Реферати українською » Биология » Як у клітці виникає різниця потенціалів


Реферат Як у клітці виникає різниця потенціалів

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Як у клітині виникає різницю потенціалів

Можливо, внаслідок нашої розповіді складається враження, щоДюбуа-Реймон був «чистим» експериментатором. Але це зовсім не так. Він мав, як говорилося, наукову позицію: «Не можна приписати частинкам матерії в організмі якихось нових сил, які діяли і "поза організму». З цю позицію, і запропонував перше теоретичне пояснення потенціалу ушкодження: електричні явища живими організмах виникають тому що уздовж м'язів і нервів нібито тягнуться ланцюжка особливих «>електромоторних» молекул. Кожна така молекула є хіба що два гальванічних елемента, з'єднаних позитивними полюсами, отже назовні виходять лише негативні полюси. Хоч би де розрізати м'яз, на розрізіобнажатся негативні полюси, що навіть пояснюється потенціал ушкодження.

Тут чітко видно, як біологічна теорія будується виходячи з аналогії із сучасною їй фізичної теорією: за останнє слово про магнетизмі була тоді теоріяАмпера у тому, що властивості постійних магнітів пояснюються тим, кожна молекула є маленькиммагнитиком.

>Дюбуа-Реймон придумав, що тепер сказали б, модельний експеримент для перевірки своєї гіпотези. Віннапаял багато маленькихелементиков «мідь — цинк», поєднав їх попарно позитивними полюсами, зміцнив на дерев'яної дошки та, повантаживши всієї системи в розчин солі, став проводитися цієї «штучної м'язі» таку ж експерименти, що він проводив на м'язі живої. Виявилося, що розподіл струмів у такому моделі справді було подібно із розподілом струмів у реальної м'язи.

Завдяки такій оригінальної розробці, а почасти й авторитетуДюбуа-Реймона теоріяелектромоторних молекул, попри її фантастичність, була загальновизнаною майже століття з її висування молодим Дюбуа в 1846 р.

І ось підросли учніДюбуа-Реймона — вони й виявилися «>подривателями устоїв». Почалося все з Людвіга Германа, у якомуДюбуа-Реймон виховав на повагу до технічним деталей, ретельність і точність в експериментах. Річ у тім, що у моделіДюбуа-Реймона за нормальної цілої м'язі також мають йти струми, позаяк у області сухожиль стирчать нічим нескомпенсированние «найостанніші у низці» негативні кінціелектромоторних молекул.Дюбуа-Реймон виявляв такі струми, не роблячи спеціального розтину. Але коли його акуратний Герман навчився такпрепаровать м'яз, щоб сьогодні насправді не зашкодити її, виявилося, що у такі умови ніякі струми не виникають.

Отже, розмірковував Герман, за нормальної цілої м'язі і нерві взагалі немає жодних струмів і потенціалів. Струми виникають тільки тоді ми, коли м'яз чи збуджують, чи ушкоджують. І причиною цього, припустив Герман, є хімічні реакції, які починають на кордоні недоторканою і пошкодженій протоплазми.

Заперечення Германа не збентежилиДюбуа-Реймона: але з того ж, отже, наприкінці м'язи є інші молекули — позитивні, які екранують негативні полюси. Але однаково всередині м'язи струми є завжди, а ушкодження потрібно лише, щоб їх виявити.

У цьому і зосередився другий «великий суперечка» велектробиологии: виникає електрику в м'язі під час ушкодження чи існує до ушкодження.

Однією з найбільш вагомих аргументів на її наукових суперечках є експеримент, проте буває отже одна група учених придумує гарний досвід, цілком переконливо його тлумачить, і всі вважають, що перемогла, а згодом з'ясовується, що досвід може мати і зовсім інше тлумачення.

