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生物电现象探秘（第2页）

随着认识的不断深入，人类开始利用生物电为自己服务了。

科学家们发现，人体里面有好几百万个细胞，也都是能够制造微量电流的。例如，来自脑部的电流，只要在我们的头皮上面装上一个电阻，然后再跟一套计算仪器连接起来，即可以计算出它的电量了。临床医生还把生物电作为诊断疾病的一种生理指标，根据脑电图和心电图来判断脑和心脏的机能是否正常。

人类已经发明了一种由脑电控制的人造假肢。只要大脑下达一个“握手”的命令，假手就会立刻握起来。原来，假手有两根电极，分别接在上臂的两块肌肉外面，用来接收从大脑传来的电信号。这种电信号经过放大，又去推动假手里的一个微型电动机，于是假手就动作起来了。上肢残废的人，戴上这种假肢，可以完成一些自我服务性的简单动作。

脑电假肢是用生物电来开动人造机器，而心脏起搏器则是用人工电来开动“生物机器”。

人的心脏之所以能够有规律地跳动，是因为心脏本身有一部“微型发电机”——窦房结的缘故。窦房结总是每隔不到一秒钟的时间发出一次电脉冲，从而引起心脏的一次收缩。如果窦房结损坏，或者心电的传导系统发生障碍，心脏就不能正常工作了。心脏起搏器就是模仿窦房结的工作原理制成的，它每分钟发出70次左右的电脉冲，通过电极去刺激心脏，引起心脏的收缩。这样心脏起搏器就代替了窦房结，启动心脏工作。

电子学家也早已对生物电发生兴趣，他们想从神经细胞和神经网络中学到一些新的知识，以便设计出更加精巧的电子元件和电子线路。电子计算机的设计人员更是对人脑这部思维机器佩服得五体投地，他们多么想了解大脑的秘密，从而制造出类似于人脑那样的“电子脑”。

植物电极

科学家们发现，植物在进行光合作用的时候，同样会产生电。

几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，来制作淀粉等养分，这就是光合作用。在进行光合作用时，植物首先用叶绿素吸光，以太阳能来分解水。水是由氢和氧组成的，水分解时，除了产生氢和氧之外，还要飞出电子，电子带负电荷，在水分解之前，它藏在氢和氧原子中间。为了制造出植物生活所需的养分，电子要在叶绿体内消耗掉，但是，如果将它提取出来就能得到电能。

植物的光合作用是其生存的一种基本生理机能，所以植物能够比较稳定地产生电。因此，科学家们设想利用植物的光合作用来发电。

日本岛根大学的落合英夫最早进行了植物发电的实验。他选用菠菜做材料，先把菠菜叶搅碎，大约搅拌10秒钟，这样叶绿体就暴露出来，容易提取电子了。然后，把碎菠菜叶薄薄地摊在氧化锡薄板上，为了避免脱落，涂上一层透明的聚乙烯醇，像胶一样把它固定住，发电装置就制成了。光合作用需要水，但是纯净的水不易导电，只要在水中溶解一些其他物质形成电解液，就能导电了。

这种发电装置虽然发电量甚微，但只要有光就能得到电流，而且不消耗任何燃料，因此这项发明具有深远的意义。只是菠菜的叶绿体既怕光又怕热。这种发光装置虽然能发电，但水温一达到45℃，只要10分钟左右电流就减弱了，再过上一两个小时就接近于零了。由于日光照射而使水温达到几十度是经常性的事，因此，采用菠菜的发电装置没有实用价值。而且，菠菜每个叶细胞中有几十个以至几百个叶绿体。叶绿体怕氧气，本来叶绿体包在菠菜的细胞之中，不会直接接触到氧气。为了抽出电子，菠菜的细胞膜遭到破坏，叶绿体立刻会受到氧气的强烈刺激，因而菠菜发电装置很快就失效。因此，专家们到处寻找耐热、耐光而又不怕氧气的叶绿体。结果，在日本岛根大学附近的松江温泉内找到了一种藻类。

这种藻是一种低级的藻类，叫作蓝藻。它生活在水温为40～50℃的温泉水中。它的结构简单，微小的细胞像线一样连在一起，粗细只有1～2微米，肉眼难以发现，几根聚集在一起才像一团线头那么大。把它培养在打来的温泉水中，只要有阳光并保持适当的温度，即使不加入任何养分也能很快繁殖增加。

把蓝藻用细纱布过滤一下，再放到离心分离机上去掉水分，就可以得到半干的蓝藻，将它薄薄地涂在氧化锡板上，用一种琼脂加以固定，就制成了一个阴极。蓝藻电极比菠菜电极制作方便，而且蓝藻的细胞没遭到破坏，依然是活的，所以可以长期使用。

用这种蓝藻活电极能得到多少电呢？根据专家们的实验，当受到比晴天晌午的阳光稍弱的光照时，可以发出8～10毫安左右的电流。盛夏时屋外光线较强时，可以发出20毫安左右的电流。这样的电流是极其微弱的，连一盏小灯泡也点不着，但这是因为实验装置太小了。根据计算，如果把一米见方的玻璃窗都装上蓝藻电极，就能得到1安培左右的电流，如果加上两三层电极，电流还会增加，如果在电解液中加入一些特殊药品，使电子更容易运动，得到的电流还会更强一些。

蓝藻通过光合作用制造出的电子，本是用来维持自身生命的，若是夺走这些电子，它的生命也就不存在了。那么，怎样才能使这个发电装置工作的时间更长呢？用多强的光照射更合适呢？用蓝藻做的电极是不是最好的呢？还有没有更佳的植物呢？植物发电要走向实用，有待于解决的问题还多着呢。

微生物发电

肉眼所看不见的微生物，具有种类多、数量大、分布广、繁殖快、消化本领奇怪的特性。在自然界的物质转化过程中，无须任何特殊装置和强大的能量，微生物就可以在体内进行成千上万种的化学反应，因此人们称之为“最古老的化学家”。微生物发电，就是将微生物产生的化学能转换成电能。

有一种叫“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样，需要能量维持生活。它们是怎样获取能量的呢？不同于一般的生物，它们不停地分解海水中的硫酸盐，然后就像运输工似的，把分解产生的氧和水中的氧输送给有机化合物——沉积在海底的动植物遗体，用来进行氧化。在这氧化过程中产生的多余能量，就由硫化菌自己消耗掉。氧从硫酸盐分子中分离出来，结果海水的下层出现酸性的硫化氢溶液，并产生许多正离子，在上层又产生了许多负羟基离子。于是，就在海水中形成正负电子层，从而产生电位差，电流随之开始循环。

科学家们模仿大海制造了一种电池模型，让硫化菌在实验室里发电。他们在两个试管中装入白金电极和不同成分的海水，如同大海一样，也分为上下两层，让硫化菌在连接两个试管的电桥上繁殖。结果硫化菌仍不忘扮演“运输工”的角色，同样产生了电流。这个生物电池模型，一直在实验室中工作了几个月。试验证明，硫化菌活动时产生的化学能，可以直接转换成电能。这种电池的电压是0。5伏，电流为1毫安略强。如果需要更高的电压和电流，只要把这种电流串联或并联起来就行了。

目前，人们已能利用这种方法，制造出小型的经济的生化电池。有一种有效半径为24千米的小型发电机，就是利用一种依靠海水中的糖分而生存的微生物来发电的。这种微生物发电效率高、性能可靠稳定。有些地方的浮标和无人灯塔，就是使用了这种微生物电池。