Электричество
в лягушке

Предоставим слово самому синьору профессору. В первой части "Трактата о силах электричества при мышечном движении", вышедшего из печати в 1791 году, он пишет: "Я разрезал и препарировал лягушку и, имея в виду совершенно другое, поместил ее на столе, на котором находилась электрическая машина при полном разобщении от кондуктора последней и довольно большом расстоянии от него. Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедерных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей стали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Другой помощник заметил, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искра. Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся невероятным усердием и страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нем скрыто".

Едва ли не самое любопытное в этой истории то, что у Гальвани не должно было быть причин приходить в столь большое волнение. Лет за тридцать до него сокращение лягушачьей лапки поблизости от электрической машины наблюдал и описал Марко Кальдани, не придавший, впрочем, этому никакого значения. А в 1678 г. физиолог Шваммердам демонстрировал герцогу Тосканскому, как содрогаются лапки лягушки, подвешенной на серебряной нити. К счастью, Гальвани ничего этого не знал, то, что он увидел, его взволновало, и он решил доискаться до причин странного явления.

Обнаружив влияние электричества на лягушачьи лапки, Гальвани предположил, что все дело в электрических искрах. Но если слабая искра электрической машины заставляет лягушачью лапку вздрагивать, то что должно произойти во время грозы, при блеске молнии? Надо только дождаться грозы. И когда желаемая погода наступила, ассистенты синьора профессора тотчас же отправились к соседнему пруду, откуда обычно черпали материал для опытов. Правда, злые языки утверждали, что после показа студентам мясистые лапки частенько шли в кастрюльку, обеспечивая не только духовную пищу.

Так или иначе, но к началу грозы на железной ограде балкона лаборатории висела впечатляющая гирлянда лягушачьих лапок, насажденных на медные проволочки. Наконец подул ветер. Забарабанил дождь, и блеснула первая молния. Отрезанные лапки исправно задергались, правда, не сильнее, чем в лаборатории, и совсем не в такт с разрядами небесного электричества. Все же эксперимент удовлетворил Гальвани.

Ученый решил попробовать, как действует на мышцу атмосферное электричество, когда нет грозы. Он всадил в спинной мозг препарированной лягушки медный крючок и повесил ее на железную решетку своего балкона. Ничего не случилось. Устав от ожидания, Гальвани стал давить на крючок, прижимая лягушку к решетке. К немалому изумлению, ибо дело было при ясном небе, он заметил, что лягушка начинала дергаться. Тогда он решил, что атмосферное электричество скопилось в лягушке, а потом вышло из нее при соприкосновении с металлом.

Описание опыта, изложенное самим Гальвани: "После успешных опытов во время грозы я пожелал обнаружить действие атмосферного электричества в ясную погоду. Поводом для этого послужило наблюдение, сделанное над заготовленными лапками лягушки, которые, зацепленные за спинной нерв медным крючком, были повешены на железную решетку забора моего сада: лапки содрогались не только во время грозы, но иногда, когда небо было совершенно ясно. Подозревая, что эти явления происходят вследствие изменения атмосферы в течение дня, я предпринял опыты. В различные часы в продолжение ряда дней я наблюдал нарочно повешенную на заборе лапку, но не обнаружил каких-либо движений в ее мускулах. Наконец, утомленный тщетным ожиданием, я прижал медный крюк, который был продет в спинной мозг, к железной решетке, желая посмотреть, не возникнут ли благодаря этому приему мышечные движения и не обнаружат ли они в чем-нибудь отличия и изменения, смотря по различному состоянию атмосферы и электричества".

Металлы же в его понимании были попросту проводниками открытого им нового "животного электричества".

Эксперименты Гальвани повторяли буквально во всех странах. Лягушки погибали тысячами во славу новой науки. Современники писали: «В течение целых тысячелетий хладнокровное племя лягушек беззаботно совершало свой жизненный путь, как его наметила природа, зная только одного врага, господина аиста, да еще, пожалуй, терпя урон от гурманов, которые требовали для себя жертвы в виде пары лягушачьих лапок со всего несметного рода. Но на исходе XVIII столетия наступил злосчастный век для лягушек. Злой рок воцарился над ними, и вряд ли когда-либо лягушки от него освободятся. Затравлены, схвачены, замучены, скальпированы, убиты, обезглавлены — но и со смертью не пришел конец их бедствиям. Лягушка стала физическим прибором, отдала себя в распоряжение науки. Срежут ей голову, сдерут кожу, расправят мускулы и проткнут спину проволокой, а она все еще не смеет уйти к месту вечного упокоения; повинуясь приказаниям физиков или физиологов, нервы ее придут в раздражение и мускулы будут сокращаться, пока не высохнет последняя капля "живой воды". И все это лежит на совести у Алоизо Луиджи Гальвани».

