生物電現象探秘

呼呼的大風，熊熊的烈火，急流和巨浪，陽光和核能，自然界在以各種各樣的形式發電。可你是否還知道，生物也可以發電？

其實，人類早已驚奇地發現生物也有電。人們測量過許多生物，從原始的單細胞生物到高等動植物，它們都不同程度地帶有電。動物體內在沿神經係統傳遞信息時會產生電流。植物在進行光合作用的時候同樣也會產生電流。微生物在生命活動過程中產生化學能，而這種生物化學能可以直接轉換成電能。

不過，生物電對這些生物有什麽意義，目前人們還不十分了解。關於生物電，還有不少有待探索的謎。

動物發電機

遠在人類發明電池和發電機之前幾百萬年，許多動物和植物已經能夠自動產生電流。有些動物本身就是一台強有力的發電機，電鰻就是一例。

電鰻生長於南美奧裏諾科河中。這條河在委內瑞拉境內，流入大西洋。南美的亞馬遜河亦有電鰻的蹤跡。曾有這樣一個故事：西班牙殖民者在入侵南美的時候，迪希卡的部隊沿亞馬遜河而上，終於抵達盡頭，前麵隻剩下亞馬遜河的一條小支流和叢林了。部隊一邊伐倒茂密的叢林，一邊前進，來到一塊半幹的沼澤地前。當地的腳夫印第安人一看到沼澤地就拒絕前進，不論是罵他們還是用鞭子打他們都沒有用，他們恐怖地看著沼澤地說著什麽，但他們的話，西班牙殖民者聽不懂。

迪希卡命令一名士兵做個樣子給印第安人看，於是這名士兵就往水裏走，但是隻走了幾步，他就像被誰打倒了似的，大聲慘叫著倒在沼澤裏。有兩名士兵前去救他，結果也受到同樣的打擊。好不容易從水中上來，三個士兵的腳都麻木了，經過幾天之後，他們才能夠繼續前進。由於對不明真相的怪物感到害怕，迪希卡隻好下令返回。

水中的怪物其實就是電鰻。南美產的電鰻是一種大型的魚，它的外形很像蛇，體長2米以上，體重15～20千克，肉味極美。然而，當地的居民卻知道怎樣捕捉這種危險的魚。他們為了捕捉電鰻，先把牛趕進水裏，讓牛先接受電的衝擊。牛一觸電就掙紮倒下身來，拚命地吼叫，幾分鍾過後才安靜下來。牛回到岸上後人再下去捕捉電鰻。

電鰻就是用它的電來捕捉食物的，一般在晚上，它先用自身所發出的電擊倒蛙和魚蝦等水中動物，然後吃掉。一條電鰻能殺死比自身重量重很多倍的獵物。

電鰻究竟是怎樣產生強大的電流的呢？

其實，任何動物體內的神經和肌肉都帶電，隻是十分微弱罷了。而電鰻的身體，能產生電流的肌肉組織占全身的40%。在顯微鏡下就可以發現，在這種組織裏集中著100萬～200萬個極其微小的“幹電池”。也就是說，這部分組織的各個細胞與幹電池具有同樣的功能，這些細胞膜的外側有陰離子，內側有陽離子，在這樣的“電池”細胞上，大約能產生0.1伏的電位差。同時，大自然還賦予電鰻一種提高其電功率的本能，它的發電器官沿著脊椎連續並列，其數達140多個，這就猶如一條精巧的配電線路，使電壓升高，電流得以增強。

從解剖學上看，電鰻雖然在外形上像一條鰻魚，卻和鰻魚完全不同。電鰻自成一類，就叫電鰻類。電鰻約長2米，有著棕色和橙色混合著的軀體和一個又短又粗的頭部。它的全身長度隻有八分之一是頭部和軀體，其餘的便是尾部。它的尾部布滿了一種叫“電極”的膠質細胞，這些細胞一層層地互相粘貼起來，就像電池裏的電極一樣互相串聯著。這就是電鰻的電池了。

電鰻的尾部，生有三對發電器官：一對主發電器和兩對小型發電器。電鰻身體擺動時，其中的一個小型發電器便會發出每秒20～30次的微弱脈衝。它們的作用同雷達一樣，用以探測獵物或敵人的所在位置。一旦發現目標，它便用主發電器和另一個小發電器向目標放電。據海洋動物專家的測定，電鰻在捕食時，放電量一般在300～800伏。這說起來倒簡單，可真要產生這麽高的高壓可絕非易事。它必須保證無數個“電池”都能同時聯通。這就要求其大腦發出的指令脈衝都能同時到達每個“電池”。這裏蘊藏了大自然的絕妙安排。

更奇妙的是，電鰻的放電蓄電，與人類發明的電池有不少相似處。第一，電鰻不是整天都可以產生電流的。當有些物體跟它碰觸，或者它跟什麽發生衝突的時候，這個信息立刻便會傳達到它的腦部去。於是，它立刻開動發電機，利用它的電流去自衛，或者電殺其他魚類作為食物，這與電池不接通時不放電一樣。第二，電鰻所產生的電流，是從它的頭部傳到它的尾部，這就跟一個電池所發生的電流一樣，是隻有一個方向的。第三，當一個電池停止發出電流時，就得補充，電鰻也一樣。當它放出了太多的電流之後，電源便幹涸了。於是，它就會退到一處安全的地方，直至它的電池再次充電，它才恢複活動。

