei dit det er få av dem for å balansere konsentrasjonen. Husker du skoleerfaringen din i fysikk? Hvis du tar et glass vann og slipper fortynnet kaliumpermanganat (kaliumpermanganat) inn i det, vil fargestoffets molekyler etter en stund fylle hele volumet av glasset jevnt og gjøre vannet rosa. Et klassisk eksempel på diffusjon. På lignende måte skjer dette med K+-ioner, som er i overskudd i cellen og alltid har fri utgang gjennom membranen. Na+ ioner, som en person ikke grata, har ikke privilegier fra hvilecellemembranen. I dette øyeblikket er membranen for dem som en ugjennomtrengelig festning, som er nesten umulig å trenge inn, siden alle Na +-kanaler er lukket.

Men hva har elektrisitet med det å gjøre, sier du? Saken er at kroppen vår, som nevnt ovenfor, består av oppløste salter og proteiner. I dette tilfellet snakker vi om salter. Hva er oppløst salt? Dette er en duo av sammenkoblede positive kationer og negative syreanioner. For eksempel er en løsning av kaliumklorid K + og Cl – osv. Saltløsning, som er mye brukt i medisin for intravenøse infusjoner, er forresten en løsning av natriumklorid - NaCl (bordsalt) i en konsentrasjon på 0,9 %.

Under naturlige forhold eksisterer ikke K + eller Na + ioner alene de finnes alltid med sure anioner - SO 4 2–, Cl –, PO 4 3– osv., og under normale forhold er membranen ugjennomtrengelig for negativ; partikler. Dette betyr at når K + ioner beveger seg gjennom kanalene deres, blir anionene knyttet til dem, som magneter, trukket bak dem, men, uten å kunne komme seg ut, samler de seg på den indre overflaten av membranen. Siden Na + -ioner, det vil si positivt ladede partikler, dominerer utenfor cellen, i det intercellulære rommet, pluss K + -ioner hele tiden lekker inn i dem, konsentreres en overflødig positiv ladning på den ytre overflaten av membranen, og en negativ på dens indre overflate. Så en celle i hvile "kunstig" begrenser ubalansen til to viktige ioner - K + og Na +, på grunn av hvilken membranen er polarisert på grunn av forskjellen i ladninger på begge sider. Cellens hviletilstandsladning kalles hvilemembranpotensialet, som er omtrent -70 mV. Det var denne ladningsstørrelsen som først ble registrert av Huxley på den gigantiske nerven til et bløtdyr.

Da det ble klart hvor "elektrisiteten" kommer fra i en celle i hvile, oppsto spørsmålet umiddelbart: hvor blir det av hvis cellen fungerer, for eksempel når musklene våre trekker seg sammen? Sannheten lå på overflaten. Det var nok å se inn i cellen i øyeblikket av dens spenning. Når en celle reagerer på ytre eller indre påvirkninger, åpnes i det øyeblikket alle Na+-kanaler med lynets hastighet, som på kommando, og Na+-ioner, som en snøball, suser inn i cellen på en brøkdel av et sekund. Således, på et øyeblikk, i en tilstand av celleeksitasjon, balanserer Na + -ioner konsentrasjonen deres på begge sider av membranen, K + -ioner forlater fortsatt sakte cellen. Frigjøringen av K+-ioner er så langsom at når Na+-ionet endelig bryter gjennom de ugjennomtrengelige veggene i membranen, er det fortsatt ganske mange av dem igjen der. Nå, inne i cellen, nemlig på den indre overflaten av membranen, vil en overflødig positiv ladning bli konsentrert. På dens ytre overflate vil det være en negativ ladning, fordi, som i tilfellet med K +, vil en hel hær av negative anioner skynde seg bak Na +, som membranen fortsatt er ugjennomtrengelig for. Holdt på dens ytre overflate av elektrostatiske tiltrekningskrefter, vil disse "fragmentene" av salter skape et negativt elektrisk felt her. Dette betyr at i øyeblikket av celleeksitasjon vil vi observere en ladningsreversering, det vil si en endring i fortegn til det motsatte. Dette forklarer hvorfor ladningen endres fra negativ til positiv når en celle er opphisset.

Det er et annet viktig poeng som Galvani beskrev i antikken, men som ikke kunne forklare riktig. Da Galvani skadet en muskel, trakk den seg sammen. Da virket det for ham som om dette var en skadestrøm og at det "hellte ut" fra muskelen. Til en viss grad var hans ord profetiske. Cellen mister faktisk ladningen når den fungerer. Ladning eksisterer bare når det er forskjell mellom konsentrasjonene av Na + /K + -ioner. Når cellen er opphisset, er antallet Na + ioner på begge sider av membranen det samme, og K + har en tendens til samme tilstand. Det er derfor når cellen er opphisset, synker ladningen og blir lik +40 mV.

Da gåten om "eksitasjon" ble løst, oppsto et annet spørsmål uunngåelig: hvordan går cellen tilbake til det normale? Hvordan vises ladningen på den igjen? Tross alt dør hun ikke etter å ha jobbet. Og faktisk, noen år senere fant de denne mekanismen. Det viste seg å være et protein innebygd i membranen, men det var et uvanlig protein. På den ene siden så det det samme ut som kanalekorn. På den annen side, i motsetning til sine brødre, "ladet dette proteinet dyrt for sitt arbeid", nemlig energi, så verdifullt for cellen. Dessuten må energien som er egnet for driften være spesiell, i form av ATP-molekyler (adenosintrifosforsyre). Disse molekylene syntetiseres spesielt ved "energistasjonene" i cellen - mitokondrier, lagres nøye der og om nødvendig levert til deres destinasjon ved hjelp av spesielle bærere. Energien fra disse "stridshodene" frigjøres under deres oppløsning og brukes på ulike behov til cellen. Spesielt i vårt tilfelle er denne energien nødvendig for arbeidet til et protein kalt Na/K-ATPase, hvis hovedfunksjon er, som en skyttel, å transportere Na + ut av cellen, og K + i motsatt retning.

Derfor, for å gjenopprette tapt styrke, må du jobbe. Tenk på det, det er et ekte paradoks gjemt her. Når en celle fungerer, skjer denne prosessen passivt på nivå med cellemembranen, og for å hvile krever den energi.

Hvordan nerver "snakker" med hverandre

Hvis du stikker fingeren, vil hånden umiddelbart trekke seg tilbake. Det vil si at med en mekanisk effekt på hudreseptorer, når eksitasjonen som oppstår ved et gitt lokalt punkt hjernen og går tilbake til periferien slik at vi kan reagere adekvat på situasjonen. Dette er et eksempel på en medfødt respons, eller ubetingede reflekser, som inkluderer mange defensive reaksjoner som blunking, hosting, nysing, kløing, etc.

Hvordan kan eksitasjon, etter å ha oppstått på membranen til en celle, kunne gå videre? Før vi svarer på dette spørsmålet, la oss bli kjent med strukturen til en nervecelle - en nevron, hvis betydning av "livet" er å utføre eksitasjon eller nerveimpulser.

