"МИС-РТ" - 2011. Сборник №50-1-10-9.15.

КЛЮЧЕВАЯ РОЛЬ УСТОЙЧИВО НЕРАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ
ВОДНЫХ СИСТЕМ В БИОЭНЕРГЕТИКЕ

Воейков В.Л.
МГУ им. М.В. им. М.В.Ломоносова, Биологический факультет
Кафедра Биоорганической Химии
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ В ШКОЛЕ "ПИЛОТ"ОТ ПЕРВЫХ ЛИЦ
sb50-1.pdf

10 декабря 2011 г.

РИТМИЧЕСКАЯ ЖИДКОСТНАЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ОРГАНИЗМА

 

     В 1930-е годы Эрвин Бауэр сформулировал основные принципы (постулаты) теоретической биологии, позволяющие раскрыть сущность живого состояния материи. Согласно первому принципу Бауэра, Принципу устойчивого неравновесия: "Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и постоянно выполняют за счет своей свободной энергии работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях". Другими словами, живые системы обеспечивают как самосохранение, так и увеличение способности выполнять работу на всех уровнях своей организации, начиная с надмолекулярного, за счет собственной активности, а не за счет действия на них внешних сил. Энергия, которая может быть использована для выполнения полезной работы, освобождается при переходе живой материи из неравновесного (возбужденного) в основное состояние. Поэтому для пребывания живых систем в устойчиво неравновесном состоянии необходимо постоянно возобновлять возбужденное состояние их структур. Согласно Бауэру, "…химическая энергия пищи употребляется в организме для создания свободной энергии структуры (структурной энергии), для построения, возобновления, сохранения этой структуры, а не непосредственно превращается в работу". Устойчиво неравновесная, живая материя сходна с рабочим телом лазера, находящегося в активном состоянии, но в отличие от лазера живая система должна затрачивать собственные энергетические ресурсы для извлечения из среды энергии и вещества. Из принципов Бауэра следуют все проявления жизнедеятельности - обмен веществ, размножение, адаптивность, возбудимость, индивидуальное и эволюционное развитие. Но что представляет собой та живая материя, которая, согласно принципу устойчивого равновесия Бауэра, "никогда не бывает в равновесии", и которая способна самостоятельно переходить в неравновесное состояние после того, как она освободит структурную энергию для выполнения того или иного вида полезной работы?
     Материальную основу любой живой материи составляет вода. Объединение как старых и забытых, так и вновь открытых свойств воды и водных систем, позволяет утверждать, что это вещество играет ключевую роль в биоэнергетических процессах, а, следовательно, и в состоянии устойчивого неравновесия живой материи. Постоянный приток энергии, необходимый для поддержания неравновесного, активного состояния живой материи, обеспечивается у всех живых систем за счет реакций переноса электронов от доноров к акцепторам, из которых наиболее эффективным является дыхание - перенос высокоэнергетических электронов от их доноров на кислород с образованием в качестве конечного продукта воды. Хотя считается, что первичными донорами электронов в живых системах служат жиры и углеводы, которые, "сгорая", поставляют живым системам энергиею, но и вода может в определенных условиях выступать в роли донора электронов. В любой водной системе присутствуют две водных фазы, отличающиеся по своим структурно-энергетическим свойствам. Одна из них - это вода, смачивающая гидрофильные поверхности, и образующая жидко-кристаллические "оболочки" на границах раздела с твердыми поверхностями или газовыми пузырьками. Именно она является эффективным донором электронов. В контактирующей с ней аморфной воде практически всегда есть акцептор электронов - кислород. При определенных условиях может быть инициирована цепная реакция восстановления кислорода электронами воды организованной фазы:

O2 + 2H2O => 2H2O + O2 + энергия

     "Горение" воды, как и горение любого другого топлива, сопровождается выделением энергии, хотя уникальной особенностью такой реакции, казалось бы, является идентичность исходных реагентов и продуктов реакции. В действительности, вода в левой и в правой частях уравнения обладает совершенно разными свойствами. Донором электронов служит организованная водная фаза (левая часть уравнения), разрушающаяся при окислении принадлежащих ей молекул воды. Появляющаяся при этом вода (правая часть уравнения) принадлежит менее организованной фазе. Таким образом, энергия, в этом процессе - структурная энергия в точном понимании этого термина Э.Бауэром.
     Одной из удивительных особенностей организованной пограничной воды является ее способность восстанавливаться при облучении фотонами инфракрасной области спектра даже весьма низкой интенсивности, которые всегда присутствуют в окружающей среде при тех температурах, при которых вода пребывает в жидком состоянии. Поэтому молекулы воды из неорганизованной фазы могут вновь поступать в организованную, восстанавливая ее, что обеспечивает устойчиво неравновесное состояние водной системы, как единого целого. Катализируют процесс окисления (горения) воды гидрокарбонаты, всегда присутствующие в реальных водных системах. Если же водные системы находятся в устойчиво возбужденном состоянии, если в них постоянно присутствуют активные окислители и восстановители (например, атомы водорода, активные формы кислорода), а также углекислота и азот, то в них возможно развитие химических реакций, в ходе которых возникают органические молекулы все более сложного состава.
     Таким образом, водные системы, в которых сосуществуют жидко-кристаллическая и аморфная водные фазы, в которых есть кислород, карбонаты, азот, другие неорганические растворенные вещества отвечает всем принципам Э. Бауэра, характеризующим "живое состояние". На такие системы можно смотреть как на дышащие, активные "прото-организмы". За счет энергии дыхания они не только поддерживают свое неравновесное состояние, но и способны осуществлять работу, направленную на собственное развитие (эволюцию) и превращение на определенном этапе в минимально полноценный способный к размножению живой организм.