Paano ginagamit ang mga pating at batas ng Ohm

Noong 1951, pinag-aralan ng siyentipikong Ingles na si Lissman ang pag-uugali ng mga isda ng gymnast. Ang mga isda na ito ay naninirahan sa isang malulutong na tubig sa kalawakan sa mga lawa at swamp ng Africa at samakatuwid ay hindi palaging magamit ang paningin para sa orientation. Inirerekomenda ni Lissman na ang mga isda, tulad ng mga paniki, ay ginagamit para sa orientation echolocation.

Ang kamangha-manghang kakayahan ng mga paniki na lumipad sa kumpletong kadiliman, nang walang pag-agaw sa mga hadlang, ay natuklasan nang mahabang panahon, noong 1793, iyon ay, halos kasabay ng pagtuklas ng Galvani. Gawin ito Lazaro Spallanzani - Propesor sa Unibersidad ng Pavia (ang kung saan nagtrabaho si Volta). Gayunpaman, ang pang-eksperimentong ebidensya na ang mga paniki ay naglalabas ng mga ultrasounds at ginagabayan ng kanilang mga echoes ay nakuha lamang noong 1938 sa Harvard University sa USA, nang ang mga pisiko ay lumikha ng kagamitan para sa pag-record ng mga ultrasounds.

Ang pagkakaroon ng nasubok ang ultrasonic hypothesis ng orientation ng gymnasium na eksperimento, tinanggihan ito ni Lissman. Ito ay na ang gymnarch ay oriented sa paanuman naiiba. Pinag-aaralan ang pag-uugali ng gymnast, nalaman ni Lissman na ang isda na ito ay may isang de-koryenteng organ at nagsisimula upang makabuo ng napakahina na kasalukuyang mga paglabas sa tubig sa kakatakot. Ang ganitong isang kasalukuyang ay hindi angkop para sa alinman sa pagtatanggol o pag-atake. Pagkatapos ay iminungkahi ni Lissman na ang gymnarch ay dapat magkaroon ng mga espesyal na organo para sa pang-unawa ng mga patlang ng kuryente - system ng sensor.

Ito ay isang napaka-matapang na hipotesis. Alam ng mga siyentipiko na ang mga insekto ay nakakakita ng ilaw ng ultraviolet, at maraming mga hayop ang nakakarinig ng hindi maririnig na tunog para sa amin. Ngunit ito ay lamang ng isang bahagyang pagpapalawak ng saklaw sa pang-unawa ng mga senyas na mahahalata ng mga tao. Pinapayagan ni Lissman ang isang ganap na bagong uri ng receptor na umiiral.

Ang sitwasyon ay kumplikado sa pamamagitan ng ang katunayan na ang reaksyon ng mga isda sa mahina na alon sa oras na iyon ay alam na. Ito ay sinusunod pabalik noong 1917 ni Parker at Van Heuser sa hito (lahat ng mga catfish ay tila may mga electroreceptors). Gayunpaman, ang mga may-akdang ito ay nagbigay sa kanilang mga obserbasyon ng isang iba't ibang kakaibang paliwanag. Napagpasyahan nila na sa pamamagitan ng pagpasa ng isang kasalukuyang sa pamamagitan ng tubig, ang pamamahagi ng ion dito ay nagbabago, at nakakaapekto ito sa panlasa ng tubig. Ang gayong punto ng pananaw ay tila posible: bakit may ilang bagong mga organo, kung ang mga resulta ay maipaliwanag ng mga kilalang ordinaryong organo ng panlasa. Totoo, ang mga siyentipiko na ito ay hindi pinatunayan ang kanilang interpretasyon sa anumang paraan; hindi sila nagtakda ng isang eksperimento sa kontrol. Kung pinutol nila ang mga nerbiyos na nagmumula sa mga organo ng panlasa, upang mawala ang mga sensasyong panlasa sa mga isda, makikita nila na ang reaksyon sa kasalukuyang nagpapatuloy. Ang pagkakaroon ng limitado ang kanilang mga sarili sa isang paliwanag sa pandiwa ng kanilang mga obserbasyon, naipasa nila ang isang mahusay na pagtuklas.

