Полная версия

Главная arrow Экология arrow О роли когерентности в сверхслабых взаимодействиях в биосистемах и биосфере

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

КОРРЕЛЯЦИИ ДАЛЬНЕГО ПОРЯДКА В БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Общая характеристика корреляций дальнего порядка в биопроцессах

Когерентные колебания электрических диполей дальнего порядка

Воздействуя на биосистемы изнутри или извне, постоянное электрическое поле и переменная электрическая компонента электромагнитного поля (вплоть до терагерцового диапазона) взаимодействуют с электрическими полярными структурами в них. Эти полярные структуры могут как взаимодействовать с внешним полем, так и генерировать собственное электромагнитное излучение. Первые качественные модели таких взаимодействий - теория акустоэлектрических волн [Девятков и др., 1991], фрёлиховская модель когерентных колебаний дальнего порядка [Frohlich 1968, 1977] и теория молекулярных солитонов А.С. Давыдова [Davydov, 1973] - основывались на том, что вследствие поляризации молекулярных подструктур (липиды, группы атомов, диполи воды) любые упругие колебания связаны с электромагнитными волнами.

В результате исследований, проводимых коллективами под руководством Н.Д. Девяткова и М.Б. Голанта, было выдвинуто предположение о том, что клетками и их субструктурами генерируются когерентные акустоэлектрические колебания, используемые как сигналы управления функционированием клетки [Девятков и др., 1991]. Акустоэлектрические колебания микроволнового диапазона возбуждаются в биомембране как в диэлектрическом резонаторе вследствие полярной природы мембранных липидов [Там же].

Независимо от этих исследований Г. Фрёлих постулировал, что в биомакромолекулах и биомембранах осуществляются коллективные колебания электрических диполей [Frohlich, 1968, 1977], так что возможен нетепловой результат взаимодействия с квантом энергии меньше кТ. Эти колебания могут быть когерентными, если в системе имеется нелинейность и достаточная по скорости накачка энергии: вследствие нелинейного взаимодействия мод энергия перетекает в наиболее низкочастотную моду, так что устанавливаются когерентные колебания. Согласно рассмотрениям Фрёлиха, возможно формирование устойчивого неравновесного сильно поляризованного состояния, гигантского диполя. Необходимая для данного механизма нелинейность вызывается сильным статическим электрическим полем на мембране, а метаболические процессы служат источником энергии. Расчеты показывают, что частоты колебаний мембран, ДНК, РНК, протеинов, некоторых других клеточных компонентов находятся в диапазоне от ю9 до Ю13 Гц.

Теория Г. Фрёлиха эквивалентна теории молекулярных солито- нов А.С. Давыдова [Davydov, 1973; Fedorov et al., 2003], согласно которой энергия возбуждения может переноситься по биомакромолекулам в виде солитоноподобных образований. Солитоны, распространяющиеся в биомолекуле, излучают с характеристическими частотами (до миллиметровых волн). Поэтому это излучение можно рассматривать как излучение системы когерентных диполей (в соответствии с моделью Фрёлиха) [Brizhik et al., 2011].

Также имеется ряд теорий, в которых полагается, что электромагнитная энергия может быть запасена в форме напряженного мета- стабильного состояния биомакромолекулы [Betskii, 1994; Ротару и др., 2007], что тоже перекликается с изложенными выше концепциями.

Ряд исследователей считают, что колебания Фрёлиха и акусто- электрические волны не реализуются, поскольку колебания клеточных структур в цитозоле должны сильно затухать вследствие вязкого трения [Adair, 2002, 2003; Reimers et al., 2009].

Тем не менее, имеются экспериментальные свидетельства генерации радиочастотных колебаний клеточными структурами, хотя источник колебаний не всегда ясен. Вблизи живых клеток регистрируются сверхслабые электрические колебания прямыми измерениями в диапазоне от кГц до МГц и косвенными методами [Синицин и др., 2012; Cifra et al., 2011]. Существуют экспериментальные данные об излучении биосистемами в дециметровом диапазоне, но источник излучения в этом случае связан с водной компонентой биосреды [Петросян и др., 1995; Синицин и др., 1998].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>