Електричні явища в природі

Размещено на http://www.allbest.ru

Реферат з біології

на тему: «Електричні явища в природі»

Підготував: Дідик Б.

Електричні явища в рослинах

Перші беззаперечні докази існування електричних процесів у рослинних тканинах були отримані в середині ХІХ століття. Так звані струми ушкодження, раніше виявлені у тварин, встановили і в різноманітних рослинних тканинах. Зріз листа, стебла, бульби завжди заряджений негативно по відношенню до нормальної тканини.

Якщо розрізати яблуко навпіл і вийняти серцевину, то обидва електроди, прикладені до шкоринки, не виявляють різниці потенціалів. Якщо один електрод прикласти до шкоринки, а другий перенести до внутрішньої частини м`якоті, гальванометр відмітить струм ушкодження.

Практика відмічає багато випадків, пов`язаних з електричними явищами, що супроводжують фотосинтез, дихання.

Виявилось, що в момент загибелі деяких рослинних тканин їх потенціал різко збільшується. Індійський дослідник Бос з`єднав зовнішню і внутрішню частину зеленої горошини з гальванометром і потім нагрів її до температури 600°С. При цьому був зареєстрований потенціал 0,5 В.

Різниця електричних потенціалів існує між різними анатомічними елементами неушкоджених органів рослин.

Так, центральна жилка каштану, тютюну, гарбуза електропозитивна по відношенню до поверхні листа. Спостерігається також різниця потенціалів між різними частинами квітки. Для позначення таких явищ використали термін «струми спокою», на відміну від загального класу електричних процесів, що виникають у живих тканинах під впливом подразнень - струмів дії.

Були відкриті електричні ритми рослин. Якщо помістити кінчик кореня молодої бобової рослини у воду і виміряти різницю потенціалів між коренем і зовнішнім середовищем, то ця величина коливатиметься з періодом 5-20 хвилин, причому амплітуда буде зменшуватися по мірі віддалення від кінчика кореня, а частота сильно залежить від температури навколишнього середовища. Ритмічні коливання потенціалу зареєстровані у багатьох вищих рослин й у деяких грибів.

Для вивчення біоелектричних явищ часто використовуються клітини харових водоростей, що мають довжину кілька сантиметрів, і діаметр порядку десятих частин міліметра. Різниця потенціалів між вакуолею і зовнішнім водним середовищем, в якому живе водорість, дорівнює 0,15 В. Виявилося, що, як і нервова клітина, харової водорості здатна генерувати потенціал дії. Реакція на подразнення електричним імпульсом при цьому принципово не відрізняється від реакції аксона. З іншого боку, реакція рослинної клітини набагато повільніша: у нервових клітин швидкість поширення імпульсу досягає десятків метрів за секунду, а у рослинних - кількох сантиметрів за секунду.

Тривалість самого імпульсу - мілісекунди для нервових клітин і секунди або десятки секунд для рослинних клітин. В основі даного процесу лежать одні й ті самі механізми - здатність мембран під дією електричного поля тимчасово змінювати свою проникність стосовно певних іонів.

Здатність багатьох квітів і листя закриватись та розкриватись залежно від часу доби також зумовлена електричними сигналами, що являють собою потенціал дії. Закриття листя можна стимулювати штучно за допомогою електричного подразника. Кислиця при подразненні складає листя, здійснює скорочувальні рухи.

Потенціал дії як засіб управління різноманітними фізіологічними функціями притаманний усім вищим рослинам. Тичинки волошок, соняшника, барбарису рухаються в разі легкого доторкання до них. Реакція багатьох квітів на механічне подразнення - виділення нектару. Виявилося, що під час механічного подразнення деяких частин квітки виникають електричні імпульси, що передаються по клітинах в провідні пучки і, досягаючи нектарника, стимулюють його діяльність.

Реакція нектарника дуже швидка: виділення нектару відбувається відразу ж після того, як комаха сідає на квітку.

Рухом листя мімози також можна управляти за допомогою електричної системи сигналізації. Опускання листя мімози під дією механічного подразника зумовлено скороченням співчленової подушечки, що підтримує живець листя. Здатністю сприймати подразнення різною мірою наділені всі частини листка. Достатньо легкого дотику до середини листка, щоб він опустився.