Si Lissman, sa kabaligtaran, ay dumating sa iba't ibang mga eksperimento at, pagkatapos ng isang dekada ng trabaho, napatunayan ang kanyang hypothesis. Mga 25 taon na ang nakalilipas, ang pagkakaroon ng mga electroreceptors ay kinikilala ng agham. Ang mga electroreceptor ay nagsimulang pag-aralan, at sa lalong madaling panahon natagpuan sila sa maraming mga isda sa dagat at freshwater (pating, stingrays, catfish, atbp.), Pati na rin mga lampreys. Mga 5 taon na ang nakalilipas, ang mga naturang receptor ay natuklasan sa mga amphibian (salamander at axolotl), at kamakailan - sa mga mammal (duckbill).

Nasaan ang mga electroreceptors na matatagpuan at paano sila nakaayos?

Ang mga isda (at amphibian) ay may mga lateral line na mga mekaniko na matatagpuan sa katawan at sa ulo ng isda; nakikita nila ang paggalaw ng tubig na may kaugnayan sa hayop. Ang mga electroreceptors ay isa pang uri ng receptor ng lateral line. Sa panahon ng pag-unlad ng embryonic, ang lahat ng mga linya ng pag-ilid ng pag-ilid ay nabuo mula sa parehong lugar ng sistema ng nerbiyos bilang pandinig at mga vestibular na mga receptor. Kaya ang mga auditory bat at mga electroreceptor ng isda ay malapit na kamag-anak.

Sa iba't ibang mga isda, ang mga electroreceptor ay may iba't ibang lokalisasyon - matatagpuan ang mga ito sa ulo, sa mga palikpik, kasama ng katawan (kung minsan sa ilang mga hilera), pati na rin ang ibang istraktura. Kadalasan, ang mga selulang electroreceptor ay bumubuo ng mga dalubhasang mga organo. Isasaalang-alang natin dito ang isa sa mga nasabing organo na matatagpuan sa mga pating at stingrays - ang ampulle ng Lorencini (ang organ na ito ay inilarawan ng siyentipikong Italyano na si Lorencini noong 1678).

Inisip ni Lorencini na ang mga ampoule ay mga glandula na gumagawa ng uhog ng isda (kahit na hindi nila ibukod ang iba pang mga posibilidad). Ang ampoule ng Lorenzini ay isang subkutaneus na kanal, ang isang dulo nito ay bukas sa panlabas na kapaligiran (ang inlet na ito ay tinatawag na pore), at ang iba pang nagtatapos sa isang mapurol na extension (ampoule); ang lumen ng channel ay napuno ng isang tulad ng halaya; linya ng electroreceptor cells sa isang hilera ang "ilalim" ng ampoule.

Ito ay kagiliw-giliw na (sa katunayan, isang kabalintunaan ng kapalaran) na si Parker, na unang napansin na ang mga isda ay gumanti sa mahina na mga alon ng kuryente, ay nag-aral din ng mga ampoule ni Lorenzini, ngunit naiugnay ang ganap na magkakaibang mga pag-andar sa kanila. Natagpuan niya na sa pamamagitan ng pagtulak ng wand sa panlabas na pasukan ng channel ("oras"), isang reaksyon ng pating (halimbawa, isang pagbabago sa dalas ng mga tibok ng puso) ay maaaring maging sanhi.

Mula sa gayong mga eksperimento, napagpasyahan niya na ang ampoule ng Lorencini ay isang manometer para sa pagsukat ng lalim ng paglulubog ng mga isda, lalo na dahil ang istraktura ng organ ay katulad sa isang manometro. Ngunit sa oras na ito, ang interpretasyon ni Parker ay naging mali. Kung naglalagay ka ng pating sa isang silid ng presyon at lumikha ng mas mataas na presyon sa loob nito (simulate ang isang pagtaas sa lalim ng paglulubog), pagkatapos ay ang ampoule ng Lorencini ay hindi tumutugon dito - at ito ay maaaring gawin nang walang pag-eksperimento: ang mga tubig ay pumipilit mula sa lahat ng panig at walang epekto). At sa presyon lamang sa butas sa halaya na pinupuno nito, isang potensyal na pagkakaiba ang lumitaw, na katulad ng kung paano ang isang potensyal na pagkakaiba ay lumitaw sa isang piezoelectric crystal (kahit na ang pisikal na mekanismo ng potensyal na pagkakaiba sa channel ay magkakaiba).

