人體細胞是如何發“電報”的？

“滴……滴滴……”寂靜的深夜里，情報人員在聚精會神地發報，把緊急軍情傳遞給戰友。這種諜戰片中的場景，也在我們的身體中發生——數以億計的細胞，通過傳遞信號使構成人體的60萬億個細胞團結一心。

蛙腿跳動意味著什么？

細胞間傳遞的竟然也是電。不同于發報機發出的無線電波，這是一種微弱的可通過細胞膜傳導的生物電。早在公元18世紀，意大利生物學家伽伐尼就發現了生物電。一個偶然的機會，他把剝了皮的青蛙掛在銅鉤上，銅鉤又掛到涼臺的鐵欄桿上。鐵欄桿和蛙腿接觸的瞬間，蛙腿就跳動了一下。家人驚恐地以為是鬧鬼，伽伐尼卻認為這是生物電的作用。

他設計了一個實驗：制備兩個蛙腿，其中A蛙腿的肌肉劃開一個傷口，B蛙腿的坐骨神經被放到傷口部位，B蛙腿的與坐骨神經相連的肌肉在那個瞬間發生一次跳動，說明肌肉跳動可以不依賴于銅鐵等金屬，由生物體內的電流造成。

這個實驗引起了意大利物理學家伏特的興趣。伏特認為不同的金屬接觸會產生電流，電流作用于肌肉會引起肌肉收縮。伏特通過實驗發明了原電池，他的名字“Volta”也成為電壓的電位。兩位科學家從同一個現象出發，一個發現了生物電，一個發明了電池，都在科學史上具有重要意義。

靜息電位如何產生？

生物體可以產生電流，產生電流的原理過了一百多年才逐漸被科學家知曉。20世紀50年代，英國生理學家霍奇金等人通過槍烏賊實驗發現了靜息電位。霍奇金將直徑為0.1毫米、內部充滿海水的毛細玻璃管，縱向插入槍烏賊的巨大神經軸突，作為細胞內電極，將另一電極置于浸泡細胞的海水中，通過電壓鉗在毛細玻璃管尖端和細胞外電極之間記錄到約60毫伏的電位差，細胞內為負電位。

霍奇金的發現獲得了1963年的諾貝爾生理學或醫學獎，他首次記錄到細胞的跨膜電位，為電生理的研究打下基礎。

過了20多年，科學家才確認靜息電位是由鉀離子的跨膜流動引起的。鉀離子主要分布在細胞內，即細胞內的鉀離子濃度遠遠高于細胞外。安靜狀態下，細胞膜對鉀離子通透性大，對其他離子通透性很小，這是因為細胞膜上有一種“漏鉀通道”，只允許鉀離子通過。因此，鉀離子會順著濃度差向細胞外流動，從而形成一種內負外正的電位差。帶正電荷的鉀離子流動會形成一種阻礙其流動的電場力，使電位差在負60毫伏左右達到平衡。

當細胞受到刺激——其他細胞傳來的電流，細胞上的鈉離子通道就會開放。鈉離子在細胞外的濃度遠高于細胞內，帶正電荷的鈉離子通過通道流入細胞內，使細胞出現一次快速的電位波動。如果通過儀器來觀察，它就像一個尖峰，好比發報機傳出的那一聲短促的“滴”聲。接下來，它可以傳遍整個細胞膜，再通過細胞間的突觸傳遞給下一個細胞。該電位因其接受刺激的大小而表現為不同的頻率，即產生每秒鐘次數不等的電信號，形成一連串類似摩爾斯電碼的“滴……滴滴……滴滴滴……”將信號不斷傳遞開去。

并非所有細胞都是“情報員”

比如血細胞、骨細胞、表皮細胞、毛發細胞都不會產生生物電，也就無法發“電報”。人體中具有發報功能的是神經細胞、肌細胞和腺細胞，它們是非常活躍的“情報員”，無時無刻不在監視著機體的內外環境，忠實執行著“情報工作”。如果說神經細胞是消息靈通的“高級特工”，那么肌細胞和腺細胞這些“基層特工”除了收發情報還要執行任務，也就是收到電信號再通過生理生化反應引起肌肉運動和腺體分泌，表現在日常生活中就是心跳、呼吸、走路、說話、思考問題和新陳代謝，等等。

下一次在顯微鏡下觀察細胞，我們就知道它們都是活生生的個體，把它們緊緊團結在一起，形成可以做出各種行為、執行各種功能的生命有機物的物質，就是肉眼看不見的永不消逝的電活動。