Классические опыты Гальвани сделали его основоположником экспериментальной электрофизиологии, одним из основателей электрофизиологии и учения об электричестве.

Интересно, что этот ученый считается одним из прототипов доктора Виктора Франкенштейна.

Гальванический элемент — это химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.

Первый экземпляр гальванической батареи, созданный в 1800 году Алессандро Вольта, представлял собой крупный цилиндр (вольтов столб).

Сегодня гальванический элемент можно увидеть в современных батарейках и аккумуляторах.

В лаборатории анатомии Булонского университета Луиджи Гальвани провел опыт, описание которого потрясло ученых всего мира. На лабораторном столе препарировались лягуш­ки. Задача опыта заключалась в демонстрации и наблюдении обнаженных, нервов их конечностей. На этом столе находилась электростатическая машина, с помощью которой создавалась и изучалась искра.

Это явление можно объяснить следующим образом. На атомы и молекулы воздуха в зоне возникновения искры действует меняющееся электрическое поле, в результате они приобретают электрический заряд, переставая быть нейтраль­ными. Возникшие ионы и электрически заряженные моле­кулы распространяются на некоторое, относительно неболь­шое расстояние от электростатической машины,  так как при движении, сталкиваясь с молекулами воздуха, теряют свой заряд. В то же время они могут накапливаться на метал­лических предметах, хорошо изолированных от поверхности земли, и разряжаются в случае, если возникнет проводящая электрическая цепь на землю. Пол в лаборатории был сухой, деревянный. Он хорошо изолировал помещение, где работал Гальвани, от земли. Предметом, на котором накапливались заряды, был металлический скальпель. Даже легкое касание скальпелем нерва лягушки приводило к "разряду" нако­пившегося на скальпеле статического электричества, вызывая отдергивание лапки без какого-либо механического разру­шения. Само по себе явление вторичного разряда, вызванное электростатической индукцией, уже в то время было известно.

Блестящий талант экспериментатора и проведение боль­шого числа разносторонних исследований позволили Гальвани обнаружить другое важное для дальнейшего развития элек­тротехники явление. Идет  опыт по изучению атмосферного электричества. Процитируем самого Гальвани: ". ...Утомлен­ный ... тщетным ожиданием .. . начал . .. прижимать медные крючки, воткнутые в спинной мозг, к железной решетке — лапки лягушки сократились". Результаты эксперимента, проведенного уже не на открытом воздухе, а в помещении при отсутствии каких-либо работающих электростатических машин, подтвердили, что сокращение мышцы лягушки, подобное сокращению, вызванному искрой электростатиче­ской машины, возникает при касании тела лягушки одновре­менно двумя различными металлическими предметами — проволокой и пластиной из меди, серебра или железа. Такого явления никто до Гальвани не наблюдал. На основе результатов наблюдений он делает смелый однозначный вывод. Существует иной источник электричества, им является "животное" электричество (термин равнозначен термину «электрическая активность живой ткани»). Живая мышца, утверждал Гальвани, представляет собой конденсатор вроде лейденской банки, внутри нее накапливается положительное электричество. Нерв лягушки служит внутренним "проводником". Присоединение к мышце двух металлических проводников вызывает появ­ление электрического тока, что приводит, подобно искре от электростатической машины, к сокращению мышцы.

Гальвани экспериментировал в целях получения однознач­ного результата только на мышцах лягушки. Возможно, именно это позволило ему предложить использовать "физио­логический препарат" лапки лягушки в качестве измерителя количества электричества. Мерой количества электричества, для оценки которого служил подобный физиологический индикатор, являлись активность подъема и падения лапки при соприкосновении ее с металлической пластинкой, кото­рой одновременно касается крючок, проходящий через спинной мозг лягушки, и частота подъемов лапки в единицу времени. Некоторое время подобный физиологический индикатор использовался даже крупными физиками, и в част­ности Георгом Омом.

Электрофизиологический эксперимент Гальвани позволил Алессандро Вольта создать первый электрохимический источ­ник электрической энергии, что, в свою очередь, открыло новую эпоху в развитии электротехники.

