Реферат: Электричество в живых организмах

Тема

«Электричествов живых организмах»

Что такое, кем открыто,что собой представляет электричество

Впервые на электрическийзаряд обратил внимание Фалес Милетский. Он провел эксперимент, потер янтарьшерстью, после таких простых движений янтарь стал обладать свойством,притягивать мелкие предметы. Это свойство больше походит не на электрическиезаряды, а на магнетизм. Но в 1600 году Гильберт установил различие между этимидвумя явлениями.

В 1747 — 53 Б. Франклинизложил первую последовательную теорию электрических явлений, окончательноустановил электрическую природу молнии и изобрёл молниеотвод.

Во 2-й половине 18 в.началось количественное изучение электрических и магнитных явлений. Появилисьпервые измерительные приборы — электроскопы различных конструкций,электрометры. Г. Кавендиш (1773) и Ш. Кулон (1785) экспериментально установилизакон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов (работыКавендиша были опубликованы лишь в 1879). Этот основной закон электростатики(Кулона закон) впервые позволил создать метод измерения электрических зарядовпо силам взаимодействия между ними.

Следующий этап в развитиинауки об Э. связан с открытием в конце 18 в. Л. Гальвани «животногоэлектричества»

Главным ученым в изученииэлектричества и электрических зарядов является Майкл Фарадей. С помощью опытовон доказал, что действия электрических зарядов и токов не зависят от способа ихполучения. Также в 1831 Фарадей открыл индукцию электромагнитную — возбуждениеэлектрического тока в контуре, находящемся в переменном магнитном поле. В 1833 — 34 Фарадей установил законы электролиза; эти егоработы положили начало электрохимии.

И так, что же такоеэлектричество. Электричество — это совокупность явлений, обусловленныхсуществованием, движением и взаимодействием электрически заряженных тел иличастиц. Явление электричество можно встретить почти везде.

К примеру, если сильнопотереть пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочкибумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. Притрении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрическийзаряд. Само слово «электрический» происходит от латинского слова electrum,означающего «янтарь».

Откуда же беретсяэлектричество

Все окружающие насобъекты содержат миллионы электрических зарядов, состоящих из частиц,находящихся внутри атомов — основы всей материи. Ядро большинства атомоввключает два вида частиц: нейтроны и протоны. Нейтроны не имеют электрическогозаряда, в то время как протоны несут в себе положительный заряд. Вокруг ядравращаются еще одни частицы — электроны, имеющие отрицательный заряд. Какправило, каждый атом имеет одинаковое количество протонов и электронов, чьиравные по величине, но противоположные заряды уравновешивают друг друга. Врезультате мы не ощущаем никакого заряда, а вещество считается незаряженным.Однако, если мы каким-либо образом нарушим это равновесие, то данный объектбудет обладать общим положительным или отрицательным зарядом в зависимости оттого, каких частиц в нем останется больше — протонов или электронов.

Электрические зарядывлияют друг на друга. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг кдругу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются друг отдруга. Если поднести к предмету отрицательно заряженную леску, отрицательныезаряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды,наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные зарядылески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске. Этот процессназывается электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадаетв электростатическое поле лески.

Что такое, кем открыто,что собой представляют живые организмы

Живые организмы — главныйпредмет изучения в биологии. Живые организмы не только вписались в существующиймир, но и изолировали себя от него при помощи специальных барьеров. Среда, вкоторой образовались живые организмы, является пространственно – временнымконтинуумом событий, то есть совокупностью явлений физического мира, котораяопределяется характеристиками и положением Земли и Солнца.

Для удобства рассмотрениявсе организмы распределяются по разным группам и категориям, что составляетбиологическую систему их классификации. Самое общее их деление на ядерные ибезъядерные. По числу составляющих организм клеток их делят на одноклеточные имногоклеточные. Особое место между ними занимают колонии одноклеточных.

На все живые организмы,т.е. на растения и животные действуют абиотические факторы среды (факторынеживой природы), особенно температура, свет и увлажненность. В зависимости от влиянияфакторов неживой природы, растения и животных делят на различные группы и у нихпоявляются приспособленности к влиянию этих абиотических факторов.

Как уже было сказано,живые организмы распределяются на большое количество. Сегодня мы рассмотримживые организмы, на разделе их на теплокровных и хладнокровных:

с постоянной температуройтела (теплокровные);

с непостояннойтемпературой тела (хладнокровные).

Организмы с непостояннойтемпературой тела (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся). Организмы с постояннойтемпературой тела (птицы, млекопитающие).

Чем связаны физика иживые организмы

Понимание сущности жизни,ее возникновения и эволюции определяет все будущее человечества на Земле каквида живого. Конечно, в настоящее время накоплен огромный материал,осуществляется его тщательное изучение, особенно в области молекулярнойбиологии и генетики, есть схемы или модели развития, есть даже практическоеклонирование человека.

Более того, биологиясообщает множество интересных и важных подробностей живых организмах, упускаячто-то принципиальное. Само слово «физика», по Аристотелю, означает «физис» — природа. Действительно, вся материя Вселенной, а следовательно мы сами, состоитиз атомов и молекул, для которых уже получены количественные и в целомправильные законы их поведения, в том числе и на квантово-молекулярном уровне.

Тем более, что физикабыла и остается важным фактором общего развития изучения живых организмов вцелом. В этом смысле физика как феномен культуры, а не только как областьзнания, создает наиболее близкое для биологии социокультурное понимание.Вероятно, именно в физическом познании отражены стили мышления.Логико-методологические аспекты познания и самой естественной науки, какизвестно, почти целиком основаны на опыте физических наук.