自身帶電而又能放電的魚類、獸類，已發現的就有100多種。除了電鰻外，電鯰、電鰩也都是著名的“動物發電機”。非洲河流裏的電鯰，發出的電，電壓高達350伏。在太平洋北部發現的一種大電鰩，電流可達50安培，如果電壓以60伏計算，這種電鰩的電功率就是3000瓦，這樣大功率的電擊，足以擊死一條大魚。

並不是所有的電魚都能發出很強的電。**魚（它的尾巴沒有尾鰭，是**裸的）、長吻魚、裸背鰻、吻電鰻、鰭電鰻以及某些鰩魚都隻能發出微弱的電脈衝。它們的發電器官很小，電功率很低，不足以擊死或擊昏其他動物。它們把它作為一種工具，用來搜索環境和尋找食物，就像我們用雷達來監視天空一樣。這些魚的發電器官是一部精巧的“水下雷達”。

電鰻帶電放電的現象也許是除閃電以外，人類接觸得最早的放電現象。

生物電對人體的應用

據說古代流行著這樣一種治病的方法：把電鰩弄到岸上，讓患風濕性關節炎的病人，坐在電鰩的身上，用它放出的強電流刺激病人。還有，早在2000多年以前，古羅馬的醫生就知道電鰩會放電，並且利用這種電來治療精神病。後來這種“生物電療法”逐漸被人工電所代替了，並成為一種專門的治療技術，稱為“電療技術”。

生物電與人工電，雖然產生的方法不同，但電的性質完全相同。實踐證明，用電線把電魚的電引出來，可以使燈泡發光。即使是老鼠身上的微弱電流，也可以用來發動微型的無線電發報機。這就是說，生物電可以用來開動人造機器。

隨著認識的不斷深入，人類開始利用生物電為自己服務了。

科學家們發現，人體裏麵有好幾百萬個細胞，也都是能夠製造微量電流的。例如，來自腦部的電流，隻要在我們的頭皮上麵裝上一個電阻，然後再跟一套計算儀器連接起來，即可以計算出它的電量了。臨床醫生還把生物電作為診斷疾病的一種生理指標，根據腦電圖和心電圖來判斷腦和心髒的機能是否正常。

人類已經發明了一種由腦電控製的人造假肢。隻要大腦下達一個“握手”的命令，假手就會立刻握起來。原來，假手有兩根電極，分別接在上臂的兩塊肌肉外麵，用來接收從大腦傳來的電信號。這種電信號經過放大，又去推動假手裏的一個微型電動機，於是假手就動作起來了。上肢殘廢的人，戴上這種假肢，可以完成一些自我服務性的簡單動作。

腦電假肢是用生物電來開動人造機器，而心髒起搏器則是用人工電來開動“生物機器”。

人的心髒之所以能夠有規律地跳動，是因為心髒本身有一部“微型發電機”——竇房結的緣故。竇房結總是每隔不到一秒鍾的時間發出一次電脈衝，從而引起心髒的一次收縮。如果竇房結損壞，或者心電的傳導係統發生障礙，心髒就不能正常工作了。心髒起搏器就是模仿竇房結的工作原理製成的，它每分鍾發出70次左右的電脈衝，通過電極去刺激心髒，引起心髒的收縮。這樣心髒起搏器就代替了竇房結，啟動心髒工作。

電子學家也早已對生物電發生興趣，他們想從神經細胞和神經網絡中學到一些新的知識，以便設計出更加精巧的電子元件和電子線路。電子計算機的設計人員更是對人腦這部思維機器佩服得五體投地，他們多麽想了解大腦的秘密，從而製造出類似於人腦那樣的“電子腦”。

植物電極

科學家們發現，植物在進行光合作用的時候，同樣會產生電。

幾乎所有植物都可以利用水分和二氧化碳做原料，利用日光的能量，來製作澱粉等養分，這就是光合作用。在進行光合作用時，植物首先用葉綠素吸光，以太陽能來分解水。水是由氫和氧組成的，水分解時，除了產生氫和氧之外，還要飛出電子，電子帶負電荷，在水分解之前，它藏在氫和氧原子中間。為了製造出植物生活所需的養分，電子要在葉綠體內消耗掉，但是，如果將它提取出來就能得到電能。

植物的光合作用是其生存的一種基本生理機能，所以植物能夠比較穩定地產生電。因此，科學家們設想利用植物的光合作用來發電。

日本島根大學的落合英夫最早進行了植物發電的實驗。他選用菠菜做材料，先把菠菜葉攪碎，大約攪拌10秒鍾，這樣葉綠體就暴露出來，容易提取電子了。然後，把碎菠菜葉薄薄地攤在氧化錫薄板上，為了避免脫落，塗上一層透明的聚乙烯醇，像膠一樣把它固定住，發電裝置就製成了。光合作用需要水，但是純淨的水不易導電，隻要在水中溶解一些其他物質形成電解液，就能導電了。