Суперечка двох гіпотез про виникнення електрики живими тканинах цьому плані дуже цікава: якщо подумати, можна дійти висновку, що розв'язання цієї суперечки прямим експериментом неможливо. Адже який би досвід для виміру різниці потенціалів між зовнішньої і внутрішньої частинами м'язи ні поставити, неминуче доведеться проникати у цю внутрішню область, тоді прибічники гіпотези альтерації скажуть, що завдано ушкодження. З тієї ж причини прибічники гіпотези альтерації що неспроможні довести, що у недоторканою м'язі немає різниці потенціалів між її внутрішніми і зовнішніми частинами.

Але це міркування, очевидно, не спало на думку учасникам дискусії, й у підтвердження тій чи іншій гіпотези ставилися численні нові досліди, які й було неможливо переконати противників, але істотно сприяли розвиткуелектрофизиологии.

Наприклад, Герман поставив такий досвід. Він нас дуже швидко розрізав м'яз і показав, потенціал реєструється не відразу після розтину, через приблизно 0,02 з. Ця обставина він пояснив тим, що потрібен час у розвиток необхідних хімічних реакцій. Але якщо б досвід зберіг, не спростував б гіпотезупредсуществования:Дюбуа-Реймон вважав, що з порушенні молекулярні батарейки вимикаються й потім кілька днів знову включаються; той самий може й при ушкодженні.

Однак у 1904 р, Бернштейн, який на той час став науковим противником Германа, та її співробітникЧермак, повторивши досвід Германа, показали, що вже 0,3 мс після розтину можна зареєструвати різницю потенціалів. Але це мало ніяких наслідків. Герман просто вирішив, що реакції внаслідок ушкодження розвиваються швидше, що вона спочатку думав.

Тож чи можна взагалі вирішити, хто має рацію у цьому спорі? Звісно, можна. Адже впевнений, наприклад, кожен із нас, що насіння всередині кавуна існують до того, як ми його розрізали, а чи не з'являються у момент розрізування і цього розрізування,

А, власне, чому? Чому так впевнені у існуванні насіння всередині кавуна, хоча неможливо можемо це перевірити, не розтинаючи його? Таку впевненість нам дає розуміння того, як виникають ці насіння. Так само у разі збиопотенциалами: щоб вирішити суперечкаДюбуа-Реймона і Германа, треба було пояснити механізм появи цього потенціалу чи до ушкодження, чи внаслідок ушкодження. У цьому слід було ставити це пояснення те щоб він суперечило іншим наукових даних і вписувалося у загальне полотно. Тобто основну зміст спору було у цьому, коли виникає потенціал, бо як він виникає.

Творцем теоріїбиопотенциалов став ученьДюбуа-Реймона Юліус Бернштейн.

А різні ідеї, факти і що відкриття, у яких ця теорія грунтується, накопичувалися у науці дуже довго.

Відступ про детективах. Наукове дослідження часто схоже детектив. Точніше, не так на літературний детектив, але в реальне справжнє слідство. Щоб з'ясувати істину: як сталося і хто винуватець, а головне — зібрати докупи докази, доводиться проробляти величезну роботу. Тут усе важливо: і валовий збірсвидетельских показань, і уточнення окремих фактів до найменших подробиць. У цьому переважна більшість даних виявляються які мають ставлення до справи, а тим щонайменше його потрібно збирати — адже заздалегідь це відомо. І важке, мабуть, виділити у тому наборі відомостей ту систему, що призведе істини і дозволить потім вибудувати струнку ланцюжок доказів.

І це коли слідство описується у книзі, то автору вже відома розгадка. Він тоді знає, які деталі істотні, а які ні; але різні автори використовують цих деталей по-різному. Одні автори беруть у тканину розповіді всі дані, необхідних отримання розгадки. Але читач, зазвичай, їх помічає або надає їм значення. І потім, коли Шерлок Холмс розповідає докторуВатсону, як і знайшов розгадку, читач розуміє, чому було важливо, що у вечерю був часниковий соус, а собака не гавкала. Читачеві іноді навіть стає прикро, що вона сама не здогадався про все.

