Quando Sapos Dançavam: A Revolução da Eletricidade com Galvani e Volta

By Mirella Melo

Abstract

Aqui, explorarei os avanços e o contexto histórico do estudo da eletricidade do século XVIII ao século XIX, destacando as contribuições fundamentais de Luigi Galvani. O texto aborda a exploração inicial dos fenômenos elétricos por Stephen Gray e Charles du Fay e a subsequente influência dos experimentos e teorias de Benjamin Franklin. Após um período de estagnação após a pesquisa de Galvani, o relatório detalha um renovado interesse pela eletricidade animal durante o século XIX. Figuras-chave como Carlo Matteucci, Luigi Rolando, Pierre Flourens, Emil du Bois-Reymond e Julius Bernstein avançaram significativamente na área, levando a uma compreensão mais profunda da eletrofisiologia.

1. Introdução

O século XVIII, muitas vezes chamado de Era do Iluminismo ou Era da Razão, foi um período crucial na história, caracterizado por uma mudança profunda no pensamento e na filosofia, especialmente na Europa e na América. Esta era é marcada por uma busca fervorosa de conhecimento, enfatizando a razão, a investigação científica e o questionamento de doutrinas e tradições [1].

Durante esta era, a eletricidade foi um dos principais focos de estudo científico. Na Inglaterra, Stephen Gray (1666-1736) demonstrou que a eletricidade poderia ser transmitida a distâncias por meio de condutores, distinguindo-os de isolantes. Em Paris, Charles du Fay (1698-1739) identificou tipos "vítreos" e "resinosos" de eletricidade estática, notando sua capacidade de atrair ou repelir. Ele teorizou a existência de duas forças elétricas opostas. Nesse mesmo contexto, Benjamin Franklin (1706-1790), trabalhando principalmente nas colônias americanas, contribuiu para o campo com seus experimentos e teorias, especialmente sua proposta da teoria do fluido único da eletricidade e o inovador experimento do papagaio. Seu trabalho foi fundamental para a evolução do conceito de carga elétrica [2]. Esses estudos fundamentais foram finalmente unificados pela descoberta do elétron por J.J. Thomson em 1897, conectando as observações macroscópicas iniciais da eletricidade com a emergente teoria das partículas.

Dentro deste contexto histórico e do então atual cenário de pesquisa, ainda em processo de formalização no campo da eletricidade, Luigi Galvani (1737-1798) e Alessandro Volta (1745-1827) trouxeram suas contribuições. Foram duas figuras pioneiras, e seu trabalho lançou as bases cruciais para o desenvolvimento da ciência elétrica. Eles não trabalharam juntos; em vez disso, sua relação é melhor descrita como uma rivalidade científica.

2. Discussão

Galvani foi um médico, físico e filósofo italiano que passou a maior parte de sua carreira na Universidade de Bolonha. Embora sua pesquisa tenha sido influenciada por pesquisadores como Stephen Gray e Charles du Fay, sua principal referência veio do pesquisador Benjamin Franklin (1706-1790) [2].

O trabalho de Galvani, especialmente seus experimentos sobre "eletricidade animal", estende a pesquisa de Franklin sobre relâmpagos e a teoria do fluido único. Os experimentos de relâmpagos de Franklin, que envolveram empinar um papagaio durante uma tempestade para provar que os raios são de natureza elétrica, mostraram que princípios elétricos poderiam explicar e manipular fenômenos atmosféricos. Essa demonstração provavelmente inspirou Galvani a explorar os efeitos da eletricidade em sistemas biológicos, supondo que princípios elétricos semelhantes pudessem estar ativos dentro dos organismos vivos, como ilustrado na Figura 1.a. Além disso, a abordagem metódica de Franklin, usando configurações experimentais simples, mas engenhosas para testar teorias específicas, provavelmente influenciou os projetos experimentais de Galvani para estimular tecidos nervosos e musculares com eletricidade, conforme mostrado na Figura 1.b [2][3].