Алессандро Вольта одним из первых по достоинству оце­нил открытие Гальвани. Он повторяет с  большой тщатель­ностью опыты Гальвани, получает много данных, подтвержда­ющих его результаты. Но уже в первых своих статьях "О жи­вотном электричестве" и в письме к доктору Боронио от 3 апреля 1792 г. Вольта в отличие от Гальвани, трактующего наблюдаемые явления с позиций "животного" электричества, выдвигает на первый план химико-физические явления. Вольта устанавливает важность использования для этих опытов разнородных металлов (цинк, медь, свинец, серебро, железо), между которыми проложена смоченная кислотой ткань.

Вот что пишет Вольта: «В опытах Гальвани источником электричества является лягушка. Однако что собой пред­ставляет лягушка или вообще любое животное? Прежде всего, это нервы и мышцы, а в них различные химические соединения. Если нервы и мышцы препарированной лягушки соединить с двумя разнородными металлами, то при замы­кании такой цепи проявляется электрическое действие. В моем последнем опыте тоже участвовали два разнородных металла — это станиоль (свинец) и серебро, а роль жидкости играла слюна языка. Замыкая цепь соединительной пластинкой, я создавал условия для непрерывного передви­жения электрической жидкости с одного места на другое. Но я ведь мог опустить эти же металлические предметы просто в воду или в жидкость, подобную слюне? Причем здесь "животное" электричество?»

Опыты, проведенные Вольта, позволяют сформулировать вывод о том, что источником электрического действия явля­ется цепь из разнородных металлов при их соприкосновении с влажной или смоченной в растворе кислоты тканью.

В одном из писем своему другу врачу Вазаги (опять при­мер проявления интереса врача к электричеству) Вольта писал: «Я уже давно убедился, что все действие исходит от металлов, от соприкосновения которых электрическая жидкость входит во влажное или водянистое тело. На этом основании я считаю себя вправе приписать все новые элек­трические явления металлам и заменить название "животное электричество" выражением "металлическое электричество"».

По мнению Вольта, лапки лягушки — чувствительный электроскоп. Возник исторический спор между Гальвани и Вольта, а также между их последователями — спор о "животном" или ''металлическом" электричестве.

Гальвани не сдавался. Он полностью исключил из экспери­мента металл и даже лягушек препарировал стеклянными ножами. Оказалось, что и при таком опыте соприкосновение бедренного нерва лягушки с ее мышцей приводило к хорошо заметному, хотя и значительно меньшему, чем при участии металлов, сокращению. Это была первая фиксация биоэлек­трических явлений, на которых построена современная электродиагностика сердечно-сосудистой и ряда других систем человека.

Вольта пытается разгадать природу обнаруженных необыч­ных явлений. Перед собой он четко формулирует следующую задачу: «Что же является причиной возникновения электри­чества? — спросил я себя так же, как и каждый из вас сделал бы это. Размышления привели меня к одному решению: от соприкосновения двух разнородных металлов, например серебра и цинка, нарушается равновесие электричества, нахо­дящегося в обоих металлах. В точке соприкосновения метал­лов положительное электричество направляется от серебра к цинку и накапливается на последнем, в то самое время как отрицательное электричество сгущается на серебре. Это зна­чит, что электрическая материя перемещается в определенном направлении. Когда я накладывал друг на друга пластинки из серебра и цинка без промежуточных прокладок, то есть цинковые пластинки находились в соприкосновении с сереб­ряными, то общее их действие сводилось к нулю. Чтобы усилить электрическое действие или суммировать его, следует каждую цинковую пластинку привести в соприкосновение только с одной серебряной и последовательно сложить наи­большее число пар. Это и достигается как раз тем, что на каждую цинковую пластинку я кладу мокрый кусок ткани, отделяя ее тем самым от серебряной пластинки следующей пары». Многое из сказанного Вольта не теряет значения и сейчас, в свете современных научных представлений.

К сожалению, этот спор был трагически прерван. Армия Наполеона оккупировала Италию. За отказ присягнуть ново­му правительству Гальвани потерял кафедру, был уволен и вскоре скончался. Второй участник спора — Вольта — дожил до дня полного признания открытий обоих ученых. В истори­ческом споре оба оказались правы. Биолог Гальвани вошел в историю науки как основоположник биоэлектричества, физик Вольта — как основоположник электрохимических источников тока.