Дуже рідко детектив починається з розповіді про розгадки.

Історію ж наукових відкриттів, зазвичай, пишуть у такий спосіб, відразу повідомляючи відповідь. Ми ж намагалися включити на свій виклад, по крайнього заходу, ті факти і що ідеї, хто був важливі для наукового слідства, коли буде можливостей розглянути численні хибні версії, виникаючі побіжно.

Зараз саме час вибудувати з, начебто, іноді не які стосуються справі відомостей ту ланцюжок, яка покаже, хто винуватець «злочину», т. е. «тваринного електрики», та яким зброєю «злочинець» користувався».

 

Від осмосу до електрики

У на самому початку нашої розповіді ми обмовилися мимохіть, що абатНолле знаменитий відкриттям осмосу. Тоді нікому й на думку було неможливо прийти, що став саме дослідження цього явища це кроком до розгадки таємниці «тваринного електрики». Це було так.

У 1826 р. паризький лікар і фізіолог А.Дютроше зацікавився чудовим властивістю рослини, як кореневе тиск, яке жене сік з зрізаного стовбура. Якщо укласти стовбур рослини в трубку, то сік піднімається за нею на помітну висоту.

І тепер на нас дивовижним, як і печериця своєї м'якої капелюшком пробиває асфальт, а набряклий у трюмі горох може розірвати пароплав. А тоді це здавалося дивом: чому в слабких коренів рослин така сила, що вони ламають каміння? Недарма А. М. Толстой у своїй фантастичному романі «Аеліта» придумав, що атланти, які переселились на Марс, використовували для двигунів своїх космічних кораблів «рослинну силу насіння».

>Дютроше подумав: а чи можна всі ці дива пояснитиосмосом — явищем, відкритим ще 1748 р. абатомНолле?

Нагадаємо, що осмос — це явище самовільного переходу розчинника в розчин, відділений від цього перетинкою, якою проходить розчинник, але з проходить розчин. Такі плівки називаютьполупроницаемими.Полупроницаемостью мають різні плівки біологічного походження: шкіра жаби, стінка сечового міхура й т. буд. Якщо взяти скляну трубку і затягти один її кінецьполупроницаемим матеріалом, потім налити в трубку розчин цукру й опустити її затягнутим кінцем в воду, то вода буде проникати з зовнішнього судини в трубку і культурний рівень розчину у трубці підніметься вище, ніж у зовнішньому посудині, створивши званеосмотическое тиск.

>Дютроше припустив, що і це тиск і причина чудових властивостей рослин. Проте знаменно, що саме явище осмосуДютроше вважав проявом «життєвої сили». Він спробував замінити бичачий міхур й інші тканини біологічного походження посудиною з пористої глини, вважаючи, що така досвід безнадійний, адже «життєвої сили» в глині немає. Але глиняний посудину працював нітрохи буде не гірший! Заслуговує на глибоку пошану наукове мужністьДютроше, який зміг повністю переглянути свої наукові погляди. Відтоді він, за його словами, «...назавжди поєднав фізику з фізіологією».Дютроше багато зробив пояснення поглинання води з грунту, підйому води вгору стовбуром, рухів листя мімози та інших. Всі ці явища він намагався обґрунтуватиосмосом.

Та найголовніше,Дютроше показав, що осмос — це суто фізичне явище. Відтоді прибічники фізико-хімічного напрями у біології почали численні дослідження ролі осмосу в організмі, зокрема у організмі тварин.Осмосом почали пояснювати всмоктування їжі в кишечнику, а До. Людвіг намагався обґрунтувати з урахуванням осмосу роботу нирок. До цього часу кореневе тиск пояснюється з урахуванням осмосу у принципі як і, як це було зроблено на 60-ті роки минулого століття німецьким фізіологом рослин Ю. Саксом.