Окрім потенціалу дії, що виникає під час подразнення ударом, в провідних шляхах мімози може поширюватись інший тип збудження - так звана повільна хвиля, яка з`являється під час розрізів, ушкоджень, опіків та хімічних подразнень. Ця хвиля пов`язана з поширенням специфічних речовин, що виникають у тканині під час ушкодження. Діставшись стебла, вона спричиняє виникнення потенціалу дії, який передається вздовж стебла і зумовлює опускання листя. Потенціал дії в листку мімози поширюється зі швидкістю 2 см/с. Мімоза реагує рухом листка на подразнення співчленової подушечки струмом 0,5 мкА. Чутливість язика людини в 10 разів нижче.

Рослини-хижаки

електричний поле рослина риба

На кінець ХVІІІ століття науці було відомо кілька видів комахоїдних рослин. Типовий представник таких рослин - росичка. Листя росички нагадують щітку. По всій її поверхні стирчать щетинки, що закінчуються кульками. На кінці кожної такої щетинки виділяється крапелька рідини. Саме тому рослину і назвали росичкою.

Комаха, що сідає на лист, прилипає до клейкого соку щетинок, намагається звільнитись, при цьому щетинки починають загинатися в середину листка. Дії росички під час полювання досить економні. Невелику комаху захоплюють кілька щетинок, тоді як у випадку великої «здобичі» - вигинаються не тільки всі щетинки, а й сама листова пластина. Всі ці дії відбуваються під впливом подразнень - поштовхів жертви.

Якщо ж за щетинки випадково зачіплюється стебельце трави, яке хитає вітер, реакції не буде. Як тільки комаха захоплена рослиною, листя починає виділяти мурашину кислоту і ферменти, що перетравлюють їжу, схожі на ферменти шлункового соку. Тіло комахи переробляється до розчинного стану і всмоктується поверхнею листа. Після цього рослина розкривається, готова прийняти наступну жертву.

Органи комахоїдних рослин дуже чутливі на дотик. Відрізок волосини масою 0,000822 мг, дотикаючись до щупальця росички, здатний викликати його рух. Тоді як на удари крапель дощу рослина зовсім не реагує.

Аналогічною є поведінка венериної мухоловки. Її листя закінчується потовщеною закругленою пластиною, по краях якої усаджені гострі зубці. На поверхні листя розташовані чутливі щетинки. Як тільки комаха сідає на лист, його половинки швидко стуляються і розпочинається процес травлення.

Для закриття листя венериної мухоловки потрібно, щоб комаха двічі зачепила один й той самий волосок або послідовно два різних волоски з інтервалом не більше 20 с. Якщо інтервал складає більше 20 с, то швидкість реакції листка знижується і він закривається. Якщо інтервал між подразненнями більше 40-50 с, лист залишається нерухомим Таким чином, виключаються зайві рухи листа під дією випадкових поштовхів.

Виявилось, що під час подразнення в листку венериної мухоловки спостерігаються електричні явища, що нагадують явища, які відбуваються під час поширення подразнень у нервово-м`язових структурах тварин. Швидкість поширення потенціалу дії в листі мухоловки - 2 см/с, а в листі росички приблизно 0,5 см/с. Рухи росички також більш повільні.

Живі електростанції

Риби в зграях мають дивовижну здатність узгоджувати свої дії. На морській мілині можна бачити, як зграйка маленьких рибок діє як єдиний організм: кидок ліворуч, праворуч, назад. Вирішальну роль у цьому явищі відіграє електрика. Виявилось, що риби - єдині представники тваринного світу, які, по-перше, можуть створювати навколо себе електричні поля, по-друге, мають у своїх організмах спеціальні приймачі-рецептори, за допомогою яких чутливо реагують на зміни цих полів. Є всі підстави думати, що саме за допомогою електричних полів деякі риби «спілкуються» між собою - подають сигнали про небезпеку, приваблюють інших риб.

Про існування «електричних» риб людству відомо ще з античних часів. На базальтових стінах і колонах староєгипетських храмів серед численних зображень священних істот - биків, котів, крокодилів, ібісів тощо де-не-де зустрічаються зображення священних риб. Навіть швидкий погляд на ці зображення переконує, що це знаменитий нільський електричний сом. Тіло в нього валькувате, завдовжки близько метра і майже по всій його довжині, від голови до хвоста, покрите ніби чохлом, схожим на товсту свинячу шкіру. Це електричний орган, який може розвивати напругу розрядного струму до 360 В. Розряди сильно відчуваються на відстані до 20 см. А передані по волосині, коли ця риба попадеться на гачок, або при безпосередньому дотику діють як електрошок. Очевидно, потужний електричний удар, який відчув стародавній єгиптянин при спробі доторкнутися до цієї риби, сприяв присвоєнню їй священного титулу.