這種發電裝置雖然發電量甚微，但隻要有光就能得到電流，而且不消耗任何燃料，因此這項發明具有深遠的意義。隻是菠菜的葉綠體既怕光又怕熱。這種發光裝置雖然能發電，但水溫一達到45℃，隻要10分鍾左右電流就減弱了，再過上一兩個小時就接近於零了。由於日光照射而使水溫達到幾十度是經常性的事，因此，采用菠菜的發電裝置沒有實用價值。而且，菠菜每個葉細胞中有幾十個以至幾百個葉綠體。葉綠體怕氧氣，本來葉綠體包在菠菜的細胞之中，不會直接接觸到氧氣。為了抽出電子，菠菜的細胞膜遭到破壞，葉綠體立刻會受到氧氣的強烈刺激，因而菠菜發電裝置很快就失效。因此，專家們到處尋找耐熱、耐光而又不怕氧氣的葉綠體。結果，在日本島根大學附近的鬆江溫泉內找到了一種藻類。

這種藻是一種低級的藻類，叫作藍藻。它生活在水溫為40～50℃的溫泉水中。它的結構簡單，微小的細胞像線一樣連在一起，粗細隻有1～2微米，肉眼難以發現，幾根聚集在一起才像一團線頭那麽大。把它培養在打來的溫泉水中，隻要有陽光並保持適當的溫度，即使不加入任何養分也能很快繁殖增加。

把藍藻用細紗布過濾一下，再放到離心分離機上去掉水分，就可以得到半幹的藍藻，將它薄薄地塗在氧化錫板上，用一種瓊脂加以固定，就製成了一個陰極。藍藻電極比菠菜電極製作方便，而且藍藻的細胞沒遭到破壞，依然是活的，所以可以長期使用。

用這種藍藻活電極能得到多少電呢？根據專家們的實驗，當受到比晴天晌午的陽光稍弱的光照時，可以發出8～10毫安左右的電流。盛夏時屋外光線較強時，可以發出20毫安左右的電流。這樣的電流是極其微弱的，連一盞小燈泡也點不著，但這是因為實驗裝置太小了。根據計算，如果把一米見方的玻璃窗都裝上藍藻電極，就能得到1安培左右的電流，如果加上兩三層電極，電流還會增加，如果在電解液中加入一些特殊藥品，使電子更容易運動，得到的電流還會更強一些。

藍藻通過光合作用製造出的電子，本是用來維持自身生命的，若是奪走這些電子，它的生命也就不存在了。那麽，怎樣才能使這個發電裝置工作的時間更長呢？用多強的光照射更合適呢？用藍藻做的電極是不是最好的呢？還有沒有更佳的植物呢？植物發電要走向實用，有待於解決的問題還多著呢。

微生物發電

肉眼所看不見的微生物，具有種類多、數量大、分布廣、繁殖快、消化本領奇怪的特性。在自然界的物質轉化過程中，無須任何特殊裝置和強大的能量，微生物就可以在體內進行成千上萬種的化學反應，因此人們稱之為“最古老的化學家”。微生物發電，就是將微生物產生的化學能轉換成電能。

有一種叫“硫化菌”的微生物，生活在深深的海洋底下。硫化菌同其他生物一樣，需要能量維持生活。它們是怎樣獲取能量的呢？不同於一般的生物，它們不停地分解海水中的硫酸鹽，然後就像運輸工似的，把分解產生的氧和水中的氧輸送給有機化合物——沉積在海底的動植物遺體，用來進行氧化。在這氧化過程中產生的多餘能量，就由硫化菌自己消耗掉。氧從硫酸鹽分子中分離出來，結果海水的下層出現酸性的硫化氫溶液，並產生許多正離子，在上層又產生了許多負羥基離子。於是，就在海水中形成正負電子層，從而產生電位差，電流隨之開始循環。

科學家們模仿大海製造了一種電池模型，讓硫化菌在實驗室裏發電。他們在兩個試管中裝入白金電極和不同成分的海水，如同大海一樣，也分為上下兩層，讓硫化菌在連接兩個試管的電橋上繁殖。結果硫化菌仍不忘扮演“運輸工”的角色，同樣產生了電流。這個生物電池模型，一直在實驗室中工作了幾個月。試驗證明，硫化菌活動時產生的化學能，可以直接轉換成電能。這種電池的電壓是0.5伏，電流為1毫安略強。如果需要更高的電壓和電流，隻要把這種電流串聯或並聯起來就行了。

目前，人們已能利用這種方法，製造出小型的經濟的生化電池。有一種有效半徑為24千米的小型發電機，就是利用一種依靠海水中的糖分而生存的微生物來發電的。這種微生物發電效率高、性能可靠穩定。有些地方的浮標和無人燈塔，就是使用了這種微生物電池。