Så, en nevron, som en flygende komet, består av en nervecellekropp, rundt hvilken det er mange små prosesser - dendritter og en lang "hale" - et akson. Det er disse prosessene som fungerer som en slags ledninger som "levende strøm" flyter gjennom. Siden hele denne komplekse strukturen er en enkelt celle, har prosessene til et nevron det samme settet med ioner som kroppen. Hva er prosessen med eksitasjon av en lokal region av en nevron? Dette er en slags forstyrrelse av "roen" i dets ytre og indre miljø, uttrykt i form av rettet bevegelse av ioner. Eksitasjon, som har oppstått på stedet der stimulansen skjedde, sprer seg videre langs kjeden i henhold til de samme prinsippene som i dette området. Først nå vil ikke stimulansen for nærliggende områder være en ytre stimulus, men indre prosesser forårsaket av strømmen av Na + og K + ioner og endringer i membranladningen. Denne prosessen ligner på hvordan bølger forplanter seg fra en småstein kastet i vann. Akkurat som i tilfellet med en rullestein, sprer biostrømmer langs nervefibermembranen seg i sirkulære bølger, og forårsaker eksitasjon av stadig fjernere områder.

I eksperimentet forplanter eksitasjon fra et lokalt punkt seg videre i begge retninger. Under reelle forhold utføres nerveimpulser ensrettet. Dette skyldes at området som er bearbeidet trenger hvile. Og resten av en nervecelle, som vi allerede vet, er aktiv og forbundet med energiforbruk. Eksitering av en celle er "tap" av ladningen. Det er derfor, så snart en celle fungerer, synker dens evne til å begeistre kraftig. Denne perioden kalles ildfast, fra det franske ordet refraktær- svarer ikke. Slik immunitet kan være absolutt (umiddelbart etter eksitasjon) eller relativ (ettersom membranladningen gjenopprettes), når det er mulig å forårsake en respons, men ved for sterke stimuli.

Spør du deg selv hvilken farge hjernen vår har, viser det seg at det store flertallet av den, med noen få unntak, er grå og hvit. Kroppene og korte prosessene til nervecellene er grå, og de lange prosessene er hvite. De er hvite fordi det er ekstra isolasjon på toppen av dem i form av "fett" eller myelinputer. Hvor kommer disse putene fra? Rundt nevronet er det spesielle celler oppkalt etter den tyske nevrofysiologen som først beskrev dem - Schwann-celler. De, i likhet med barnepiker, hjelper nevronet til å vokse og utskiller spesielt myelin, som er et slags "fett" eller lipid, som forsiktig omslutter områdene til det voksende nevronet. Imidlertid dekker dette antrekket ikke hele overflaten av den lange prosessen, men separate områder, mellom hvilke aksonet forblir bart. De utsatte områdene kalles noder av Ranvier.

Det er interessant, men eksitasjonshastigheten avhenger av hvordan nerveprosessen er "kledd". Det er ikke vanskelig å gjette - en spesiell "uniform" eksisterer for å øke effektiviteten av passasjen av biostrømmer langs nerven. Faktisk, hvis eksitasjonen i grå dendritter beveger seg som en skilpadde (fra 0,5 til 3 m/s), sekvensielt, uten å gå glipp av en eneste seksjon, hopper nerveimpulser i det hvite aksonet langs de "bare" områdene i Ranvier, noe som øker betydelig. hastigheten på deres ledning opp til 120 m/s. Slike raske nerver innerverer hovedsakelig musklene, og gir beskyttelse til kroppen. Indre organer trenger ikke slik hastighet. For eksempel kan blæren strekke seg lenge og sende impulser om sin fylde, mens hånden umiddelbart må trekke seg fra brannen, ellers truer den med skade.

Den voksne hjernen veier i gjennomsnitt 1300 g. Denne massen består av 10 10 nerveceller. Så stort antall nevroner! Ved hvilke mekanismer beveger eksitasjon seg fra en celle til en annen?

Å avdekke mysteriet med kommunikasjon i nervesystemet har sin egen historie. På midten av 1800-tallet mottok den franske fysiologen Claude Bernard en verdifull pakke fra Sør-Amerika som inneholdt curare-gift, den samme giften som indianerne brukte til å smøre pilspissene sine. Forskeren var opptatt av å studere effekten av gift på kroppen. Det var kjent at et dyr som ble truffet av en slik gift dør av kvelning på grunn av lammelser av luftveismusklene, men ingen visste nøyaktig hvordan den lynraske morderen fungerte. For å forstå dette utførte Bernard et enkelt eksperiment. Han løste opp giften i en petriskål, plasserte en muskel med en nerve der og så at hvis bare nerven er nedsenket i giften, forblir muskelen frisk og kan fortsatt jobbe. Hvis du forgifter bare en muskel med gift, er selv i dette tilfellet dens evne til å trekke seg sammen bevart. Og først når området mellom nerven og muskelen ble plassert i giften, kunne man observere et typisk bilde av forgiftning: muskelen ble ute av stand til å trekke seg sammen selv under veldig sterke elektriske påvirkninger. Det ble tydelig at det var et "gap" mellom nerven og muskelen, som er der giften virker.

Det viste seg at slike "hull" kan finnes hvor som helst i kroppen, bokstavelig talt gjennomsyret av dem. Det ble også funnet andre stoffer, som nikotin, som selektivt virket på de mystiske stedene mellom nerven og muskelen, og fikk den til å trekke seg sammen. Først ble disse usynlige forbindelsene kalt den myoneurale forbindelsen, og senere ga den engelske nevrofysiologen Charles Sherrington dem navnet synapser, fra det latinske ordet synapsis- tilkobling, tilkobling. Det siste poenget i denne historien ble imidlertid satt av den østerrikske farmakologen Otto Lewy, som klarte å finne et mellomledd mellom nerve og muskel. De sier at han drømte at et bestemt stoff "hellte ut" fra nerven og fikk muskelen til å jobbe. Neste morgen bestemte han seg bestemt: han måtte lete etter dette stoffet. Og han fant det! Alt viste seg å være ganske enkelt. Levi tok to hjerter og isolerte den største nerven på ett av dem - nervus vagus. Han forutså på forhånd at noe ville skille seg ut fra det, koblet han disse to "muskelmotorene" med et system av rør og begynte å irritere nerven. Levi visste at irritasjonen hans fikk hjertet til å stoppe. Imidlertid stoppet ikke bare hjertet som den irriterte nerven virket på, men også det andre som ble koblet til det av løsningen. Litt senere klarte Levi å isolere dette stoffet i sin rene form, som ble kalt "acetylkolin". Dermed ble det funnet ugjendrivelige bevis på tilstedeværelsen av en mellommann i "samtalen" mellom nerve og muskel. Denne oppdagelsen ble tildelt Nobelprisen.

