Установлено, что 'живая' вода должна содержать электроны, а 'мертвая' - избыток протонов, или свободных радикалов водорода (Н или Н+). Однако из физической химии известно, что электроны в свободном состоянии долго в воде не живут. Автор статьи, ведущий научный сотрудник биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова - Владимир Леонидович ВОЕЙКОВ, высказывает мысль, что носителем окислительных свойств воды могут быть так называемые активные формы кислорода. На этой основе он предлагает новую гипотезу о происхождении жизни. Напомним, что кислород до его открытия называли 'флогистоном' - 'стихией огня'.

Уникальны свойства кислорода и реакций с участием активных форм кислорода (АфК), в частности, кислородсодержащих свободных радикалов. Разнообразны пути генерации и утилизации АфК, свидетельствующие о его абсолютной необходимости для нормальной жизнедеятельности организмов. Но препятствием для - понимания реальной роли АФК является доминирующее в современной научной литературе представление о них как о химических частицах обычных химических реакций, тогда как АФК необходимо рассматривать, в первую очередь, в качестве главных участников непрерывно протекающих нелинейных процессов, в ходе которых порождаются электронно-возбужденные состояния. Эти процессы играют принципиально важную роль в организации потоков энергии и информации в живых системах. Особые свойства таких процессов обусловлены тем, что исключительное значение в них играет вода - основной компонент всех живых организмов.

Воейков В.Л., доктор биологических наук

Кислород занимает особое место среди важных для жизнедеятельности молекул благодаря уникальному строению своей внешней электронной оболочки. Молекулу кислорода О₂ можно рассматривать как резервуар, хранящий большой запас энергии, для полного освобождения которой она должна присоединить четыре электрона. Если, например, эти электроны поступают на кислород вместе с протонами (в виде атома водорода), то при полном восстановлении кислорода до двух молекул воды высвобождается более 180 ккал/моль. При последовательном присоединении электронов к молекуле кислорода образуются так называемые активные формы кислорода (АФК)¹, представленные, в частности, свободными радикалами². (Свободный радикал можно ликвидировать единственным путем - добавлением к нему или отнятием у него одного электрона; при этом он превращается в молекулу - частицу с четным числом спаренных электронов, и цепная реакция обрывается.) Большинство свободных радикалов жадно и, как считается, неспецифично вступает во взаимодействия с другими молекулами. В водных растворах, содержащих биоорганические молекулы, эти частицы могут инициировать неконтролируемые цепные процессы, в ходе которых липиды, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы повреждаются и не только теряют свою функциональную активность, но и превращаются в эндотоксины³ (рис. 1). Поэтому в биохимии традиционно считается, что действие АФК на живые клетки сводится исключительно к патогенным эффектам. До сих пор многие авторы придерживаются мнения, что АФК образуются в клетках и тканях под действием ионизирующей радиации или внешнего ультрафиолетового облучения, а также как следствие нарушения обмена веществ на уровне клетки, то есть 'ошибок метаболизма', именно, перехода электронов на молекулярный кислород с цепей переноса электронов, в частности, митохондрий - специализированных структур в клетках⁴. Часто утверждается, что образование АФК в организме - печальное, хотя и неизбежное следствие аэробного дыхания, возникшего в ходе эволюции с появлением в атмосфере кислорода - побочного продукта фотосинтеза растений, и что АФК - причины множества хронических заболеваний, старения и смерти.

Однако имеется громадный массив данных, свидетельствующих об абсолютной необходимости АФК для нормальной жизнедеятельности. Если воздух лишен супероксидных радикалов⁵ ('аэроионов Чижевского'), животные и человек болеют и даже могут погибнуть. При этом в норме 10-15%, а в особых обстоятельствах - до 30%, потребляемого животными кислорода идет на производство АФК. Еще недавно считалось, что в многоклеточном организме АФК продуцируют лишь клетки иммунной системы, вступающие в борьбу с чужеродными микроорганизмами. Сейчас же установлено, что практически у всех клеток многоклеточного организма есть ферменты⁶, главной функцией которых является направленное и часто весьма интенсивное производство АФК. Следовательно, АФК должны играть какую-то важную роль в нормальной физиологии.

Живые клетки реагируют на внешние сигналы одним из доступных им способов: они либо выполняют свойственную им специализированную функцию, либо меняют свою специализацию (дифференцируются или дедифференцируются), либо вступают в цикл деления, наконец, самоустраняются, включая механизм запрограммированной смерти - апоптоз. Выясняется, что АФК принимают непосредственное участие в формировании реакции клетки на тот или иной молекулярный биорегулятор. Какой конкретно будет реакция клетки - вступит ли она в процесс своего деления - митотический цикл⁷, пойдет ли в сторону дифференцировки, или дедифференцировки или же в ней активируются гены, запускающие процесс апоптоза, - зависит не только от конкретного биорегулятора молекулярной природы, действующего на специфические клеточные рецепторы, но и от 'контекста', в котором действует данный биорегулятор. Имеется в виду предыстория клетки и фонового уровня АФК, обусловленного как внеклеточной, так и клеточной их продукцией и устранением. Более того, АФК и сами могут имитировать действие многих биорегуляторов - гормонов и нейромедиаторов⁸. Последние, в свою очередь, влияют на скорость продукции АФК клетками. Таким образом, АФК оказываются универсальными информационными агентами (выделено здесь и далее ред.). Но тогда, если АФК, в отличие от молекулярных биорегуляторов, не обладают химической специфичностью, как они могут обеспечить тонкую регуляцию клеточных функций?

