я. X. Вант-Гофф в 1887 г. объяснил природу этого давления. Он уподобил молекулы сахара, движущиеся в растворителе, молекулам идеального газа, движущимся в вакууме. Ударяясь о перегородку, молекулы сахара тем самым и создают давление на нее. Вант-Гофф показал, что при относительно небольших концентрациях раствора рассматриваемое давление (его обозначают как п) описывается точно такой же формулой, что и давление идеального газа:

nRT V

Здесь п - число молей растворенного вещества, V - объем растворителя, Т - температура, R - универсальная газовая постож-ная. Давление п получило название осмотического давления.

Используя понятие осмотического давления, можно наглядно объяснить явление осмоса, не прибегая к общим фразам типа: система стремится выровнять концентрацию сахара в растворе . Нельзя забывать, что неодушевленный объект не может к чему-либо стремиться, так что данный глагол допустимо употреблять здесь только в кавычках. Итак, мы налили в левую половину сосуда воду, а в правую раствор сахара. Молекулы сахара будут оказывать давление на целлофановую пленку (осмотическое давление). Под действием давления пленка начнет прогибаться влево, а это возможно лишь при условии, что какое-то количество молекул воды продиффундирует сквозь пленку из левой половины сосуда в правую. Мы видим, таким образом, что осмотическое давление органически связано с явлением

односторонней диффузии молекул сквозь полупроницаемую перегородку, т. е. с осмосом.

Далее предположим, что полупроницаемая перегородка жесткая и прогибаться не может. В связи с этим изменим конструкцию нашей опытной установки (рис. К. 18). Исходная ситуация изображена на рисунке К.18,а: как и прежде, слева вода, а справа раствор сахара. В предыдущем опыте осмотическое давление заставляло прогибаться эластичную перегородку. Теперь перегородка жесткая, она неподвижна, и осмотическое давление приводит к другому эффекту - оно заставляет раствор подниматься по правой трубке. Одновременно уровень

воды в левой трубке будет опускаться. Этот процесс прекратится, когда гидростатическое давление Qgh, определяемое разностью h высот жидкости в трубках (рис. К. 18,6), уравновесит осмотическое давление:

(полагаем, что вода и раствор сахара имеют одинаковую плотность д).

Заметим, что осмотическое давление в случае 4% -ного раствора сахара при комнатной температуре равно 0,3 МПа (1МПа= = 10®Па=9,8 атм). Если же взять 50% -ный раствор сахара, то осмотическое давление оказывается равным ЮМПа - это почти сто атмосфер! Напомним, что степень солености морской воды составляет 0,035 (3,5% ). Осмотическое давление в этом случае оказывается примерно таким же, как и для 4% -ного раствора сахара; оно равно 0,27 МПа.

Теперь мы можем вернуться к поставленным вопросам. Причина, заставляющая подниматься соки внутри ствола дерева,- это осмотическое давление. В данном случае в роли раствора выступает уже не раствор сахара, а растворы определенных химических соединений (неорганических и органических). Да и целлофановую перегородку здесь заменяют различные растительные полупроницаемые пленки. (Таких пленок много в мире живой природы, их обычно называют мембранами.) Ясно, что осмотическое давление заставляет подниматься оживляющую влагу по внутренним сосудам срезанной ветки. Заметим, что наряду с осмосом здесь играют определенную роль также капиллярные явления.

Ранее мы упоминали опыт с раздуванием целлофанового пакета с раствором сахара при погружении пакета в воду. Этот пакет можно сопоставить с живой клеткой. Через внешнюю мембрану (оболочку) клетки происходит односторонняя диффузия воды внутрь клетки. Впрочем, не будем чрезмерно упрощать суть дела. Клетка - сложнейшая структура, в ней совершаются очень сложные процессы. Клеточные мембраны пропускают сквозь себя не только воду, но и некоторые ионы; вопрос об их проницаемости является одним из центральных в современной биологии. Здесь достаточно заметить, что в процессах взаимодействия клеток с окружающей средой, а также во внутриклеточных процессах явление осмоса играет важную роль. С ним связано, в частности, не только наполнение клеток водой, но и выведение воды и солей из организма, а также задержание и перераспределение их внутри организма.

Почему некоторые племена Южной Америки считают мясо угрей целебным? Почему скату не надо гоняться за добычей? Почему рыбы могут охотиться ночью и в совершенно мутной воде? Почему сокращается мышца? Почему возникают биопотенциалы? Как передается нервное возбуждение? Как будто нет ничего общего между охотой одних рыб на других и проблемой передачи возбуждения вдоль нервной клетки (нейрона). Но это только на первый взгляд. Все эти вопросы связаны с био-элекгричесгвом - электрическими явлениями в живой природе.

Жители Южной Америки давно подметили, что некоторые ры-

бы способны наносить парализующие удары; они называли их ари-ма , что означает лишающий движения . Мясо таких необыкновенных рыб считалось целебным. Сегодня известно, что удивительные рыбы - это электрические угри, живущие в реках Южной Америки. Вдоль всего тела электрического угря располагаются специальные органы, создающие электрическое напряжение до 600 В. В ответ на внешнее раздражение угорь генерирует несколько импульсов электрического тока с интервалом примерно 5 мс; длительность отдельного импульса 2 мс.

Еще древним римлянам было известно, что скаты обладают удивительной способностью поражать на расстоянии проплывающих вблизи мелких рыб, крабов, осьминогов. Оказавшись случайно поблизости от ската, они вдруг начинали конвульсивно дергаться и тут же замирали. Их убивали электрические разряды, которые генерировали специальные органы скатов. У обыкновенных скатов эти органы находятся в хвосте, а у обитающих в теплых морях электрических скатов - в области головы и жабер. Обыкновенные скаты создают напряжение около 5 В, электрические до .50 В.

На рисунке К. 19 красным цветом обозначено расположение электрических органов на теле некоторых видов рыб. Там же показаны знаки электрических потенциалов.

У многих рыб (у электрического угря, рыбы-ножа, гимнарха, гнатонемуса) голова заряжается положительно, хвост отрицательно, а вот у электрического сома, наоборот, хвост заряжается положительно, голова отрицательно.

Обладающие электрическими свойствами рыбы используют эти свойства не только для нападения, но также для того, чтобы отыскивать жертвы, опознавать опасных противников и ориентироваться в неосвещенной или мутной воде. Рассмотрим, как это делает, например, гимнарх - крупный ночной хищник, обладающий высокой чувствительностью к малейшим изменениям напряженности окружающего его электрического поля (он способен воспринимать изменения напряженности, составляющие всего 10 В/м). На рисунке К.20,а показана структура силовых линий электрического поля, которое создает вокруг себя гимнарх. Если недалеко от рыбы появляется какой-либо объект или если рыба оказывается вблизи препятствия, картина силовых линий искажается.

На рисунке К.20,6 можно видеть, как будет выглядеть электрическое поле, если недалеко от хвоста гимнарха появился некий объект с высокой электрической проводимостью, а поблизости от головы рыбы оказалось препятствие (например, подводная скала). Гимнарх воспринимает все эти изменения поля и, таким образом, опознает объект и скалу.

Не все рыбы обладают электрическими свойствами. Число живых существ, имеющих специальные органы для генерации и восприятия электрических полей, не так уж велико. Тем не менее в любом живом организме и даже в отдельных живых клетках создаются электрические напряжения; их называют биопотенциалами. Биологическое электричество является неотъемлемым свойством всей живой материи. Оно возникает при функционировании нервной сис-