Поэтому задача научногопознания живого, может быть, и состоит в обосновании возможности примененияфизических моделей и представлений к определению развития природы и обществатакже на основе физических закономерностей и научного анализа получаемых знанийо механизме процессов в живом организме. Как говорил еще 25 лет тому назад М.В.Волькенштейн, «в биологии как науке о живом возможны только два пути: либопризнать невозможным объяснение жизни на основе физики и химии, либо такоеобъяснение возможно и его надо найти, в том числе на основе общихзакономерностей, характеризующих строение и природу материи, вещества и поля».

Электричество в различныхклассах живых организмах

В конце XVIII веказнаменитые ученые Гальвани и Вольта обнаружили электричество у животных.Первыми животными, на которых ученые делали опыт, чтобы подтвердить своеоткрытие, были лягушки. На клетку воздействуют различные факторы внешней среды— раздражители: физические — механические, температурные, электрические;

Электрическая активностьоказалась неотъемлемым свойством живой материи. Электричество генерируетнервные, мышечные и железистые клетки всех живых существ, однако наиболееразвита эта способность у рыб. Рассмотрим явление электричество у теплокровныхживых организмах.

РЫБЫ

В настоящее время известно,что из 20 тыс. современных видов рыб около 300 способны создавать ииспользовать биоэлектрические поля. По характеру генерируемых разрядов такиерыбы делятся на сильноэлектрические и слабоэлектрические. К первым относятсяпресноводные южноамериканские электрические угри, африканские электрическиесомы и морские электрические скаты. Эти рыбы генерируют очень мощные разряды:угри, например, напряжением до 600 вольт, сомы — 350. Напряжение тока крупныхморских скатов невысоко, поскольку морская вода является хорошим проводником,но сила тока их разрядов, например ската Торпедо, достигает иногда 60 ампер.

Рыбы второго типа,например, мормирус и другие представители отряда клюворылообразных не излучаютотдельных разрядов. Они посылают в воду серии почти непрерывных и ритмичныхсигналов (импульсов) высокой частоты, этого поля проявляется в виде такназываемых силовых линий. Если в электрическое поле попадает объект,отличающийся по своей электропроводности от воды, конфигурация поля изменяется:предметы с большей проводимостью сгущают вокруг себя силовые лилии, а с меньшей- рассредоточивают. Рыбы воспринимают эти изменения с помощью электрическихрецепторов, расположенных у большинства рыб в области головы, и определяютместонахождение объекта. Таким образом эти рыбы осуществляют подлиннуюэлектрическую локацию.

Почти все они охотятсяпреимущественно ночью. Некоторые из них обладают плохим зрением, поэтому впроцессе длительной эволюции и выработался у этих рыб такой совершенный способдля обнаружения на расстоянии пищи, врагов, различных предметов.

Приемы, используемыеэлектрическими рыбами при ловле добычи и обороне от врагов, подсказываютчеловеку технические решения при разработке установок для электролова иотпугивания рыб. Исключительные перспективы открывает моделированиеэлектрических систем локации рыб. В современной подводной локационной техникепока не существует систем поиска и обнаружения, которые работали бы по образцуи подобию электролокаторов, созданных в мастерской природы. Учеными многихстран ведется упорная работа по созданию подобной аппаратуры.

ЗЕМНОВОДНЫЕ

Для изучения протеканияэлектричества в земноводных возмем опыт Гальвани. В своих опытах он использовалзадние лапки лягушки, соединенные с позвоночником. Подвешивая эти препараты намедном крючке к железным перилам балкона, он обратил внимание, что, когдаконечности лягушки раскачивались ветром, их мышцы сокращались при каждомприкосновении к перилам. На основании этого Гальвани пришел к выводу, чтоподергивания лапок были вызваны «животным электричеством», зарождающимся вспинном мозге лягушки и передаваемым по металлическим проводникам (крючку иперилам балкона) к мышцам конечностей. Против этого положения Гальвани о«животном электричестве» выступил физик Александр Вольта. В 1792 г. Вольта повторил опыты Гальвани и установил, что эти явления нельзя считать «животнымэлектричеством». В опыте Гальвани источником тока служил не спинной мозглягушки, а цепь, образованная из разнородных металлов – меди и железа. Вольтабыл прав. Первый опыт Гальвани не доказывал наличия «животного электричества»,но эти исследования привлекли внимание ученых к изучению электрических явленийв живых организмах. В ответ на возражение Вольта Гальвани произвел второй опыт,уже без участия металлов. Конец седалищного нерва он набрасывал стекляннымкрючком на мышцу конечности лягушки – и при этом также наблюдалось сокращениемышцы. В живом организме осуществляется и ионная проводимость.

Образованию и разделениюионов в живом веществе способствует наличие воды в белковой системе. От негозависит диэлектрическая постоянная белковой системы.

Носителями зарядов в этомслучае являются ионы водорода — протоны. Только в живом организме все видыпроводимости реализуются одновременно.

Соотношение между разнымипроводимостями меняется в зависимости от количества воды в белковой системе.Сегодня люди еще не знают всех свойств комплексной электропроводности живоговещества. Но ясно то, что именно от них зависят те принципиально отличныесвойства, которые присущи только живому.

На клетку воздействуютразличные факторы внешней среды — раздражители: физические — механические,температурные, электрические.