Og så gikk alt mye fortere. Det viste seg at prinsippet om kommunikasjon mellom nerver og muskler oppdaget av Levy er universelt. Ved hjelp av et slikt system kommuniserer ikke bare nerver og muskler, men også nervene selv kommuniserer med hverandre. Men til tross for at prinsippet for slik kommunikasjon er det samme, mellommenn, eller, som de senere ble kalt, formidlere (fra det latinske ordet formidler- mellomledd), kan være annerledes. Hver nerve har sin egen, som et pass. Dette mønsteret ble etablert av den engelske farmakologen Henry Dale, som han også ble tildelt Nobelprisen for. Så, språket for nevral kommunikasjon ble klart alt som gjensto var å se hvordan dette designet så ut.

Hvordan fungerer en synapse?

Hvis vi ser på et nevron gjennom et elektronmikroskop, vil vi se at det er som et juletre, alt hengt med en slags knapper. Det kan være opptil 10 000 slike "knapper", eller, som du kanskje har gjettet, synapser på bare ett nevron La oss se nærmere på en av dem. Hva vil vi se? Ved den terminale delen av nevronet tykner den lange prosessen, så den ser ut for oss i form av en knapp. I denne fortykningen ser det ut til at aksonet blir tynnere og mister sin hvite pels i form av myelin. Inne i "knappen" er det et stort antall bobler fylt med noe stoff. I 1954 gjettet George Palade at dette ikke var noe mer enn et lagringsanlegg for meklere (20 år senere fikk han Nobelprisen for denne gjetningen). Når eksitasjonen når endestasjonen av den lange prosessen, blir meklerne løslatt fra sin innesperring. Ca 2+ ioner brukes til dette. Når de beveger seg mot membranen, smelter de sammen med den, brister (eksocytose), og senderen under trykk kommer inn i rommet mellom de to nervecellene, som kalles synaptisk spalte. Det er ubetydelig, så molekylene til mediatoren når raskt membranen til nabonevronet, som igjen er spesielle antenner, eller reseptorer (fra det latinske ordet recipio - å ta, akseptere), som fanger mediatoren. Dette skjer i henhold til prinsippet om "nøkkel til lås" - den geometriske formen til reseptoren tilsvarer fullstendig formen til mediatoren. Etter å ha utvekslet et "håndtrykk", blir mediatoren og reseptoren tvunget til å skilles. Møtet deres er veldig kort og det siste for mekleren. Bare et brøkdel av et sekund er nok for at senderen skal utløse eksitasjon på en nabonevron, hvoretter den blir ødelagt ved hjelp av spesielle mekanismer. Og så vil denne historien gjenta seg igjen og igjen, og så vil levende elektrisitet løpe i det uendelige langs "nervetrådene", skjule mange hemmeligheter for oss og derved tiltrekke oss med sitt mysterium.

Er det nødvendig å snakke om betydningen av oppdagelser innen elektrofysiologi? Det er nok å si at syv nobelpriser ble delt ut for å løfte teppet for den levende elektrisitetens verden. I dag er brorparten av den farmasøytiske industrien bygget på disse grunnleggende funnene. For eksempel er det ikke en så forferdelig prøvelse å gå til tannlegen nå. En injeksjon med lidokain - og Na + kanalene på injeksjonsstedet vil bli midlertidig blokkert. Og du vil ikke lenger føle smertefulle prosedyrer. Du har vondt i magen, legen vil skrive ut medisiner (no-spa, papaverin, platifilin, etc.), som er grunnlaget for blokkering av reseptorer slik at mediatoren acetylkolin, som utløser mange prosesser i mage-tarmkanalen, ikke kan komme i kontakt med dem, og etc. Nylig har en serie sentralt virkende farmakologiske legemidler rettet mot å forbedre hukommelse, talefunksjon og mental aktivitet vært aktivt i utvikling.

Tema for arbeidet mitt: Levende elektrisitet

Målet med arbeidet var å identifisere måter å skaffe strøm fra anlegg og eksperimentell bekreftelse av noen av dem.

Vi har satt oss følgende oppgaver:

For å nå målene ble følgende forskningsmetoder brukt: litteraturanalyse, eksperimentell metode, sammenligningsmetode.

Før elektrisk strøm når hjemmet vårt, går den langt fra stedet der strømmen mottas til stedet der den forbrukes. Strøm genereres i kraftverk. Kraftverk - en elektrisk stasjon, et sett med installasjoner, utstyr og apparater som brukes direkte til produksjon av elektrisk energi, samt strukturer og bygninger som er nødvendige for dette, lokalisert i et bestemt område.

"ARBEID DIREKTE ELEKTRISITET"

Departementet for utdanning, vitenskap og ungdom i Republikken Krim

Krim-konkurranse av forskningsarbeider og prosjekter for skolebarn i klasse 5-8 "Step into Science"

Tema: Levende strøm

Arbeidet fullført:

Asanova Evelina Asanovna

5. klasse elev

Vitenskapelig rådgiver:

Ablyalimova Lilya Lenurovna,

lærer i biologi og kjemi

MBOU "Veselovskaya Secondary School"

Med. Veselovka – 2017

1.Innledning………………………………………………………………..…3

2. Kilder til elektrisk strøm…………………………..…….……4

2.1. Ikke-tradisjonelle energikilder………………………….…..4

2.2. "Levende" kilder til elektrisk strøm………………………………4

2.3. Frukt og grønnsaker som kilder til elektrisk strøm……………5

3. Praktisk del…………………………………..………….…………6

4. Konklusjon………………………………………………………………………………..…..8

Liste over referanser……………………………………………………………….9

INTRODUKSJON

Elektrisitet og planter - hva kan de ha til felles? Men tilbake på midten av 1700-tallet forsto naturvitere: disse to konseptene er forent av en slags intern forbindelse.

Folk møtte "levende" elektrisitet i begynnelsen av sivilisasjonen: de kjente til noen fisks evne til å treffe byttedyr ved hjelp av en slags indre kraft. Dette er bevist av hulemalerier og noen egyptiske hieroglyfer som viser en elektrisk steinbit. Og han var ikke den eneste som ble pekt ut på dette grunnlaget da. Romerske leger klarte å bruke rokkers "streik" for å behandle nervesykdommer. Forskere har gjort mye for å studere det fantastiske samspillet mellom elektrisitet og levende ting, men naturen skjuler fortsatt mye for oss.

I 1729 oppdaget Charles Dufay at det er to typer ladninger. Eksperimenter utført av Du Fay sa at en av ladningene er dannet ved å gni glass på silke, og den andre ved å gni harpiks på ull. Konseptet med positiv og negativ ladning ble introdusert av den tyske naturforskeren Georg Christoph. Den første kvantitative forskeren var loven om interaksjon av ladninger, eksperimentelt etablert i 1785 av Charles Coulomb ved å bruke den følsomme torsjonsbalansen han utviklet.

KILDER TIL ELEKTRISK STRØM

IKKE-KONVENSJONELE ENERGIKILDER

I tillegg til tradisjonelle aktuelle kilder finnes det mange utradisjonelle kilder. Elektrisitet kan faktisk fås fra nesten hva som helst. Ikke-tradisjonelle kilder til elektrisk energi, der uerstattelige energiressurser praktisk talt ikke er bortkastet: vindenergi, tidevannsenergi, solenergi.

