一般來說,植物與動物之間的根本區(qū)別在于,植物的細胞有細胞壁,而動物細胞只有細胞膜,沒有細胞壁。這是只有在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)的區(qū)別。而從更為宏觀的角度來說,植物與動物的區(qū)別也是非常明顯的,就是能動性。植物的能動性是較為被動且緩慢的,而動物能動性則更為主動且迅速。之所以會產生這一區(qū)別,主要就是因為植物和動物生物電的傳導速度存在很大差異。
生物電是生物的器官、組織和細胞在生命活動過程中發(fā)生的電位和極性變化。它是生命活動過程中的一類物理-化學變化,是正常生理活動的表現(xiàn),也是生物活組織的一個基本特征。生物電是生物體各器官構成中所含有的陽離子以及所攜帶的正電荷數(shù)不同引起的,是生物體中普遍存在的現(xiàn)象,包括植物。
兩種物質之間必然存在著能量上的差異,故爾相互接觸時必然會產生兩者之間的能量交換。比如如果存在溫度上的差異,兩種物質相互接觸時就會產生熱能交換進行熱量平衡,二者導熱性越好熱能交換越快。比如如果存在電位差異,兩種物質相互接觸時就會產生電流進行電位平衡,二者導電性越好電流傳導速度也就越快。生物也是如此。當生物體的局部與其它物質相接觸時,二者之間也會產生能量交換,包括熱能交換、電位傳導等。
生物的意義在于生物體對生物體與外界能量交換的反應,包括生物體與所處環(huán)境之間的能量交換、與所處環(huán)境中其它物體之間的能量交換以及與其它的生物體之間的能量交換等。生物電的普遍意義更在于生物體體內信息的轉換、傳導、傳遞與編碼。生物體要維持生命活動,必須適應周圍環(huán)境的變化。由于環(huán)境變化的因素與形式復雜多變,如變化的光照、聲音、熱、機械作用等等,所以生物有機體必須對各種不同的刺激做出應有的反應。例如,含羞草受刺激時,葉片發(fā)生的閉合運動反應,就能傳布相當?shù)木嚯x。在這一過程中,由刺激點發(fā)生的負電位變化,可以每秒2~10毫米的速度向外擴布。電位變化在1~2秒內達到最大值,其幅值可達50~100毫伏。例如維納斯捕蠅草,莖很短,在葉的頂端長有一個酷似“貝殼”的捕蟲夾,里面是看似多汁的粉紅色果肉且能分泌蜜汁;當有獵物闖入時,表面的細毛受到刺激,葉片便能以時間不到1秒的速度合攏將其夾住,消化吸收后再次展開。
動物的細胞或組織,尤其是神經與肌肉,受刺激時發(fā)生的生物電變化比植物更明顯,可以將各種不同的刺激動因快速轉變成為同一種表現(xiàn)形式的信息,即神經沖動,經過傳導、傳遞和分析綜合,并及時作出應有的反應。例如極為原始的草履蟲。草履蟲是一種身體很小,圓筒形的原生動物,它只由一個細胞構成,是單細胞動物,雌雄同體。用顯微操作的方法,把微電極插進草履蟲的身體里,再把微電極連接到電生理放大器上,記錄微電極所檢測到的電位變化。然后,利用壓電晶體通電后產生的振幅,作用到草履蟲的前端和后端。當用細針觸碰草履蟲的前端時,可以在草履蟲身體內記錄到向上的電位變化,此時草履蟲的纖毛就會反向劃動倒退著游,轉身轉向,然后游開,這是回避反應。當用細針觸碰草履蟲的后端時,在草履蟲身體內記錄到的是朝下的電位變化,草履蟲會加快纖毛的正向劃動,可以使草履蟲快速向前移動,這是逃避反應。無論是草履蟲的回避反應就還是逃避反應,都遠遠超越了任何一種植物受到刺激時所做出的反應速度。
在多細胞動物體中能傳布的電反應更強烈。如當神經細胞受到較強的電刺激時,在陰極產生的局部電反應隨刺激增強而增大,常會引起一個能沿神經纖維傳導的神經沖動。神經沖動到達的區(qū)域伴有膜電位的變化,稱動作膜電位(簡稱動作電位)。例如,對蝦大神經纖維的傳導速度可達80~200米/秒。
更為高級的動物的組織或器官,在發(fā)生應激性反應的情況下,也會出現(xiàn)電變化。它的大小與極性決定于組成該組織的細胞興奮時所產生的電場的矢量總和。如眼睛受光照刺激時,可記錄到眼球的前端與后面之間的電位差變化,稱為視網膜電圖。它的波形很復雜,系由光刺激使感受細胞產生感受器電位,并相繼引起視網膜中其他細胞產生興奮與電位變化。由于這些電變化的電場方向不一致,因此視網膜電圖標志的是這些細胞的產生的電場的矢量總和。不同的動物,由于視網膜的結構不同,產生的視網膜電圖也不同,同時光照程度、光照時間等因素也會影響視網膜電圖的波形。
高等動物具有各種分工精細的感受器。每種感受器一般只能感受某種特殊性質的刺激。感受器中的感覺細胞接受刺激時會發(fā)生感受器電位,并用它來啟動神經組織,產生動作電位。因此,不同的刺激動因都變成了同一形式的神經沖動。神經沖動是“全或無”性質的,即“通”、“斷”形式的信息。神經沖動用頻率變化形式,傳遞信息到中樞神經系統(tǒng)。中樞神經系統(tǒng)對信息進行分析、綜合、編碼,并將同時作出的反應信息以神經沖動形式傳向外周效應器官。動作電位的傳導極為迅速,所以動物體能及時對周圍環(huán)境變化作出迅速的反應。這一系列的信息傳遞都是通過發(fā)生各種形式的生物電變化來完成的。