Рис. 1. В отличие от обычных молекулярных реакций свободные радикалы - частицы с нечетным числом электронов - порождают реакционные цепи, обрывающиеся только при рекомбинации радикалов

При том, что значительная часть потребляемого организмом кислорода идет на производство АФК, текущие уровни свободных радикалов и других АФК в клетках и межклеточной среде очень низки. Многочисленные как ферментативные, так и неферментативные механизмы, в совокупности именуемые 'антиоксидантной защитой'⁹, быстро устраняют появляющиеся АФК. Последние постоянно генерируются в живых системах в ходе ферментативных и неферментативных реакций, а антиоксиданты обеспечивают высокую скорость рекомбинаций радикалов - их превращений в устойчивые молекулы. В чем смысл генерации радикалов, если они должны немедленно устраняться? Характерная особенность реакций рекомбинаций (спаривания) электронов - освобождение в таких актах значительных квантов энергии. Продукты подобных реакций появляются в электронно-возбужденном состоянии, эквивалентном тому, что возникает при поглощении ими кванта света. Результаты наших исследований и данные других авторов свидетельствуют, что в условиях молекулярной и надмолекулярной организованности цитоплазмы¹⁰ и вне клеточного матрикса¹¹ эта энергия далеко не полностью рассеивается в тепло. Она может накапливаться в макромолекулах, надмолекулярных ансамблях, излучатель- но и безизлучательно перераспределяться между ними. Мы полагаем, что именно эта особенность радикальных реакций обеспечивает регуляцию и координацию работы исполнительных механизмов клетки. Эквивалентная световым фотонам энергия реакций рекомбинации (захвата ионом свободного электрона. - Ред.) может выступать и в роли 'пускателя' обмена веществ в клетке - метаболических процессов, и их ритмоводителя¹².

Действительно, появляется все больше данных о том, что многие, если не все биологические процессы, протекают в колебательном режиме. В то же время, реакции с участием АФК часто протекают в колебательном режиме в условиях, характерных для внутренних условий живых систем. Например, при реакции между широко распространенными биомолекулами - глюкозой и глицином (простейшей аминокислотой), протекающей в воде в сравнительно мягких условиях, в присутствии кислорода рождается излучение света, который, к тому же, то вспыхивает, то угасает (рис. 2). Мы предполагаем, что механизмы биологического действия АФК определяются не столько их средним содержанием в среде организма, сколько структурой процессов, в которых они участвуют. Под структурой процесса мы понимаем частотно-амплитудные характеристики реакций взаимодействия АФК друг с другом или с обычными молекулами. Если эти реакции поставляют энергию активации для специфических молекулярных процессов в клетке, то они могут определять и ритмы биохимических, а затем и физиологических процессов.

Колебательные ритмы, как периодические, так и нелинейные, автогенерируются (самовосстанавливаются) в процессах обмена АФК, но без регулярной внешней стимуляции продукция АФК рано или поздно затухает. Организм должен получать 'затравку' в виде АФК извне, например, в форме аэроионов (супероксидного радикала) или с водой и пищей¹³. АФК появляются в водной среде организма при поглощении фотонов достаточно высоких энергий (УФ- и более коротковолновый диапазон), возникающих, в частности, при Черенковском излучении, сопровождающем бета-распад поступающих в организм естественным путем радиоактивных изотопов 14С и 40К. Внешние причины и факторы, которые тем или иным способом генерируют электронно-возбужденные состояния во внутренней среде организма, образно говоря, 'включают зажигание', позволяющее 'разгореться' затухшим собственным процессам генерации подобных состояний¹⁴.

Рис. 2. Колебания излучения, сопровождающего реакцию между глицином и глюкозой в водной среде. Излучение порождается реакциями кислородных свободных радикалов

Ритмы, возникающие при обмене в организме АФК, с одной стороны, зависят от набора антиоксидантов, циклические реакции которых могут выступать в роли внутренних ритмоводителей. С другой стороны, эти ритмы в той или иной степени зависят и от внешних ритмоводителей. К последним можно отнести колебания электромагнитных и магнитных полей, даже если амплитуда колебаний очень низка, поскольку реакции с участием АФК - это, по существу, реакции переноса неспаренных электронов, протекающие в электронно-возбужденной среде. Такого рода процессы, как следует из современных представлений физики, чрезвычайно чувствительны к слабым резонансным воздействиям.

