О роли воды в действии космофизических факторов и слабых электромагнитных полей на живые организмы

Галль Л.Н., Галль Н.Р. ¹

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург, Россия

¹Физико-Технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия

e-mail: gall@ms.ioffe.rssi.ru

Основной составляющей космофизических факторов, действующих на живые организмы на Земле, являются высокочастотные флюктуации земного электромагнитного поля (ЭМП), связанные с солнечной активностью. Космофизические ЭМИ очень малы и их принято относить к сверхслабым факторам. Если рассмотреть воздействие ЭМП на биологические объекты в широком диапазоне мощностей, то ясно определяются две области. Первая - это область достаточно больших мощностей, в которой при высоких частотах превалирующим физическим механизмом является нагревание объекта воздействия. Эту область можно трактовать как «линейную», т.е. как область однонаправленного действия  фактора мощности. Вторая область проявляется при очень малых мощностях ЭМП, для нее характерен комплекс взаимодействий и физических явлений, ведущих к макро ответам живых организмов. Это область нелинейных эффектов, и воздействие ЭМП в этой области проявляется путем их включения в электромагнитный межмолекулярный обмен нормально функционирующего живого организма [1].

Основной механизм межмолекулярного электромагнитного обмена, представленный на примере молекулярной ячейки, выглядит следующим образом. Понятие «молекулярной ячейки», введенное нами [2], определяет ее как врéменное образование из двух и более биополимеров, находящихся в живой клетке в данный момент наиболее близко друг к другу, но еще разделенных водной средой. Энергетический процесс в молекулярной ячейке можно представить в виде следующей последовательности: передача химической энергии молекулой АТФ одному из биополимеров ячейки; перевод, в цепи биополимера, химической энергии в энергию электромагнитного солитона, т.е. более высокого качества; движение солитона по цепи биополимера и затраты им энергии на его механические и химические нужды; переизлучение солитона или его части через фрактальные водные кристаллы (водные антенны) к другим биополимерам молекулярной ячейки. Эти полевые процессы характерны для нормально функционирующих молекулярных ячеек живой клетки и соответствуют ее «здоровому» состоянию.

Основным элементом молекулярной ячейки, обеспечивающим ее нормальное функционирование, является область фрактальных кристаллов воды, представляющих собой энергонапряженные кристаллические образования и существующих только в живых системах, поскольку для их поддержания необходимы постоянные затраты энергии [3]. Фрактальные водные кристаллы соединены Н-связями с гидрофильными частями биополимеров,  и именно это состояние воды определяет основное отличие молекулярной ячейки в живой системе от нее же, но в системе неживой (в том числе – модельной, используемой в биологических экспериментах). Рассмотренное и описанное Н.А.Бульенковым состояние воды в виде одномерных фрактальных кристаллов, дополняющее обычные представления о воде, обычно характеризуемой только фазовыми переходами лед-вода-пар, раскрывает ее новые свойства и позволяет исключить многие, не имеющие под собой научной составляющей, эмпирические построения о «структурах» воды. Самоорганизация фрактальных кристаллов воды на основе слабых связей позволяет им реагировать на внешние воздействия, в результате чего происходит ветвление путей агрегирования и изменение строения сложившихся уровней под влиянием вновь возникающих. Фрактальные структуры, в отличие от обычного льда, при своем образовании способны запасать "внешнюю" энергию в виде упругих напряжений. При деструкции таких структур энергия будет выделяться, тогда как при плавлении кристаллов она поглощается. На каждом уровне иерархического соединения модулей могут возникнуть новые возможные варианты, определяющие строение фракталов, которых не было в исходных частях системы. Фрактальная природа структур связанной воды предохраняет их от фазового перехода в кристаллическую структуру льда IH при сильных охлаждениях. Поэтому, если своевременно удалить всю оставшуюся неструктурированной воду из биосистем, они могут переносить многократные циклы замораживания-размораживания.

Единственным разработанным на сегодняшний день физическим механизмом, который подходит для описания усиления сверхслабых сигналов космофизических факторов, является механизм нестационарных откликов (спинового эха) [4]. Чтобы по этому механизму происходило усиление очень слабых внешних сигналов, действующих на биологическую систему, необходимо наличие магнитно-анизотропной среды и внешнего магнитного поля. И если внешним магнитным полем является магнитное поле Земли, то магнито-анизотропной средой в живых системах опять-таки выступает водная среда, структурированная на биополимерах в виде фрактальных кристаллов. В упрощенном изложении эффект спинового эха состоит в том, что анизотропная магнитная среда, представляющая собой набор колебательных подсистем, и находящаяся во внешнем магнитном поле, может, при определенных условиях, формировать новый сигнал (спин-отклик) при воздействии на нее последовательности из не менее чем двух импульсных сигналов. При этом для нелинейных систем существует конечная вероятность, что импульсные сигналы сложатся, давая результирующий импульс значительно бóльшей амплитуды, чем у каждого из первичных сигналов, падающих на среду. Такой вариант формирования сигнала спинового эха относится к параметрическому эхо. Если же в результате действия той же импульсной последовательности или действия полей (не только электромагнитных, но и других, например, акустических) возбуждаются колебания, но не спиновой подсистемы, а самой среды (изохроматов), то тоже может возникнуть несколько другой сигнал эха, называемый в этом случае ангармоническим. К ангармоническому механизму относится большинство сигналов эха на фононных (акустических, звуковых) импульсах, называемых "фононное эхо", возникающих в системе осцилляторов, которыми в этом случае являются отдельные кристаллиты, совершающие собственные упругие колебания.

Для живой системы фрактальная водная среда не только анизотропна, но и магнитно-неоднородна, т.е. вполне соответствует требованиям к среде, в которой могут наблюдаться эффекты нелинейного спинового эха. Физический механизм "спинового эхо" в живой системе, сформировавшей нелинейную водную среду и находящейся в магнитном поле Земли, позволяет усиливать не только  внешние, но и внутренние, последовательные во времени, очень слабые сигналы, доводя их интенсивность до величины управляющих сигналов. Соответственно, этот механизм оказывается задействованным как в процессах межмолекулярных взаимодействий внутри организма, так и в процессах восприятия живыми системами внешних сверхслабых воздействий. Вот почему для нашей жизни так важно то, что мы на Земле находимся в ее магнитном поле: без этого магнитного поля эффект "спинового эхо" не возникает. Это значит, что если бы магнитное поле Земли вдруг пропало бы, то довольно быстро расстроились бы все межмолекулярные связи в клетках живого организма, и мы, как и все сложно организованные многоклеточные организмы, в первую очередь - млекопитающие, перестали бы существовать как биологический вид.

Литература

1.   Л.Н.Галль, Н.Р.Галль. Механизм межмолекулярной передачи энергии и восприятия сверхслабых воздействий химическими и биологическими системами. Биофизика, 2009, т.54, №3, с.563-574.

2.   Л.Н.Галль, Н.Р.Галль. Новый подход к проблеме биоэнергетики - новые методы исследований в науках о жизни. Научное приборостроение, 2008, т.18,  №2,  с.52-60.

3.   А.Н.Бульенков. Роль модульного дизайна в изучении процессов системной самоорганизации, Биофизика, 2005, т.50, №5, с.620-664.

4.   И.В.Плешаков, Я.А.Фофанов. Об эффекте усиления при возбуждении и регистрации параметрических эхо-сигналов. Научное приборостроение, 2007, т.17, №2, с. 35-38.

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592