一般来说,植物与动物之间的根本区别在于,植物的细胞有细胞壁,而动物细胞只有细胞膜,没有细胞壁。这是只有在显微镜下才能发现的区别。而从更为宏观的角度来说,植物与动物的区别也是非常明显的,就是能动性。植物的能动性是较为被动且缓慢的,而动物能动性则更为主动且迅速。之所以会产生这一区别,主要就是因为植物和动物生物电的传导速度存在很大差异。
生物电是生物的器官、组织和细胞在生命活动过程中发生的电位和极性变化。它是生命活动过程中的一类物理-化学变化,是正常生理活动的表现,也是生物活组织的一个基本特征。生物电是生物体各器官构成中所含有的阳离子以及所携带的正电荷数不同引起的,是生物体中普遍存在的现象,包括植物。
两种物质之间必然存在着能量上的差异,故尔相互接触时必然会产生两者之间的能量交换。比如如果存在温度上的差异,两种物质相互接触时就会产生热能交换进行热量平衡,二者导热性越好热能交换越快。比如如果存在电位差异,两种物质相互接触时就会产生电流进行电位平衡,二者导电性越好电流传导速度也就越快。生物也是如此。当生物体的局部与其它物质相接触时,二者之间也会产生能量交换,包括热能交换、电位传导等。
生物的意义在于生物体对生物体与外界能量交换的反应,包括生物体与所处环境之间的能量交换、与所处环境中其它物体之间的能量交换以及与其它的生物体之间的能量交换等。生物电的普遍意义更在于生物体体内信息的转换、传导、传递与编码。生物体要维持生命活动,必须适应周围环境的变化。由于环境变化的因素与形式复杂多变,如变化的光照、声音、热、机械作用等等,所以生物有机体必须对各种不同的刺激做出应有的反应。例如,含羞草受刺激时,叶片发生的闭合运动反应,就能传布相当的距离。在这一过程中,由刺激点发生的负电位变化,可以每秒2~10毫米的速度向外扩布。电位变化在1~2秒内达到最大值,其幅值可达50~100毫伏。例如维纳斯捕蝇草,茎很短,在叶的顶端长有一个酷似“贝壳”的捕虫夹,里面是看似多汁的粉红色果肉且能分泌蜜汁;当有猎物闯入时,表面的细毛受到刺激,叶片便能以时间不到1秒的速度合拢将其夹住,消化吸收后再次展开。
动物的细胞或组织,尤其是神经与肌肉,受刺激时发生的生物电变化比植物更明显,可以将各种不同的刺激动因快速转变成为同一种表现形式的信息,即神经冲动,经过传导、传递和分析综合,并及时作出应有的反应。例如极为原始的草履虫。草履虫是一种身体很小,圆筒形的原生动物,它只由一个细胞构成,是单细胞动物,雌雄同体。用显微操作的方法,把微电极插进草履虫的身体里,再把微电极连接到电生理放大器上,记录微电极所检测到的电位变化。然后,利用压电晶体通电后产生的振幅,作用到草履虫的前端和后端。当用细针触碰草履虫的前端时,可以在草履虫身体内记录到向上的电位变化,此时草履虫的纤毛就会反向划动倒退着游,转身转向,然后游开,这是回避反应。当用细针触碰草履虫的后端时,在草履虫身体内记录到的是朝下的电位变化,草履虫会加快纤毛的正向划动,可以使草履虫快速向前移动,这是逃避反应。无论是草履虫的回避反应就还是逃避反应,都远远超越了任何一种植物受到刺激时所做出的反应速度。
在多细胞动物体中能传布的电反应更强烈。如当神经细胞受到较强的电刺激时,在阴极产生的局部电反应随刺激增强而增大,常会引起一个能沿神经纤维传导的神经冲动。神经冲动到达的区域伴有膜电位的变化,称动作膜电位(简称动作电位)。例如,对虾大神经纤维的传导速度可达80~200米/秒。
更为高级的动物的组织或器官,在发生应激性反应的情况下,也会出现电变化。它的大小与极性决定于组成该组织的细胞兴奋时所产生的电场的矢量总和。如眼睛受光照刺激时,可记录到眼球的前端与后面之间的电位差变化,称为视网膜电图。它的波形很复杂,系由光刺激使感受细胞产生感受器电位,并相继引起视网膜中其他细胞产生兴奋与电位变化。由于这些电变化的电场方向不一致,因此视网膜电图标志的是这些细胞的产生的电场的矢量总和。不同的动物,由于视网膜的结构不同,产生的视网膜电图也不同,同时光照程度、光照时间等因素也会影响视网膜电图的波形。
高等动物具有各种分工精细的感受器。每种感受器一般只能感受某种特殊性质的刺激。感受器中的感觉细胞接受刺激时会发生感受器电位,并用它来启动神经组织,产生动作电位。因此,不同的刺激动因都变成了同一形式的神经冲动。神经冲动是“全或无”性质的,即“通”、“断”形式的信息。神经冲动用频率变化形式,传递信息到中枢神经系统。中枢神经系统对信息进行分析、综合、编码,并将同时作出的反应信息以神经冲动形式传向外周效应器官。动作电位的传导极为迅速,所以动物体能及时对周围环境变化作出迅速的反应。这一系列的信息传递都是通过发生各种形式的生物电变化来完成的。