Det er andre gjenstander som ved første øyekast ikke har noe med elektrisitet å gjøre, men som kan tjene som strømkilde.

"LEVENDE" KILDER TIL ELEKTRISK STRØM

Det er dyr i naturen som vi kaller «levende kraftverk». Dyr er svært følsomme for elektrisk strøm. Selv en liten strøm er dødelig for mange av dem. Hester dør selv av en relativt svak spenning på 50-60 volt. Og det er dyr som ikke bare har høy motstand mot elektrisk strøm, men også genererer strøm i kroppen. Disse fiskene er elektriske ål, rokker og steinbit. Ekte levende kraftsenter!

Kilden til strømmen er spesielle elektriske organer plassert i to par under huden langs kroppen - under halefinnen og på den øvre delen av halen og ryggen. I utseende er slike organer en avlang kropp, bestående av en rødgul gelatinøs substans, delt inn i flere tusen flate plater, celler, langsgående og tverrgående skillevegger. Noe som et batteri. Mer enn 200 nervefibre nærmer seg det elektriske organet fra ryggmargen, grener som går til huden på ryggen og halen. Berøring av ryggen eller halen på denne fisken produserer en kraftig utslipp som umiddelbart kan drepe små dyr og overvelde store dyr og mennesker. Dessuten overføres strøm bedre i vann. Store dyr bedøvet av ål drukner ofte i vannet.

Elektriske organer er et middel ikke bare for beskyttelse mot fiender, men også for å skaffe mat. Elektriske ål jakter om natten. Når den nærmer seg byttet, lader den tilfeldig ut "batteriene", og alle levende ting - fisk, frosker, krabber - blir lammet. Handlingen av utslippet overføres over en avstand på 3-6 meter. Alt han kan gjøre er å svelge det lamslåtte byttet. Etter å ha brukt opp tilførselen av elektrisk energi, hviler fisken lenge og fyller på den, "lader" "batteriene".

2.3. FRUKT OG GRØNNSAKER SOM KILDER TIL ELEKTRISK STRØM

Etter å ha studert litteraturen, lærte jeg at elektrisitet kan fås fra noen frukter og grønnsaker. Elektrisk strøm kan fås fra sitron, epler og, mest interessant, fra vanlige poteter - rå og kokte. Slike uvanlige batterier kan fungere i flere dager og til og med uker, og strømmen de genererer er 5-50 ganger billigere enn den man får fra tradisjonelle batterier og minst seks ganger mer økonomisk enn en parafinlampe når den brukes til belysning.

Indiske forskere har bestemt seg for å bruke frukt, grønnsaker og deres avfall til å drive enkle husholdningsapparater. Batteriene inneholder en pasta laget av bearbeidede bananer, appelsinskall og andre grønnsaker eller frukter, som sink- og kobberelektroder er plassert i. Det nye produktet er først og fremst designet for innbyggere i landlige områder, som kan tilberede sine egne frukt- og grønnsaksingredienser for å lade opp uvanlige batterier.

PRAKTISK DEL

Deler av blader og stilker er alltid negativt ladet i forhold til normalt vev. Hvis du tar en sitron eller et eple og kutter den, og deretter legger to elektroder på skallet, vil de ikke oppdage en potensiell forskjell. Hvis en elektrode påføres skallet og den andre på innsiden av massen, vil det oppstå en potensiell forskjell, og galvanometeret vil merke strømmen.

Jeg bestemte meg for å teste den eksperimentelt og bevise at det er elektrisitet i grønnsaker og frukt. For forskning valgte jeg følgende frukt og grønnsaker: sitron, eple, banan, mandarin, potet. Hun noterte avlesningene til galvanometeret og mottok faktisk en strøm i hvert tilfelle.

Som et resultat av arbeidet som er utført:

1. Jeg studerte og analyserte vitenskapelig og pedagogisk litteratur om kilder til elektrisk strøm.

2. Jeg ble kjent med fremdriften i arbeidet med å hente elektrisk strøm fra anlegg.

3. Hun beviste at det er elektrisitet i fruktene av ulike frukter og grønnsaker og oppnådde uvanlige strømkilder.

Naturligvis kan den elektriske energien til planter og dyr for tiden ikke erstatte fullverdige kraftige energikilder. De bør imidlertid ikke undervurderes.

KONKLUSJON

For å nå målet med arbeidet mitt er alle forskningsoppgavene løst.

Analyse av vitenskapelig og pedagogisk litteratur førte til konklusjonen at det er mange gjenstander rundt oss som kan tjene som kilder til elektrisk strøm.

Under arbeidet ble metoder for å produsere elektrisk strøm vurdert. Jeg lærte mye interessant om tradisjonelle kraftkilder - ulike typer kraftverk.

Ved hjelp av erfaring har jeg vist at det er mulig å få strøm fra noen frukter, selvfølgelig, dette er en liten strøm, men selve det faktum at det er tilstede, gir håp om at slike kilder i fremtiden kan brukes til sine egne; formål (for å lade en mobiltelefon osv.). Slike batterier kan brukes av innbyggere i landlige områder i landet, som selv kan tilberede frukt- og grønnsaksingredienser for å lade biobatterier. Den brukte batterisammensetningen forurenser ikke miljøet som galvaniske (kjemiske) celler og krever ikke separat avhending i anviste områder.

LISTE OVER LITTERATURKILDER

Gordeev A.M., Sheshnev V.B. Elektrisitet i plantelivet. Utgiver: Nauka - 1991

Magasinet "Vitenskap og liv", nr. 10, 2004.

Blad. "Galileo" Vitenskap ved eksperiment. nr. 3/ 2011 “Sitronbatteri”.

Magasinet "Young Erudite" nr. 10 / 2009 "Energi fra ingenting."

Galvanisk celle - artikkel fra Great Soviet Encyclopedia.

V. Lavrus "Batterier og akkumulatorer."

Se dokumentinnholdet
"AVHANDLING"

Tema: Levende strøm

Vitenskapelig veileder: Lilya Lenurovna Ablyalimova, lærer i biologi og kjemi, Veselovskaya Secondary School

Relevansen av det valgte emnet: for tiden i Russland er det en trend med stigende priser på energiressurser, inkludert elektrisitet. Derfor er spørsmålet om å finne billige energikilder viktig. Menneskeheten står overfor oppgaven med å utvikle miljøvennlige, fornybare, utradisjonelle energikilder.

Formålet med arbeidet: identifisere måter å skaffe strøm fra anlegg og eksperimentell bekreftelse av noen av dem.

Studer og analyser vitenskapelig og pedagogisk litteratur om kilder til elektrisk strøm.

Gjør deg kjent med fremdriften i arbeidet med å hente elektrisk strøm fra anlegg.

Bevis at planter har elektrisitet.

Formuler instruksjoner for fordelaktig bruk av de oppnådde resultatene.

Forskningsmetoder: litteraturanalyse, eksperimentell metode, sammenligningsmetode.