Відомий лікар стародавнього Рима Скрібоній Ларг за допомогою удару електричного ската не без успіху лікував подагру, головний біль та епілепсію. До подібних ліків вдавалися і стародавні негритянки із Західної Африки. Вони занурювали своїх дітей у бочки з водою, в яких плавали електричні риби, і піддавали маленьких пацієнтів дії електричних розрядів.

Про природу цих ударів ніхто не здогадувався. Італійський фізик Алессандро Вольта (1745-1827) першим порівняв удар електричного ската з ударом від побудованої батареї - вольтового стовпа - і встановив схожість будови електричних органів ската з електрохімічною батареєю. Планомірні наукові дослідження електричних риб почалися лише в наш час, коли було винайдено апаратуру для запису електричних імпульсів (катодний осцилограф).

Дослідження показали, що серед майже трьохсот видів електричних риб лише невелика кількість здатна давати сильні електричні імпульси. Так, напруга електричного імпульсу двометрового електричного ската досягає 50-60 В при силі струму 50 А. Цього цілком достатньо, щоб паралізувати трохи меншу за скат рибу.

Вже понад 250 років європейці знають про електричного вугра і про вражаючу силу його електричних розрядів. При розряді «свіжозарядженого» дво-триметрового електричного вугра, який мешкає в каламутних водах ряду річок Південної Америки, напруга може досягти 550-800 В, а іноді й 1200 В. Цікавим є полювання індіанців на цих риб. У річку, де водяться угрі, заганяють табун коней. Угрі «б`ють» коней, яким це не завдає шкоди, електричними розрядами і поступово «розряджаються». Після великої кількості розрядів угрі знесилюються і стають легкою здобиччю індіанців.

Але нащо рибам електричний розряд? Вже давно біологи дізналися, що скати, угрі і деякі інші види риб застосовують електричні розряди для нападу і захисту.

Значна частина риб випускає слабкі, хоча й тривалі електричні сигнали. У результаті численних вимірювань електричних полів цих риб було виявлено, що електричне поле риб майже не змінюється. Риби здатні навіть під час руху відчувати найменші зміни свого електричного поля, спричинені, наприклад, рухом іншої риби. За змінами поля риба може дізнатися про її наближення і вирішити: нападати на противника чи тікати від нього.

У 1953 р. в Східноафриканському іхтіологічному інституті завершилися перші досліди з вивчення електричних органів у риб. Виявилось, що велика нільська щука (гімнарх) чутливо реагує на електромагнітне поле, створене ззовні біля стінки акваріума, і навіть на шматочок мідного дроту, зігнутий під прямим кутом і покладений на дно акваріума. Коли в акваріум опустили електроди і пропустили серію електричних імпульсів тієї ж самої частоти й сили, які випускає ця риба, вона відразу ж кинулась до електродів, атакувала їх, прийнявши, очевидно, за противника, який потрапив в її володіння. Встановлено, що ця щука серед предметів однакової форми, кольору, маси й запаху вміє чітко розрізняти тіла різної електропровідності.

Вивчення електричних риб показало, що електричні розряди використовуються ними як своєрідний радіолокатор для орієнтації в навколишньому просторі. Більшість таких риб так само, як електричний вугор, живуть у каламутній воді і до того ж часто ведуть нічний спосіб життя. Зрозуміло, що такі умови існування сприяли виробленню в риб особливих способів орієнтації в просторі - біолокації.

Для з`ясування ролі електричних органів у риб у відшукуванні ними здобичі було проведено цікавий дослід. В один акваріум помістили ската (морську лисицю), а в другий - камбалу, якою скат любить ласувати. Між акваріумами спорудили стінку, щоб риби не могли ні бачити, ні чути одна одну. Обидва акваріуми з`єднали електричним проводом. Під час руху камбали електричне поле навколо неї змінювалося, і серце ската «тьохкало», про що свідчили сплески на електрокардіограмі хижака.

До речі, в одному із зоопарків Німеччини можна побачити цікавий трюк: в акваріум опускають скляну паличку і змушують ворушитись електричного вугра, який лежить на дні. У воду вміщено два електроди, дроти від яких йдуть до електролампочок. При русі вугра змінюється його електричне поле, і лампочки загоряються. В окремих видів вугрів при електричному розряді потужності цілком достатньо, щоб запалити півдюжини стоватних ламп.

Размещено на Аllbеst.ru