Основну роль дослідженні осмосу зіграли цей час роботи ботаніків. Саме ботаніки першими почали вивчати живе, як кажуть, на клітинному рівні. І це природно, тому що вперше клітини знайшли саме в рослин: часто більші, ніж тварини клітини, і, від'єднані одне від друга чітко видимої під мікроскопом перегородкою.

Головне завдання полягало у цьому, аби з'ясувати, які речовини і як швидко можуть проникати у клітину. Уявімо, що рослинну клітину помістили в концентрований розчин якогось речовини. Якщо це хімічна речовина не проникає у клітину, за рахунок осмосу вода почне виходити з клітки назовні, і клітина повинна зменшити обсяг, стиснутися. Але вивчення осмосу показало, що видима під мікроскопом клітинна оболонка зовсім не від стискається, вона поводиться як міцний жорсткий каркас, тоді як обсяг внутрішнього вмісту клітини змінюється за законами осмосу. Звідси німецьким ботаніком У.Пфеффером дійшли висновку, має надзвичайно важливе значення у розвиток біології. Він вважає, що у поверхні рослинної клітини під «панциром» є ще одне, невидима під мікроскопом оболонка — клітинна мембрана, що й грає насправді роль напівпроникної оболонки.

>Пфеффер зробив також наступний принциповий крок у вивченні осмосу — він помірявосмотическое тиск. І томуПфеффер скористався штучнимиполупроницаемими мембранами. Ці неміцні плівки він наносив на пористий глиняний посудину, який давав їм лопатися від надлишковогоосмотического тиску. Приєднавши до такого посудині ртутний манометр,Пфеффер отримав прилад для кількісного виміруосмотического тиску —осмометр. Вимірюючи це тиск до різних розчинів, то побачив, що кожного розчину воно прямо пропорційно концентрації розчиненої речовини, не який струменіє через мембрану. Але чому до різних розчинів при одному й тому ж концентрації виходять різні тиску, ботанікПфеффер здогадатися не зумів.

Ми згадували із Вами про тісний взаємозв'язок різних наук. Найчастіше, про які йшлося йшла вище, фізика допомагала біології, підготовляла її розвиток. Проте, так би мовити, борг поверненням красний. Без робітГальвани ні б отак швидко відкритий електричний струм, без відкриття ботанікаБроуна повільніше розвивалася бмолекулярно-кинетическая теорія, а без робіт ботанікаПфеффера... Але це ми тут і розповімо.

У 1970-х роках уже минулого століття молодий голландський ботанік X. ДеФриз займається впливом осмосу зміну обсягу клітин рослин, у розчинах різною концентрації.

У 1894 р. ДеФриз розповів роботиПфеффера поосмотическому тиску молодому хіміку Я.ВантГоффу. Експериментальні даніПфеффера виявилися дляВант-Гоффа тим самим, ніж дані Тихо деБраге для Кеплера. Уважно розглянувши ці дані,Вант-Гофф побачив, щоосмотическое тиск у різних розчинах виходить однаковим, якщо вимірювати концентрацію над грамах на літр, амолях, т. е. істотною не маса, а число молекул розчиненої речовини. Природно вважати, що молекули розчиненої речовини поводяться як молекули ідеального газу. Отже, висловленняосмотического тиску можна використовувати рівнянняМенделеева—Клапейрона


деm — маса розчиненої речовини, і — маса моля, Л — газова стала, Т — температура, V — обсяг. За теорію розчинівВант-Гофф через 15 років отримає Нобелівську премію з хімії. Ось який важливий внесок у науку вніс ДеФриз, поговоривши зВант-Гоффом.

ТеоріяВант-Гоффа чудово виконувалася для розчинів багатьох речовин, наприклад для сахарози, для водного розчинуС02. Для деяких речовиносмотическое тиск чинився

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Схожі реферати:

Нові надходження

Замовлення реферату

Реклама

Навігація