Outra contribuição importante de Franklin é sua teoria do fluido único, que afirmava que a eletricidade envolvia um único fluido onde um excesso resultava em uma carga positiva (anteriormente pensado como eletricidade vítrea) e um déficit resultava em uma carga negativa (anteriormente pensado como eletricidade resinhosa), simplificou a estrutura conceitual das forças elétricas. A hipótese de Galvani da "eletricidade animal" como uma forma distinta de força natural inerente aos tecidos vivos pode ser vista como uma aplicação direta da teoria elétrica de Franklin ao domínio da fisiologia [2].

Figura 1. Experimentos ilustrando (a) a eletricidade atmosférica capturada usando uma haste de metal durante uma tempestade, com a carga direcionada para a perna de um sapo dissecado para observar contrações musculares, e (b) diferentes configurações de Galvani [4].

O interesse de Galvani nos efeitos da eletricidade sobre as pernas de sapos começou por volta de 1780. Enquanto dissecava sapos na Universidade de Bolonha, ele observou que as pernas se contraíam quando atingidas por uma faísca de uma máquina eletrostática. Esta observação levou-o a especular sobre a natureza da força que causava esse movimento. Ele propôs que o tecido vivo continha uma força vital inata, que ele caracterizou como elétrica por natureza, uma hipótese conhecida como "eletricidade animal" [3-6].

Um dos experimentos mais famosos de Galvani envolveu a formação de um arco feito de dois metais diferentes (por exemplo, latão e ferro) tocando um nervo e um músculo de um sapo. Quando o circuito era completado, a perna do sapo se contraía. Essa configuração, conhecida como "circuito galvânico", sugeria que a eletricidade poderia ser gerada e conduzida dentro do corpo, refutando a ideia de que era apenas uma força externa. Galvani também descobriu que as contrações musculares poderiam ser induzidas sem qualquer fonte elétrica externa simplesmente usando instrumentos metálicos para conectar nervos e músculos, apoiando ainda mais sua teoria da eletricidade animal [3-6].

Volta foi um físico, químico e pioneiro italiano no estudo da eletricidade. Ele foi professor na Escola Real de Como e mais tarde na Universidade de Pavia. Em resposta aos achados de Galvani, Volta começou a realizar experimentos que o levaram a propor uma interpretação diferente. Volta demonstrou que a atividade elétrica observada por Galvani poderia ser replicada criando um circuito com dois metais diferentes sem a necessidade de tecidos de sapo, provando que a fonte de eletricidade eram reações químicas entre os metais. Em 1800, isso levou Volta a inventar a pilha voltaica, a primeira bateria química, que produzia uma corrente elétrica constante. A invenção de Volta foi revolucionária, fornecendo uma fonte confiável de corrente elétrica e provando que a eletricidade poderia ser gerada quimicamente. Isso lançou as bases para o campo da eletroquímica [2].

Após Volta fornecer uma explicação alternativa bem aceita para o movimento da perna do sapo, a reputação de Galvani sofreu significativamente, levando a um declínio no apoio e financiamento para sua pesquisa. Galvani morreu em 1798, pobre e desacreditado, logo após ser demitido de sua posição acadêmica em Bolonha [5]. Apesar desses declínios pessoais e profissionais, os experimentos pioneiros de Galvani lançaram as bases para o nascimento da eletrofisiologia, o estudo das propriedades elétricas de células e tecidos biológicos. Isso marcou o primeiro estudo sistemático de como a eletricidade funciona em organismos vivos. Além disso, os experimentos foram cruciais para o desenvolvimento da neurociência, especialmente na compreensão de como as células nervosas se comunicam com os músculos, sugerindo que impulsos elétricos viajam ao longo das fibras nervosas [6].

Somente no século XIX o campo da eletrofisiologia foi continuado por cientistas como Luigi Rolando (1773-1831) e Pierre Flourens (1794-1867), que investigaram a excitabilidade elétrica do cérebro e sua relação com a função; Carlo Matteucci (1811-1868), que demonstrou que tecidos lesionados geram uma corrente elétrica; e Emil du Bois-Reymond (1818-1896), que descobriu potenciais de ação em células nervosas e musculares [3].

