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(fā)電。可你是否還知道，生物也可以發(fā)電？
其實，人類早已驚奇地發(fā)現(xiàn)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(nèi)在沿神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息時會產(chǎn)生電流。植物在進行光合作用的時候同樣也會產(chǎn)生電流。微生物在生命活動過程中產(chǎn)生化學(xué)能，而這種生物化學(xué)能可以直接轉(zhuǎn)換成電能。
不過，生物電對這些生物有什么意義，目前人們還不十分了解。關(guān)于生物電，還有不少有待探索的謎。
動物發(fā)電機
遠在人類發(fā)明電池和發(fā)電機之前幾百萬年，許多動物和植物已經(jīng)能夠自動產(chǎn)生電流。有些動物本身就是一臺強有力的發(fā)電機，電鰻就是一例。
電鰻生長于南美奧里諾科河中。這條河在委內(nèi)瑞拉境內(nèi)，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，終于抵達盡頭，前面只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，來到一塊半干的沼澤地前。當?shù)氐哪_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么，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，于是這名士兵就往水里走，但是只走了幾步，他就像被誰打倒了似的，大聲慘叫著倒在沼澤里。有兩名士兵前去救他，結(jié)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(jīng)過幾天之后，他們才能夠繼續(xù)前進。由于對不明真相的怪物感到害怕，迪希卡只好下令返回。
水中的怪物其實就是電鰻。南美產(chǎn)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?shù)氐木用駞s知道怎樣捕捉這種危險的魚。他們?yōu)榱瞬蹲诫婗牐劝雅Ｚs進水里，讓牛先接受電的沖擊。牛一觸電就掙扎倒下身來，拼命地吼叫，幾分鐘過后才安靜下來。牛回到岸上后人再下去捕捉電鰻。
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(fā)出的電擊倒蛙和魚蝦等水中動物，然后吃掉。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(chǎn)生強大的電流的呢？
其實，任何動物體內(nèi)的神經(jīng)和肌肉都帶電，只是十分微弱罷了。而電鰻的身體，能產(chǎn)生電流的肌肉組織占全身的40%。在顯微鏡下就可以發(fā)現(xiàn)，在這種組織里集中著100萬～200萬個極其微小的“干電池”。也就是說，這部分組織的各個細胞與干電池具有同樣的功能，這些細胞膜的外側(cè)有陰離子，內(nèi)側(cè)有陽離子，在這樣的“電池”細胞上，大約能產(chǎn)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(fā)電器官沿著脊椎連續(xù)并列，其數(shù)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(xué)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。它的全身長度只有八分之一是頭部和軀體，其余的便是尾部。它的尾部布滿了一種叫“電極”的膠質(zhì)細胞，這些細胞一層層地互相粘貼起來，就像電池里的電極一樣互相串聯(lián)著。這就是電鰻的電池了。
電鰻的尾部，生有三對發(fā)電器官：一對主發(fā)電器和兩對小型發(fā)電器。電鰻身體擺動時，其中的一個小型發(fā)電器便會發(fā)出每秒20～30次的微弱脈沖。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(fā)現(xiàn)目標，它便用主發(fā)電器和另一個小發(fā)電器向目標放電。據(jù)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(chǎn)生這么高的高壓可絕非易事。它必須保證無數(shù)個“電池”都能同時聯(lián)通。這就要求其大腦發(fā)出的指令脈沖都能同時到達每個“電池”。這里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(fā)明的電池有不少相似處。第一，電鰻不是整天都可以產(chǎn)生電流的。當有些物體跟它碰觸，或者它跟什么發(fā)生沖突的時候，這個信息立刻便會傳達到它的腦部去。于是，它立刻開動發(fā)電機，利用它的電流去自衛(wèi)，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(chǎn)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(fā)生的電流一樣，是只有一個方向的。第三，當一個電池停止發(fā)出電流時，就得補充，電鰻也一樣。當它放出了太多的電流之后，電源便干涸了。于是，它就會退到一處安全的地方，直至它的電池再次充電，它才恢復(fù)活動。
自身帶電而又能放電的魚類、獸類，已發(fā)現(xiàn)的就有100多種。除了電鰻外，電鯰、電鰩也都是著名的“動物發(fā)電機”。非洲河流里的電鯰，發(fā)出的電，電壓高達350伏。在太平洋北部發(fā)現(xiàn)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。
并不是所有的電魚都能發(fā)出很強的電。裸臀魚（它的尾巴沒有尾鰭，是赤裸裸的）、長吻魚、裸背鰻、吻電鰻、鰭電鰻以及某些鰩魚都只能發(fā)出微弱的電脈沖。它們的發(fā)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(huán)境和尋找食物，就像我們用雷達來監(jiān)視天空一樣。這些魚的發(fā)電器官是一部精巧的“水下雷達”。
電鰻帶電放電的現(xiàn)象也許是除閃電以外，人類接觸得最早的放電現(xiàn)象。
生物電對人體的應(yīng)用
據(jù)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(guān)節(jié)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(yī)生就知道電鰩會放電，并且利用這種電來治療精神病。后來這種“生物電療法”逐漸被人工電所代替了，并成為一種專門的治療技術(shù)，稱為“電療技術(shù)”。
生物電與人工電，雖然產(chǎn)生的方法不同，但電的性質(zhì)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(fā)光。即使是老鼠身上的微弱電流，也可以用來發(fā)動微型的無線電發(fā)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(wù)了。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，人體里面有好幾百萬個細胞，也都是能夠制造微量電流的。例如，來自腦部的電流，只要在我們的頭皮上面裝上一個電阻，然后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(yī)生還把生物電作為診斷疾病的一種生理指標，根據(jù)腦電圖和心電圖來判斷腦和心臟的機能是否正常。