Paano nakaayos ang mga ampoule ni Lorenzini? Ito ay ang lahat ng mga cell ng epithelium lining ng channel ay mahigpit na konektado sa bawat isa sa pamamagitan ng mga espesyal na "masikip na contact", na nagbibigay ng isang mataas na tiyak na paglaban ng epithelium (tungkol sa 6 MOhm-cm2). Ang isang channel na pinahiran ng mahusay na pagkakabukod ay umaabot sa ilalim ng balat at maaaring maraming sampung sentimetro ang haba. Sa kabaligtaran, ang halaya na pinuno ang channel ng ampzle ng Lorenzini ay may napakababang resistivity (sa pagkakasunud-sunod ng 30 Ohm-cm); tinitiyak ito ng katotohanan na ang mga pump ng ion ay nagpahitit ng maraming mga K + ions sa lumen ng channel (ang konsentrasyon ng K + sa channel ay mas mataas kaysa sa tubig sa dagat o sa dugo ng mga isda). Kaya, ang channel ng isang electric organ ay isang piraso ng isang mahusay na cable na may mataas na paglaban ng pagkakabukod at isang mahusay na conductive core.

Ang "ilalim" ng ampoule ay inilatag sa isang layer ng maraming libu-libong mga cell ng electroreceptor, na mahigpit din na nakadikit. Ito ay lumiliko na ang cell ng receptor sa isang dulo ay tumingin sa loob ng channel, at sa kabilang dulo ay bumubuo ng isang synaps, kung saan pinupukaw nito ang isang kapana-panabik na tagapamagitan na kumikilos sa isang angkop na pagtatapos ng nerve fiber. Ang bawat ampoule ay angkop para sa 10 hanggang 20 na mga afferent fibers at bawat isa ay nagbibigay ng maraming mga terminal na pumupunta sa mga receptor, kaya bilang isang resulta, humigit-kumulang 2,000 mga cell ng receptor ang kumikilos sa bawat hibla (bigyang pansin ito - ito ay mahalaga!).

Tingnan natin ngayon kung ano ang nangyayari sa mga cell ng electroreceptor mismo sa ilalim ng impluwensya ng isang larangan ng kuryente.

Kung ang anumang cell ay inilalagay sa isang patlang ng koryente, pagkatapos ay sa isang bahagi ng lamad ang pag-sign ng PP ay nagkakasabay sa pag-sign ng lakas ng bukid, at sa kabilang bula ito ay naging kabaligtaran. Nangangahulugan ito na sa isang kalahati ng cell, ang MP ay nagdaragdag (ang lamad ay hyperpolarized), at sa kabilang banda, bumababa ito (ang lamad ay nabawasan).

Ang pagkilos ng electric field sa cell

Ito ay lumiliko na ang bawat cell ay "naramdaman" mga electric field, iyon ay, isang electroreceptor. At malinaw: sa kasong ito, ang problema ng pag-convert ng isang panlabas na signal sa isang natural na signal para sa cell - ang electric ay - mawala.Kaya, ang mga selulang electroreceptor ay gumagana nang simple: kasama ang naaangkop na pag-sign ng panlabas na larangan, ang synaptic lamad ng mga cells na ito ay nabawasan at ang paglilipat na ito sa potensyal na pagkontrol sa pagpapalaya ng tagapamagitan.

Ngunit pagkatapos ay ang tanong ay lumitaw: ano ang mga tampok ng mga cell electro-receptor? Maaari bang gawin ng anumang neuron ang kanilang mga pag-andar? Ano ang espesyal na pag-aayos ng ampoules ng Lorenzini?

