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青蛙电池

卡洛·马泰乌齐将最后一条蛙腿从它的原主人身上砍下来,小心翼翼地放在一堆蛙腿上。他杀死了10只青蛙,卸下它们的腿,然后把每条腿都制成一个大致类似于切半的橘子的形状——一边完好无损,另一边则一分为二。然后,他将这些两栖动物的尸块堆叠在一起,形成了一个伏特电堆的生物转换形式——有人可能会说这是伏特电堆的一种变形,原先的伏特电堆中的锌和铜被肌肉与神经取代。马泰乌齐刚刚完成了世界上第一块完全由青蛙制成的电池。

当他测试电流时,他看到了输出结果:连接的蛙腿越多,电流计指针的偏转就越大,这表明电流增大了。但这并不是实验的结束。当他对这个生物材料制成的电堆感到满意时,他拿起连接在生物电池上的导线,小心翼翼地让其触及旁边盘子上躺着的另一只青蛙——或者更确切地说,是青蛙的剩余部分。与青蛙电池不同的是,这只青蛙是按照伽伐尼多年前推广的方式制备的:去皮,头部和腹部几乎完全被去除,只有连接脊柱和腿的两条股神经仍然完整。当导线连通时,这只狰狞的半身木偶立即跳起了熟悉的舞蹈。动物电——而且只有动物电——让一只死青蛙的腿动了起来。

在伽伐尼去世40多年后,电生理学取得了自伽伐尼时代以来的第一个真正进展。

马泰乌齐是洪堡在动物电没落的几十年间指导和资助的另一位有前途的年轻科学家。洪堡曾被马泰乌齐表现出来的对探寻神经中潜在电力量的热情鼓舞,并推荐这位年轻的科学家担任比萨大学的教授。当有人企图诋毁马泰乌齐对电鳐用来控制电击的神经中枢的发现时,洪堡还挺身而出为他辩护。因此,当马泰乌奇将他的青蛙电池研究成果告诉洪堡时,洪堡作为赞助人非常激动,立即将这篇论文传播到他的整个社交网络中,其中就包括柏林大学的穆勒,他将马泰乌齐的论文交给了他热心的年轻学生埃米尔·杜布瓦——雷蒙。 洪堡依旧是这位年轻生理学家的导师,他于1849年写信给德国文化部长,为杜布瓦——雷蒙的研究争取资金。他在信中写道:“他正在研究肌肉运动的深层自然秘密……我在前半生也一直专注于这项研究。”当他用马泰乌齐的实验激发了杜布瓦——雷蒙的兴趣时,双方一拍即合。

尽管杜布瓦——雷蒙认为马泰乌齐的怪诞实验不够科学(“没有人比我自己更能深切地感受到这一研究在重点和清晰度方面还有多少不足之处”),但在接下来的20年里,他在此基础上所做的工作最终使沉寂已久的生物电领域得以复苏,并被重新纳入正规的科学研究范畴。杜布瓦——雷蒙野心勃勃,渴望功成名就。他在柏林大学的55年任期内,企图通过篡夺伽伐尼作为动物电学之父的地位来确保自己在历史上的地位。

他在许多方面都是伽伐尼的继承人。他对正规科学的献身和严谨是出了名的。为了更精确地描述和测量神经中的电流,他付出了甚至可以说是偏执的努力。他花了数年时间反复试验,组装自己设计的特殊电流计,其灵敏度足以测量通过青蛙肌肉和神经的微弱电流,而非通过电报线路的电流。他养了很多青蛙,以至于把自己在柏林的公寓变成了一个“养蛙场”。 在切断青蛙的肌肉和神经纤维时,为了避免意外引入外部电源,他不会使用金属工具,而是将青蛙咬成两半。由于经常接触青蛙皮肤中的刺激物,他几乎弄瞎了自己的眼睛。和几十年前的意大利一样,柏林的青蛙也开始短缺。但是,他的这种坚韧不拔的精神却得到了回报,只因他决心完善伽伐尼的实验并将其归功于自己。

借助新电流计,杜布瓦——雷蒙亲眼看到电流计上出现了伴随肌肉收缩的明显的电流干扰。每当电流通过他测量的区域时,电流计上的指针就会摆动。伽伐尼只是通过青蛙的腿部抽搐的证据间接探测到了通过肌肉传播的电脉冲(以一种扭曲的方式使青蛙成为世界上第一个电流计),而现在,杜布瓦——雷蒙直接看到了动物电刺激肌肉的过程。80岁高龄的洪堡很乐意为这些研究充当小白鼠:尽管他此时已经是“每天在国王身边用餐”的大人物,但他还是会卷起袖子,绷紧肌肉,直到这个动作使杜布瓦——雷蒙的电流计指针偏转为止。

虽然大多数研究人员对这些早期实验持冷淡态度,因为当时的社会思潮仍然坚决反对“思想和意图能产生可测量的电流”的观点,但到19世纪末,杜布瓦——雷蒙和他的同事们已经成功地将生物电确立为神经生物学的一个方面。 电流通过神经和肌肉传导的概念逐渐受到人们的重视。但还有几个悬而未决的问题:这种电是如何传输的?为什么这种电流比电报线中电流的速度慢得多?

但此时你可以测量它了。杜布瓦——雷蒙及其同事赫尔曼·冯·亥姆霍兹将这种神经为激活肌肉而发出的电击称为“动作电流”。很快,其他科学家也加入了精确描述这种现象的特征的研究行列,虽然他们在许多细节上发生了激烈的争论,但神经系统中存在电现象的观点已被广泛接受。杜布瓦——雷蒙证明了电与人体之间的关系。神经就是靠电流运行的。他使洪堡感到骄傲,并取代了伽伐尼。 他为此写道:“我成功地将物理学家和生理学家的百年梦想——神经物质与电的同一性——完全变成了现实。”

在杜布瓦——雷蒙的研究恢复了生物电的正当性的同时,科学家们在绘制大脑和神经系统的图谱方面也取得了新的进展。正如过去发生的那样,新的工具使人们对旧的科学产生了怀疑,于是新的不确定性隐现。一个单一的电脉冲怎么能引起如此多种不同的感觉和运动呢?当时的科学界将神经系统设想为一个巨大而不间断的融合弦网络。对此最好的比喻是管道:科学家们看到的仍然是连续的管道,而不是由一堆独立的细胞组成的系统。唯一有所不同的是,现在通过这些管道的不再是“动物精气”,而是电。

多亏了更好的工具,比如灵敏的电流计和伏特电池,以及洪堡、杜布瓦——雷蒙和亥姆霍兹对科学方法严谨性的奉献,动物精气的千年之谜终于被解开了。动物精气——把大脑的冲动和意图传递给肢体去执行,并把外部世界的感觉传递回来的东西——就是电。动物精气就是动物电;但它不再被称为动物电,而是被称为“神经传导”。意思并无差别,这只是用科学代替了哲学。伽伐尼终于沉冤昭雪。 QAzS/s5UAxePeUlNZF82kTUj2jIp6CfsW7Tv0LmVUgSnekbuGfjodL/WYJ+rd6VQ

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