人類已經(jīng)發(fā)明了一種由腦電控制的人造假肢。只要大腦下達一個“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面，用來接收從大腦傳來的電信號。這種電信號經(jīng)過放大，又去推動假手里的一個微型電動機，于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(wù)性的簡單動作。
腦電假肢是用生物電來開動人造機器，而心臟起搏器則是用人工電來開動“生物機器”。
人的心臟之所以能夠有規(guī)律地跳動，是因為心臟本身有一部“微型發(fā)電機”——竇房結(jié)的緣故。竇房結(jié)總是每隔不到一秒鐘的時間發(fā)出一次電脈沖，從而引起心臟的一次收縮。如果竇房結(jié)損壞，或者心電的傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生障礙，心臟就不能正常工作了。心臟起搏器就是模仿竇房結(jié)的工作原理制成的，它每分鐘發(fā)出70次左右的電脈沖，通過電極去刺激心臟，引起心臟的收縮。這樣心臟起搏器就代替了竇房結(jié)，啟動心臟工作。
電子學(xué)家也早已對生物電發(fā)生興趣，他們想從神經(jīng)細胞和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中學(xué)到一些新的知識，以便設(shè)計出更加精巧的電子元件和電子線路。電子計算機的設(shè)計人員更是對人腦這部思維機器佩服得五體投地，他們多么想了解大腦的秘密，從而制造出類似于人腦那樣的“電子腦”。
植物電極
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，植物在進行光合作用的時候，同樣會產(chǎn)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，來制作淀粉等養(yǎng)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(chǎn)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。為了制造出植物生活所需的養(yǎng)分，電子要在葉綠體內(nèi)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(wěn)定地產(chǎn)生電。因此，科學(xué)家們設(shè)想利用植物的光合作用來發(fā)電。
日本島根大學(xué)的落合英夫最早進行了植物發(fā)電的實驗。他選用菠菜做材料，先把菠菜葉攪碎，大約攪拌10秒鐘，這樣葉綠體就暴露出來，容易提取電子了。然后，把碎菠菜葉薄薄地攤在氧化錫薄板上，為了避免脫落，涂上一層透明的聚乙烯醇，像膠一樣把它固定住，發(fā)電裝置就制成了。光合作用需要水，但是純凈的水不易導(dǎo)電，只要在水中溶解一些其他物質(zhì)形成電解液，就能導(dǎo)電了。
這種發(fā)電裝置雖然發(fā)電量甚微，但只要有光就能得到電流，而且不消耗任何燃料，因此這項發(fā)明具有深遠的意義。只是菠菜的葉綠體既怕光又怕熱。這種發(fā)光裝置雖然能發(fā)電，但水溫一達到45℃，只要10分鐘左右電流就減弱了，再過上一兩個小時就接近于零了。由于日光照射而使水溫達到幾十度是經(jīng)常性的事，因此，采用菠菜的發(fā)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(fā)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(jié)果，在日本島根大學(xué)附近的松江溫泉內(nèi)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(jié)構(gòu)簡單，微小的細胞像線一樣連在一起，粗細只有1～2微米，肉眼難以發(fā)現(xiàn)，幾根聚集在一起才像一團線頭那么大。把它培養(yǎng)在打來的溫泉水中，只要有陽光并保持適當?shù)臏囟龋词共患尤肴魏勿B(yǎng)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，就可以得到半干的藍藻，將它薄薄地涂在氧化錫板上，用一種瓊脂加以固定，就制成了一個陰極。藍藻電極比菠菜電極制作方便，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(jù)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(fā)出8～10毫安左右的電流。盛夏時屋外光線較強時，可以發(fā)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(jù)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。
藍藻通過光合作用制造出的電子，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。那么，怎樣才能使這個發(fā)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(fā)電要走向?qū)嵱茫写诮鉀Q的問題還多著呢。
微生物發(fā)電
肉眼所看不見的微生物，具有種類多、數(shù)量大、分布廣、繁殖快、消化本領(lǐng)奇怪的特性。在自然界的物質(zhì)轉(zhuǎn)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(nèi)進行成千上萬種的化學(xué)反應(yīng)，因此人們稱之為“最古老的化學(xué)家”。微生物發(fā)電，就是將微生物產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)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？不同于一般的生物，它們不停地分解海水中的硫酸鹽，然后就像運輸工似的，把分解產(chǎn)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(chǎn)生的多余能量，就由硫化菌自己消耗掉。氧從硫酸鹽分子中分離出來，結(jié)果海水的下層出現(xiàn)酸性的硫化氫溶液，并產(chǎn)生許多正離子，在上層又產(chǎn)生了許多負羥基離子。于是，就在海水中形成正負電子層，從而產(chǎn)生電位差，電流隨之開始循環(huán)。
科學(xué)家們模仿大海制造了一種電池模型，讓硫化菌在實驗室里發(fā)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(jié)果硫化菌仍不忘扮演“運輸工”的角色，同樣產(chǎn)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(chǎn)生的化學(xué)能，可以直接轉(zhuǎn)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，只要把這種電流串聯(lián)或并聯(lián)起來就行了。
目前，人們已能利用這種方法，制造出小型的經(jīng)濟的生化電池。有一種有效半徑為24千米的小型發(fā)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(fā)電的。這種微生物發(fā)電效率高、性能可靠穩(wěn)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。