ще в 1890 році Вільгельм Оствальд, який продовжував займатися напівпроникними штучними плівками припустив, що напівпроникливості може бути причиною не тільки осмосу, але і електричних явищ. Осмос виникає тоді, коли плівка пропускає маленькі молекули води і не пропускає великі молекули цукру. Але ж іони можуть бути теж по-різному величини! Тоді мембрана буде пропускати іони тільки одного знака, наприклад, позитивного. Дійсно, якщо подивитися на формулу Нернста для дифузійного потенціалу Vд виникає на межі двох розчинів з концентраціями електроліту С1 і С2:
Vд = (u - v) / (u + v) -1 * (RT / F) * ln C1 / C2
де u - швидкість більш швидкого іона, v - швидкість більш повільного іона, R - універсальна газова постійна, F - число Фарадея, T - температура, і припустити, що мембрана для аніонів НЕ проникна, тобто v = 0, то можна бачити, що повинні з'являтися великі значення для Vд:
Таким чином, Оствальд об'єднав формулу Нернста і знання про напівпроникних мембранах. Він припустив, що властивостями такої мембрани пояснюються потенціали м'язів і нервів і дивовижне дію електричних органів риб.
Вирішальний крок зробив вчений школи Дюбуа-Раймонда Юліус Бернштейн. Він пояснив електричні властивості м'язів і нервів не пристроєм цих органів в цілому, а властивостями клітин, з яких складаються всі тканини і органи. Нарешті, був прямо вказано "винуватець", що створює "тварина електрику", - клітинна мембрана, а "зброя" - перенесення іонів. Таким чином, в гіпотезі Бернштейна об'єднуються електрохімія і клітинна теорія. Юліус Бернштейн вважається засновником мембранної теорії біопотенціалів.
Передача інформації в організмі.
режде чим зайнятися розглядом власне передачею інформації в організмі, давайте детальніше торкнемося мембрани клітини. Клітинна мембрана - рідка плівка, утворена ліпідами - жироподібними речовинами. Вона складається з двох шарів ліпідних молекул, в які вбудовані молекули білка. Нас цікавлять, перш за все, електричні характеристики мембрани, які почав вивчати ще в 1910 році німецький фізик і хімік В. Нернст, той самий Нернст, який вивів формулу дифузійного потенціалу. Виміри проводилися в такий спосіб: через суспензію клітин проводився струм різної частоти, і визначали її питомий опір. Була розвинена спеціальна теорія, яка давала можливість окремо визначити опір мембрани і її протоплазми. Розвиваючи цей напрямок, Г. Фрікке в 1925 році показав, що мембрана веде
себе в дослідах, як паралельно з'єднані опір і. конденсатор
Тобто з'ясував еквівалентну схему клітинної мембрани. Спочатку, він встановив цю схему для мембрани еритроцитів.
Візьмемо аксон кальмара і порівняємо його схему зі схемою звичайного провідника.
Електричні схеми передачі сигналів. Схема аксона (а) складається з поздовжніх опорів ri ємності мембрани C опору мембрани rm і джерело е.р.с. Em. Технічна система передачі сигналів (б) складається з джерела струму E навантаження H і вимикача K.
Навіть з першого погляду видно, що схеми кардинально відрізняються.
аждому з нас доводилося чути про електричні рибax. Для мене довгий час залишалося загадкою, як порівняно невеликий електричний вугор може виробити різниця потенціалів 800 - 900 В. Як же влаштовані ці риби?
Основу виробляють органів складають стовпчики з плоских клітин, що лежать один на одному як пари мідь - цинк в вольтовом стовпі. До однієї поверхні кожної клітини підходять нервове закінчення. Коли орган знаходиться в спокої, обидві сторони кожної клітини мають однаковий потенціал і струм через орган не йде. Коли ж за всіма нервових волокнах проходять імпульси постсинаптична мембрана різко підвищує свою проникність до іонів і потенціал падає до нуля. Це призводить до виникнення струму поточного через клітку. Так з'являється розряд у ската і астролога. У риб, більш просунутих сходами еволюції, як електричний вугор, нільська щука і нільський сом органи влаштовані дещо інакше. Мембрана з того боку клітини, на яку діє синапс, виявилася електрично збудливою, так що при проході нервового імпульсу вона не тільки знижує свій потенціал до нуля, а перезаряджається, що забезпечує більш високу різницю потенціалів, що генерується клітинами.