Se presentasjonsinnhold
"PRESENTASJON"

Bo elektrisitet Arbeidet fullført: Asanova Evelina, 5. klasse elev MBOU "Veselovskaya Secondary School"

Arbeidets relevans:

For tiden er det en tendens i Russland til å øke prisene på energiressurser, inkludert elektrisitet. Derfor er spørsmålet om å finne billige energikilder viktig.

Menneskeheten står overfor oppgaven med å utvikle miljøvennlige, fornybare, utradisjonelle energikilder.

Målet med arbeidet:

Identifisering av måter å skaffe strøm fra anlegg og eksperimentell bekreftelse av noen av dem.

Studer og analyser vitenskapelig og pedagogisk litteratur om kilder til elektrisk strøm.
Gjør deg kjent med fremdriften i arbeidet med å hente elektrisk strøm fra anlegg.
Bevis at planter har elektrisitet.
Formuler instruksjoner for fordelaktig bruk av de oppnådde resultatene.

Litteraturanalyse
Eksperimentell metode
Sammenligningsmetode

Introduksjon

Vårt arbeid er viet til uvanlige energikilder.

Kjemiske strømkilder spiller en svært viktig rolle i verden rundt oss. De brukes i mobiltelefoner og romskip, i kryssermissiler og bærbare datamaskiner, i biler, lommelykter og vanlige leker. Hver dag møter vi batterier, akkumulatorer og brenselceller.

Moderne liv er rett og slett utenkelig uten elektrisitet - bare forestill deg menneskehetens eksistens uten moderne husholdningsapparater, lyd- og videoutstyr, en kveld med et stearinlys og en lommelykt.

Levende kraftverk

De kraftigste utslippene produseres av den søramerikanske elektriske ålen. De når 500-600 volt. Denne typen spenning kan slå en hest av føttene. Ålen lager en spesielt sterk strøm når den bøyer seg i en bue slik at offeret er mellom halen og hodet: en lukket elektrisk ring dannes .

Levende kraftverk

Stingrays er levende kraftstasjoner, som produserer en spenning på rundt 50-60 volt og leverer en utladningsstrøm på 10 ampere.

All fisk som produserer elektriske utladninger bruker spesielle elektriske organer til dette.

Noe om elektrisk fisk

Fiskene bruker utslipp:

å lyse opp veien din;
å beskytte, angripe og bedøve offeret;
overføre signaler til hverandre og oppdage hindringer på forhånd.

Ikke-tradisjonelle aktuelle kilder

I tillegg til tradisjonelle aktuelle kilder, er det mange utradisjonelle. Det viser seg at strøm kan genereres fra nesten hva som helst.

Eksperiment:

Elektrisitet kan fås fra noen frukter og grønnsaker. Elektrisk strøm kan fås fra sitron, epler og, mest interessant, fra vanlige poteter. Jeg utførte eksperimenter med disse fruktene og fikk faktisk en strøm.

Som et resultat av arbeidet som er utført:
1. Jeg studerte og analyserte vitenskapelig og pedagogisk litteratur om kilder til elektrisk strøm.
2. Jeg ble kjent med fremdriften i arbeidet med å hente elektrisk strøm fra anlegg.
3. Hun beviste at det er elektrisitet i fruktene av ulike frukter og grønnsaker og oppnådde uvanlige strømkilder.

KONKLUSJON:

For å nå målet med arbeidet mitt er alle forskningsoppgavene løst. Analyse av vitenskapelig og pedagogisk litteratur førte til konklusjonen at det er mange gjenstander rundt oss som kan tjene som kilder til elektrisk strøm.

Under arbeidet ble metoder for å produsere elektrisk strøm vurdert. Jeg lærte mye interessant om tradisjonelle kraftkilder - ulike typer kraftverk.

Gjennom eksperimenter har jeg vist at det er mulig å få elektrisitet fra noen frukter, selvfølgelig, dette er en liten strøm, men selve det faktum at det er tilstede, gir håp om at slike kilder i fremtiden kan brukes til sine egne formål (til; lade en mobiltelefon osv.). Slike batterier kan brukes av innbyggere i landlige områder i landet, som selv kan tilberede frukt- og grønnsaksingredienser for å lade biobatterier. Den brukte batterisammensetningen forurenser ikke miljøet som galvaniske (kjemiske) celler og krever ikke separat avhending i anviste områder.

Visste du at noen planter bruker elektrisitet, og at noen typer fisk navigerer i verdensrommet og bedøver byttedyr ved hjelp av elektriske organer?

: Publikasjonen "Nature" diskuterte hvordan elektriske impulser overføres i planter. Fremtredende eksempler som umiddelbart kommer til tankene er Venus-fluefangeren og mimosa pudica, der bevegelse av blader er forårsaket av elektrisitet. Men det finnes andre eksempler.

– Pattedyrets nervesystem overfører elektriske signaler med hastigheter på opptil 100 meter per sekund. Planter lever i et lavere tempo. Og selv om de ikke har et nervesystem, er det noen planter, for eksempel mimosa pudica ( Mimosa pudica) og venereus fluefanger ( Dionaea muscipula), bruk elektriske signaler for å provosere frem rask bevegelse av blader. Signaloverføring i disse plantene når en hastighet på 3 cm per sekund - og denne hastigheten er sammenlignbar med hastigheten til nerveimpulser i muskler. På side 422 i dette nummeret utforsker forfatter Mousavi og hans kolleger det interessante og ikke helt forståtte spørsmålet om hvordan planter genererer og overfører elektriske signaler. Forfatterne identifiserer to proteiner som ligner på glutamatreseptorer, som er kritiske komponenter i prosessen med induksjon av en elektrisk bølge provosert av bladskader. Det sprer seg til naboorganer, og får dem til å øke defensive responser som svar på potensielt planteeterangrep.»

Hvem ville trodd at å kutte et blad kunne utløse et elektrisk signal? Eksperimenter på Tals rhizomet-plante viste ingen reaksjon når den ble eksponert for et blad, men når bladet ble spist oppstod det et elektrisk signal som forplantet seg med en hastighet på 9 cm per minutt.

"Elektrisk signaloverføring var mest effektiv i blader plassert rett over eller under det sårede bladet," bemerker avisen. "Disse bladene er forbundet med hverandre av plantens vaskulære seng, gjennom hvilken vann og organiske komponenter overføres, og signaler overføres også utmerket over lange avstander.". Det resulterende signalet slår på beskyttende komponenter i genet. "Disse utrolige observasjonene viser tydelig at generering og overføring av elektriske signaler spiller en kritisk rolle i å initiere forsvarsreaksjoner i fjerne mål når de blir angrepet av planteetere."

Forfatterne av den originale artikkelen tok ikke opp temaet evolusjon, annet enn å antyde at "den dypt bevarte funksjonen til disse genene, Kan være, er en kobling mellom oppfatningen av skade og perifere beskyttelsesreaksjoner.» Hvis det er sant at denne funksjonen må ha "eksistert før divergensen i utviklingen av dyr og planter."