Um avanço significativo na bioeletricidade foi trazido por Julius Bernstein (1839-1917), que elucidou o processo de transmissão do sinal nervoso e a teoria da membrana do potencial de ação. A Figura 2.a mostra um diagrama complexo referido como "rheotomo diferencial", que era um dispositivo usado por Bernstein para medir a velocidade da condução nervosa. O rheotomo foi usado para aplicar estímulos elétricos a um nervo em intervalos precisos e para abrir o circuito em momentos específicos, permitindo o registro da resposta do nervo aos estímulos. A Figura 2.b ilustra o dispositivo real. A Figura 2.c apresenta o primeiro registro publicado do curso temporal da corrente de ação. O desvio para baixo indica o potencial de ação, um impulso elétrico que percorre a fibra nervosa que ocorre quando um neurônio é ativado [3].

Figura 2. (a) O "rheotomo diferencial", um dispositivo que fornece estímulos elétricos aos nervos e permite gravações temporizadas da resposta em vários intervalos após o estímulo [7]. (b) Fotografia do dispositivo real com largura de 20 cm [8]. (c) O primeiro registro publicado mostra o tempo da corrente de ação, também conhecido como "variação negativa", dentro de um nervo [7].

3. Perspectivas e relevância do trabalho

Na Era do Iluminismo, áreas como governança, ciência, religião e direitos humanos estavam sendo amplamente debatidas. O campo da eletricidade estava entre os principais focos de estudo científico. Experimentos e descobertas trazidos por estudiosos como Stephen Gray, Charles du Fay, Benjamin Franklin, Luigi Galvani e Alessandro Volta não foram incidentes isolados, mas parte de um movimento mais amplo e dinâmico em direção à compreensão das forças da natureza [1].

A partir dos avanços de Volta, o estudo físico da eletricidade progrediu substancialmente, com a invenção da pilha voltaica levando a inovações no armazenamento de energia e ao florescente campo da eletroquímica. No entanto, a exploração da eletricidade animal não alcançou novos avanços significativos por cerca de trinta anos após a pesquisa de Galvani. Embora ele tenha morrido sem receber o devido reconhecimento, a iniciativa de Galvani de aplicar conceitos elétricos então conhecidos aos sistemas biológicos lhe rendeu o título de pioneiro na eletrofisiologia e neurociência. Após os estudos de Galvani, figuras como Luigi Rolando, Pierre Flourens, Carlo Matteucci, Emil du Bois-Reymond e Julius Bernstein puderam desenvolver significativamente áreas de mapeamento cerebral, resposta a lesões, bioeletricidade celular e transmissão de sinais [2][3].

Referências

[1] Robertson, John. The Enlightenment: A very short introduction. OUP Oxford, 2015.

[2] Heilbron, John L. Electricity in the 17th and 18th centuries: A study of early modern physics. Univ of California Press, 2022.

[3] Turkel, William J. Spark from the deep: How shocking experiments with strongly electric fish powered scientific discovery. JHU Press, 2013.

[4] Galvani, Luigi. De viribus electricitatis in motu musculari commentarius. Soc. Typogr., 1792.

[5] Blondel, Christine. "Animal electricity in Paris: From initial support, to its discredit and eventual rehabilitation." Luigi Galvani International Workshop. Proceedings. Universita di Bologna, 1999.

[6] Piccolino, Marco. "Animal electricity and the birth of electrophysiology: the legacy of Luigi Galvani." Brain Research Bulletin 46.5 (1998): 381-407.

[7] Bernstein, J. U. L. I. U. S. "Ueber den zeitlichen Verlauf der negativen Schwankung des Nervenstroms." Archiv für die gesamte Physiologie des Menschen und der Tiere 1.1 (1868): 173-207.

[8] Nilius, Bernd. "Pflügers Archiv and the advent of modern electrophysiology: From the first action potential to patch clamp." Pflügers Archiv 447 (2003): 267-271.