Oo, sa husay, ang anumang neuron ay maaaring ituring na isang electroreceptor, ngunit kung bumaling tayo sa mga pagtatantya ng dami, nagbabago ang sitwasyon. Ang mga natural na patlang ng kuryente ay masyadong mahina, at ang lahat ng mga trick na ginagamit ng kalikasan sa mga electrosensitive organ ay naglalayong, una, upang mahuli ang pinakamalaking potensyal na pagkakaiba sa synaptic membrane, at, pangalawa, upang matiyak ang mataas na pagiging sensitibo ng mekanismo ng paglabas ng tagapamagitan upang mabago MP.

Ang mga de-koryenteng organo ng mga pating at stingrays ay may mataas na mataas (maaari nating sabihin, fantastically mataas!) Sensitibo: ang reaksyon ng mga isda sa mga electric field na may lakas na 0.1 μV / cm! Kaya ang problema ng sensitivity ay brilliantly malulutas sa kalikasan. Paano nakamit ang nasabing mga resulta?

Una, ang aparato ng ampoule ng Lorenzini ay nag-aambag sa sensitivity na ito. Kung ang lakas ng bukid ay 0.1 μV / cm at ang haba ng channel ng ampoule ay 10 cm, kung gayon ang isang potensyal na pagkakaiba ng 1 V ay kinakailangan para sa buong ampoule. Halos lahat ng boltahe na ito ay mahuhulog sa layer ng receptor, dahil ang resistensya nito ay mas mataas kaysa sa paglaban ng daluyan sa channel.

Ang pating ay direktang ginagamit Batas ng Ohm: V = IR, dahil ang kasalukuyang dumadaloy sa circuit ay pareho, mas malaki ang pagbagsak ng boltahe kung saan mas mataas ang pagtutol. Kaya, mas mahaba ang ampoule channel at mas mababa ang resistensya nito, mas malaki ang potensyal na pagkakaiba na ibinibigay sa electroreceptor.

Pangalawa, ang batas ng Ohm ay "inilapat" ng mga electroreceptors mismo. Ang iba't ibang mga bahagi ng kanilang lamad ay may iba't ibang pagtutol: ang synaptic membrane, kung saan nakatayo ang tagapamagitan, ay may mataas na pagtutol, at maliit ang kabaligtaran na bahagi ng lamad, kaya narito ang potensyal na pagkakaiba ay ipinamamahagi nang mas kumikita.

Tulad ng para sa pagiging sensitibo ng synaptic membrane sa mga paglilipat ng MP, maaari itong maipaliwanag sa pamamagitan ng iba't ibang mga kadahilanan: ang mga kanal ng lamad na ito o ang mekanismo ng ejection mediator ay maaaring magkaroon ng mataas na sensitivity sa mga potensyal na paglilipat.

Ang isang napaka-kagiliw-giliw na bersyon ng paliwanag ng mataas na sensitivity ng pagpapalabas ng tagapamagitan sa mga paglilipat ng MP ay iminungkahi ni A. L. Call. Ang kanyang ideya ay sa naturang mga synapses, ang kasalukuyang nabuo sa pamamagitan ng mga postynaptic lamad ay dumadaloy sa mga cell ng receptor at nagtataguyod ng pagpapalaya ng tagapamagitan; bilang isang resulta, isang positibong puna ang lumitaw: ang pagpapakawala ng tagapamagitan ay nagdudulot ng isang PSP, habang ang kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng synaps, at pinapahusay nito ang pagpapalaya ng tagapamagitan.

Sa prinsipyo, ang isang mekanismo ay dapat kinakailangang gumana. Ngunit sa kasong ito, ang tanong ay dami: kung gaano kabisa ang isang mekanismo upang maglaro ng ilang uri ng pagganap na papel? Kamakailan lamang, si A. L. Vyzov at ang kanyang mga nakikipagtulungan ay nagtagumpay na makakuha ng nakakumbinsi na data ng pang-eksperimentong nagpapatunay na ang naturang mekanismo ay talagang gumagana sa mga photoreceptors.