Elektrisk fisk : To nye arter av elektrisk fisk er funnet i Amazonas, men de er utstyrt med elektrisitet på forskjellige måter. En av dem, som de fleste andre elektriske fisker, er bifasisk (eller er en kilde til vekselstrøm), og den andre er monofasisk (er en kilde til likestrøm). En Science Daily-artikkel så på de evolusjonære årsakene til at det fungerer på denne måten, og det som er interessant er at "disse delikate fiskene produserer impulser på bare noen få hundre millivolt gjennom et organ som stikker litt ut fra den fibrøse halen." Denne impulsen er for svak til å drepe offeret, slik den berømte elektriske ålen gjør, men disse impulsene leses av representanter for andre arter, og brukes av medlemmer av det motsatte kjønn for kommunikasjon. Fisk bruker dem til "Elektrolokalisering" i et komplekst vannmiljø om natten". Når det gjelder utviklingen deres, er de to fiskene så like at de er klassifisert som samme art, den eneste forskjellen er forskjellen i den elektriske fasen til signalene deres.

Det er et stort antall måter å motta informasjon om verden rundt oss på: berøring, syn, lyd, lukt og nå elektrisitet. Den levende verden er et mirakel av kommunikasjon mellom individuelle organismer og deres miljø. Hvert sanseorgan er delikat utformet og gir store fordeler for kroppen. Sofistikerte systemer er ikke et resultat av blinde, ukontrollerte prosesser. Vi tror at å se på dem som systemer bygget av intelligent design vil fremskynde forskningsprosessen, søke innsikt i høyere design og imitere dem for å forbedre ingeniørfeltet. Og den virkelige hindringen for vitenskapens fremgang er antakelsen: "Å, denne organismen utviklet seg bare fordi den utviklet seg." Dette er en soporisk tilnærming som har en hypnotisk effekt.

"Elektrisitet i levende organismer"

Hva er det, hvem oppdaget det, hva er elektrisitet?

Thales of Miletus var den første som trakk oppmerksomheten til den elektriske ladningen. Han utførte et eksperiment, gned rav med ull, etter slike enkle bevegelser begynte rav å ha egenskapen til å tiltrekke seg små gjenstander. Denne egenskapen er mindre som elektriske ladninger og mer som magnetisme. Men i 1600 etablerte Gilbert et skille mellom disse to fenomenene.

I 1747 - 53 forklarte B. Franklin den første konsistente teorien om elektriske fenomener, etablerte til slutt lynets elektriske natur og oppfant lynavlederen.

I andre halvdel av 1700-tallet startet den kvantitative studien av elektriske og magnetiske fenomener. De første måleinstrumentene dukket opp - elektroskoper av forskjellige design, elektrometre. G. Cavendish (1773) og C. Coulomb (1785) etablerte eksperimentelt loven om interaksjon av stasjonære punktelektriske ladninger (Cavendishs verk ble publisert først i 1879). Denne grunnleggende loven om elektrostatikk (Coulombs lov) gjorde det for første gang mulig å lage en metode for å måle elektriske ladninger basert på kreftene i samspillet mellom dem.

Det neste trinnet i utviklingen av vitenskapen om E. er knyttet til oppdagelsen på slutten av 1700-tallet. L. Galvani "dyreelektrisitet"

Hovedforskeren i studiet av elektrisitet og elektriske ladninger er Michael Faraday. Ved hjelp av eksperimenter beviste han at effekten av elektriske ladninger og strømmer ikke avhenger av produksjonsmetoden. Også i 1831 oppdaget Faraday elektromagnetisk induksjon - eksiteringen av en elektrisk strøm i en krets som ligger i et vekslende magnetfelt. I 1833 - 34 etablerte Faraday lovene for elektrolyse; Disse arbeidene markerte begynnelsen på elektrokjemi.

Så, hva er elektrisitet? Elektrisitet er et sett med fenomener forårsaket av eksistensen, bevegelsen og interaksjonen av elektrisk ladede legemer eller partikler. Fenomenet elektrisitet finnes nesten overalt.

Hvis du for eksempel gnir en plastkam hardt mot håret ditt, vil papirbiter begynne å feste seg til det. Og hvis du gnir en ballong på ermet, vil den feste seg til veggen. Når rav, plast og en rekke andre materialer gnis, oppstår det en elektrisk ladning i dem. Selve ordet "elektrisk" kommer fra det latinske ordet electrum, som betyr "rav".

Hvor kommer elektrisiteten fra?

Alle gjenstander rundt oss inneholder millioner av elektriske ladninger, bestående av partikler plassert inne i atomer – grunnlaget for all materie. Kjernen til de fleste atomer inneholder to typer partikler: nøytroner og protoner. Nøytroner har ingen elektrisk ladning, mens protoner har en positiv ladning. En annen partikkel som roterer rundt kjernen er elektroner, som har en negativ ladning. Vanligvis har hvert atom samme antall protoner og elektroner, hvis like, men motsatte ladninger kansellerer hverandre. Som et resultat føler vi ingen ladning, og stoffet anses som uladet. Men hvis vi på en eller annen måte forstyrrer denne balansen, vil dette objektet ha en generell positiv eller negativ ladning, avhengig av hvilke partikler som forblir i det mer - protoner eller. elektroner.

Elektriske ladninger påvirker hverandre. Positive og negative ladninger tiltrekker hverandre, og to negative eller to positive ladninger frastøter hverandre. Hvis du bringer en negativt ladet fiskesnøre til et objekt, vil de negative ladningene til objektet bevege seg til den andre enden, og de positive ladningene vil tvert imot bevege seg nærmere fiskesnøret. De positive og negative ladningene til fiskesnøret og objektet vil tiltrekke hverandre, og objektet vil holde seg til fiskesnøret. Denne prosessen kalles elektrostatisk induksjon, og objektet sies å falle inn i det elektrostatiske feltet til fiskesnøret.

Hva er det, hvem oppdaget det, hva er levende organismer?

Levende organismer er hovedfaget for studier i biologi. Levende organismer passer ikke bare inn i den eksisterende verden, men isolerte seg også fra den ved hjelp av spesielle barrierer. Miljøet der levende organismer ble dannet er et rom-tidskontinuum av hendelser, det vil si et sett med fenomener i den fysiske verden, som bestemmes av egenskapene og posisjonen til jorden og solen.

For enkelhets skyld er alle organismer delt inn i forskjellige grupper og kategorier, som utgjør et biologisk system for deres klassifisering. Deres mest generelle inndeling er i kjernefysisk og ikke-atomkraft. Basert på antall celler som utgjør kroppen, deles de inn i encellede og flercellede. Kolonier av encellede organismer inntar en spesiell plass mellom dem.

For alle levende organismer, dvs. Planter og dyr påvirkes av abiotiske miljøfaktorer (faktorer av ikke-levende natur), spesielt temperatur, lys og fuktighet. Avhengig av påvirkningen av faktorer av livløs natur, er planter og dyr delt inn i forskjellige grupper, og de utvikler tilpasninger til påvirkningen av disse abiotiske faktorene.

Som allerede nevnt er levende organismer fordelt over et stort antall. I dag skal vi se på levende organismer, dele dem inn i varmblodige og kaldblodige:

med konstant kroppstemperatur (varmblodig);

med ustabil kroppstemperatur (kaldblodig).

Organismer med ustabil kroppstemperatur (fisk, amfibier, krypdyr). Organismer med konstant kroppstemperatur (fugler, pattedyr).

Hva er sammenhengen mellom fysikk og levende organismer?

Å forstå essensen av livet, dets opprinnelse og utvikling bestemmer hele fremtiden til menneskeheten på jorden som en levende art. Selvfølgelig har en enorm mengde materiale nå blitt akkumulert, det blir nøye studert, spesielt innen molekylærbiologi og genetikk, det er ordninger eller modeller for utvikling, det er til og med praktisk menneskelig kloning.

Dessuten rapporterer biologi om mange interessante og viktige detaljer om levende organismer, mens de mangler noe grunnleggende. Ordet "fysikk" i seg selv, ifølge Aristoteles, betyr "fysikk" - natur. Faktisk består all materie i universet, og derfor vi selv, av atomer og molekyler, for hvilke kvantitative og generelt korrekte lover for deres oppførsel allerede er oppnådd, inkludert på kvantemolekylært nivå.

Dessuten har fysikk vært og er fortsatt en viktig faktor i den generelle utviklingen av studiet av levende organismer generelt. I denne forstand skaper fysikk som et kulturelt fenomen, og ikke bare som et kunnskapsfelt, den sosiokulturelle forståelsen som er nærmest biologi vitenskapen selv, som kjent, er nesten utelukkende basert på opplevelsen av fysisk Sci.

Derfor kan oppgaven med vitenskapelig kunnskap om levende ting være å underbygge muligheten for å bruke fysiske modeller og ideer for å bestemme utviklingen av natur og samfunn, også på grunnlag av fysiske lover og vitenskapelig analyse av kunnskapen som er oppnådd om prosessens mekanisme. i en levende organisme. Som M.V. Volkenshtein sa for 25 år siden, "i biologi som vitenskapen om levende ting, er bare to måter mulig: enten å gjenkjenne den umulige forklaringen av liv på grunnlag av fysikk og kjemi, eller en slik forklaring er mulig og må finnes. , inkludert på grunnlag av generelle lover, som karakteriserer strukturen og naturen til materie, substans og felt."

Elektrisitet i ulike klasser av levende organismer

På slutten av 1700-tallet oppdaget de berømte forskerne Galvani og Volta elektrisitet hos dyr. De første dyrene som forskerne eksperimenterte på for å bekrefte oppdagelsen deres. Cellen påvirkes av ulike miljøfaktorer - stimuli: fysisk - mekanisk, temperatur, elektrisk;

Elektrisk aktivitet viste seg å være en integrert egenskap ved levende materie. Elektrisitet genererer nerve-, muskel- og kjertelcellene til alle levende skapninger, men denne evnen er mest utviklet hos fisk. La oss vurdere fenomenet elektrisitet i varmblodige levende organismer.

Det er for tiden kjent at av 20 tusen moderne fiskearter, er rundt 300 i stand til å skape og bruke bioelektriske felt. Basert på arten av utslippene som genereres, deles slik fisk inn i sterkt elektrisk og svakt elektrisk. Førstnevnte inkluderer søramerikanske elektriske ferskvannsål, afrikansk elektrisk steinbit og marine elektriske stråler. Disse fiskene genererer veldig kraftige utslipp: ål, for eksempel med en spenning på opptil 600 volt, steinbit - 350. Strømspenningen til store sjøstråler er lav, siden sjøvann er en god leder, men strømstyrken til utslippene deres , for eksempel Torpedo-strålen, når noen ganger 60 ampere.

Fisk av den andre typen, for eksempel Mormyrus og andre representanter for ordenen Beaked Snouts, avgir ikke separate utslipp. De sender en rekke nesten kontinuerlige og rytmiske signaler (pulser) med høy frekvens ut i vannet, dette feltet manifesterer seg i form av såkalte kraftlinjer. Hvis et objekt som er forskjellig i sin elektriske ledningsevne fra vann kommer inn i et elektrisk felt, endres feltets konfigurasjon: objekter med høyere ledningsevne konsentrerer kraftliljene rundt dem, og de med lavere ledningsevne sprer dem. Fisk oppfatter disse endringene ved hjelp av elektriske reseptorer, lokalisert i de fleste fiskene i hodeområdet, og bestemmer plasseringen av objektet. Dermed utfører disse fiskene ekte elektrisk plassering.

Nesten alle jakter hovedsakelig om natten. Noen av dem har dårlig syn, og det er grunnen til at disse fiskene i en lang utviklingsprosess har utviklet en så perfekt metode for å oppdage mat, fiender og ulike gjenstander på avstand.

Teknikkene som brukes av elektrisk fisk når de fanger byttedyr og forsvarer seg mot fiender, antyder tekniske løsninger for mennesker ved utvikling av installasjoner for elektrofiske og frastøting av fisk. Modellering av elektriske lokaliseringssystemer for fisk åpner for eksepsjonelle muligheter. I moderne er det ingen søke- og deteksjonssystemer som vil fungere på samme måte som elektrolokatorer laget i naturens verksted. Forskere i mange land jobber hardt for å lage slikt utstyr.

AMFIBIER

For å studere strømmen av elektrisitet i amfibier, la oss ta Galvanis eksperiment. I sine eksperimenter brukte han bakbena til en frosk koblet til ryggraden. Han hengte disse preparatene på en kobberkrok til jernrekkverket på balkongen, og la merke til at når lemmene til frosken svaiet i vinden, trakk musklene deres seg sammen ved hver berøring av rekkverket. Basert på dette kom Galvani til den konklusjon at rykningene i bena var forårsaket av "dyreelektrisitet" med opprinnelse i froskens ryggmarg og overført gjennom metallledere (kroken og balkongrekkverket) til musklene i lemmene. Fysiker Alexander Volta uttalte seg mot denne posisjonen til Galvani om "dyreelektrisitet". I 1792 gjentok Volta Galvanis eksperimenter og slo fast at disse fenomenene ikke kan betraktes som «dyreelektrisitet». I Galvanis eksperiment var strømkilden ikke froskens ryggmarg, men en krets dannet av forskjellige metaller - kobber og jern. Volta hadde rett. Galvanis første eksperiment beviste ikke tilstedeværelsen av "dyreelektrisitet", men disse studiene tiltrakk seg forskeres oppmerksomhet til studiet av elektriske fenomener i levende organismer. Som svar på Voltas innvending utførte Galvani et andre eksperiment, denne gangen uten deltagelse av metaller. Han kastet enden av isjiasnerven med en glasskrok på muskelen i froskens lem – og samtidig ble det også observert sammentrekning av muskelen. Ioneledning forekommer også i en levende organisme.

Dannelsen og separasjonen av ioner i levende stoffer forenkles av tilstedeværelsen av vann i proteinsystemet. Den dielektriske konstanten til proteinsystemet avhenger av den.

Ladningsbærerne i dette tilfellet er hydrogenioner - protoner. Bare i en levende organisme realiseres alle typer ledningsevne samtidig.

Forholdet mellom ulike ledningsevner endres avhengig av mengden vann i proteinsystemet I dag kjenner ikke folk til alle egenskapene til den komplekse elektriske ledningsevnen til levende materie. Men det som er klart er at det er på dem at de fundamentalt forskjellige egenskapene som bare er iboende for levende ting, avhenger.

Cellen påvirkes av ulike miljøfaktorer - stimuli: fysisk - mekanisk, temperatur, elektrisk.

Lysbilde 2

Historien om oppdagelsen av elektriske fenomener

Thales of Miletus var den første som gjorde oppmerksom på elektrisk ladning 600 år f.Kr. Han oppdaget at rav, gnidd med ull, vil få egenskapene til å tiltrekke seg lette gjenstander: lo, papirbiter. Senere ble det antatt at bare rav hadde denne egenskapen. På midten av 1600-tallet utviklet Otto von Garicke en elektrisk friksjonsmaskin. I tillegg oppdaget han egenskapen til elektrisk frastøting av unipolært ladede objekter, og i 1729 oppdaget den engelske forskeren Stephen Gray oppdelingen av kropper i ledere av elektrisk strøm og isolatorer. Snart kom hans kollega Robert Simmer, som observerte elektrifiseringen av silkestrømpene hans, til den konklusjon at elektriske fenomener er forårsaket av separasjon av kropper i positive og negative ladninger. Når legemer gnis mot hverandre, forårsaker de elektrifisering av disse kroppene, det vil si at elektrifisering er akkumulering av en ladning av samme type på en kropp, og ladninger av samme tegn frastøter, og ladninger med forskjellige tegn tiltrekker hverandre og er kompenseres når den er tilkoblet, noe som gjør kroppen nøytral (uladet). I 1729 oppdaget Charles Dufay at det er to typer ladninger. Eksperimenter utført av Du Fay sa at en av ladningene er dannet ved å gni glass på silke, og den andre ved å gni harpiks på ull. Konseptet med positiv og negativ ladning ble introdusert av den tyske naturforskeren Georg Christoph. Den første kvantitative forskeren var loven om interaksjon av ladninger, eksperimentelt etablert i 1785 av Charles Coulomb ved å bruke den følsomme torsjonsbalansen han utviklet.

Lysbilde 3

Hvorfor reiser håret til elektrifiserte mennesker?

Håret elektrifiseres med samme ladning. Som du vet, frastøter som ladninger hverandre, så hår, som bladene på en papirfjær, divergerer i alle retninger. Hvis en ledende kropp, inkludert en menneskekropp, er isolert fra bakken, kan den lades til et høyt potensial. Dermed kan menneskekroppen ved hjelp av en elektrostatisk maskin lades til et potensial på titusenvis av volt.

Lysbilde 4

Har en elektrisk ladning plassert på menneskekroppen i dette tilfellet en effekt på nervesystemet?

Menneskekroppen er en leder av elektrisitet. Hvis den er isolert fra bakken og ladet, er ladningen utelukkende plassert på overflaten av kroppen, så lading til et relativt høyt potensial påvirker ikke nervesystemet, siden nervefibrene er plassert under huden. Påvirkningen av en elektrisk ladning på nervesystemet merkes i utladningsøyeblikket, hvor det skjer en omfordeling av ladninger på kroppen. Denne omfordelingen er en kortvarig elektrisk strøm som går ikke langs overflaten, men inne i kroppen.

Lysbilde 5

Hvorfor lander fugler ustraffet på høyspentoverføringsledninger?

Kroppen til en fugl som sitter på en ledning er en gren av en krets koblet parallelt med seksjonen av lederen mellom fuglens ben. Når to deler av en krets er koblet parallelt, er størrelsen på strømmene i dem omvendt proporsjonal med motstanden. Motstanden til en fugls kropp er enorm sammenlignet med motstanden til en kort lederlengde, så mengden strøm i fuglens kropp er ubetydelig og ufarlig. Det bør også legges til at potensialforskjellen i området mellom fuglens ben er liten.

Lysbilde 6

Fisk og strøm.

Fiskene bruker utslipp: for å belyse veien deres; å beskytte, angripe og bedøve offeret; - overføre signaler til hverandre og oppdage hindringer på forhånd

Lysbilde 7

De mest kjente elektriske fiskene er elektrisk ål, elektrisk rokke og elektrisk steinbit. Disse fiskene har spesielle organer for lagring av elektrisk energi. Små spenninger som oppstår i vanlige muskelfibre oppsummeres her på grunn av sekvensiell inkludering av mange individuelle elementer, som er forbundet med nerver, som ledere, til lange batterier.

Lysbilde 8

Rokker.

"Denne fisken fryser dyrene den vil fange, og overmanner dem med kraften fra slaget som lever i kroppen." Aristoteles

Lysbilde 9

Som.

Elektriske organer er plassert nesten langs hele lengden av fiskens kropp og produserer utladninger med spenninger på opptil 360 V.

Lysbilde 10

ELEKTRISK ÅL

De kraftigste elektriske organene finnes i ål som lever i elvene i det tropiske Amerika. Deres utladninger når en spenning på 650 V.

Lysbilde 11

Torden er et av de farligste fenomenene.

Torden og lyn er et av de truende, men majestetiske fenomenene som mennesket har vært forberedt på siden antikken. Et rasende element. Det falt over ham i form av blendende gigantiske lyn, truende tordenskrall, regnskyll og hagl. I frykt for tordenværet guddommeliggjorde folk det, og betraktet det som et redskap for gudene.

Lysbilde 12

Lyn

Oftest observerer vi lyn som ligner en svingete elv med sideelver. Slikt lyn kalles lineært når det slippes ut mellom skyer, når deres lengde mer enn 20 km. Lyn av andre typer kan sees mye sjeldnere. En elektrisk utladning i atmosfæren i form av lineært lyn er en elektrisk strøm. Dessuten endres strømstyrken på 0,2 - 0,3 sekunder. Omtrent 65 % av alt lyn. Som vi observerer har en strømverdi på 10 000 A, men når sjelden 230 000 A. Lynkanalen som strømmen går gjennom blir veldig varm og skinner sterkt. Temperaturen på kanalen når titusenvis av grader, trykket stiger, luften utvider seg, og det er som en eksplosjon av varme gasser. Vi oppfatter dette som torden. Et lynnedslag på en bakken gjenstand kan forårsake brann.

Lysbilde 13

Når lynet slår ned for eksempel et tre. Den varmes opp, fuktigheten fordamper fra den, og trykket fra den resulterende dampen og oppvarmede gassene fører til ødeleggelse. For å beskytte bygninger mot lynutladninger brukes lynavledere, som er en metallstang som reiser seg over den beskyttede gjenstanden.

Lysbilde 14

Lyn.

I løvtrær går strømmen inne i stammen gjennom kjernen, hvor det er mye saft, som koker under påvirkning av strømmen og dampene river treet fra hverandre.

Se alle lysbildene