Рассмотрим, как АФК могут регулировать биологические функции на уровне целого организма. Давно известно, что интенсивно производят АФК нейтрофилы¹⁵, использующие, как полагают, эти оксиданты для непосредственного 'сжигания' бактерий и вирусов. Но недавно выяснилось, что и лимфоциты¹⁶ и тромбоциты¹⁷, которые не принимают непосредственного участия в активном захвате и поглощении живых клеток - фагоцитозе, в разрушении микробов, а также фибробласты и эндотелиальные клетки¹⁸, гладко- мышечные клетки сосудов, жировые клетки, клетки печени - все они имеют ферменты и другие системы, закономерно продуцирующие АФК. 'Вспышки' продукции АФК необходимы для нормального созревания яйцеклеток, а при акте, с которого начинается развитие новой жизни - при оплодотворении яйцеклетки, и сперматозоид, и яйцеклетка резко усиливают продукцию АФК (рис. 3). АФК, хотя и с более низкой интенсивностью, возникают и во внеклеточном пространстве - в межклеточном матриксе, построенном из коллагена¹⁹ и протеогликанов²⁰, а также в плазме крови, к ходе реакций гликоксидации²¹.

Продукция АФК в соединительной ткани, к которой относится кровь и собственно соединительная ткань, пронизывающая весь организм, представляет особый интерес с точки зрения энергоинформационной роли процессов с участием АФК. Следует подчеркнуть, что все коллагены и многие белки плазмы крови являются спиральными волокнистыми структурами, которые теоретически способны к передаче энергии электромагнитных колебаний на большие расстояния Можно предположить, что внеклеточные элементы соединительной ткани выполняют не столько опорную функцию. сколько информационную, поскольку образуют своеобразные каналы, связывающие все органы и ткани друг с другом и выходящие на периферию (возможно, в виде аку пунктурных точек). Клеточные элементы соединительной ткани могут служить ретрансляторами, декодерами и усилителями переносимых по волокнам сигналов. Интересно, что все без исключения живые организмы имеют соединительную ткань и ее аналоги, даже если у них отсутствует кровеносная и нервная системы²².

Рис. 3. Излучение фотонов при оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом

Если АФК выполняют столь фундаментальную роль в организации процессов жизнедеятельности, то эту роль они должны были бы играть на всех этапах эволюционного процесса. Но как быть с общепринятым мнением, что свободный кислород возник лишь в результате фотосинтетической активности растений, то есть длительный этап эволюции был анаэробным? Следует уточнить, что такое укоренившееся представление основано на умозрительной гипотезе, выдвинутой для того, чтобы объяснить 'естественным путем' появление первых биоорганических молекул из неорганических за счет действия высоких температур, интенсивных потоков излучений и т.д. Очевидно, что подобный сценарий предбиологической эволюции не реализуем в среде кислорода, так как любые органические соединения в этих условиях должны немедленно сгорать²³.

Тем не менее, в последнее время появляется все больше фактов, говорящих о том, что вода, в которой и протекают наиболее интересные процессы с участием АФК, играет важнейшую роль и в порождении, и в организации этих процессов. В частности, установлено, что под действием механических воздействий - звука в слышимом и ультразвуковом диапазонах, фильтрации, механического разрушения льда, при конденсации паров воды и ее замораживании-оттаивании - в воде повышается содержание перекиси водорода Н₂О₂ - химически неустойчивого вещества, легко разлагающегося на воду и кислород. При внесении в воду простейших катализаторов (например, окиси меди) и се освещении видимым светом низкой интенсивности или даже в темноте (при се перемешивании) появляются заметные количества молекулярного водорода и кислорода.

Промежуточным этапом до появления в воде стабильных молекул перекиси водорода, кислорода и водорода должно быть ее разрушение до атома водорода и гидроксил-радикала (Н-О-Н → Н + ОН). Затем уже атомы водорода спариваются друг с другом, давая молекулу водорода. Гидроксил-радикалы (ОН) рекомбинируют с образованием перекиси, а последняя может разлагаться до воды и кислорода. Но хорошо известно, что для разрушения в молекуле воды ковалентной (атомной) связи (обязанной электронным парам) между атомами водорода и кислорода требуется подведение к ней громадной порции энергии, эквивалентной кванту дальнего ультрафиолета. Как же может, к примеру, простая фильтрация или конденсация паров воды обеспечить появление таких порций энергии? Парадокс исчезает, если обратиться к различным современным моделям воды, во многом отличающимся друг от друга, но объединенным одной идеей: жидкая вода представляет собой не набор молекул, слабо связанных между собой, а в ней есть более или менее устойчивые структурные элементы, аналогичные полимерным молекулам (рис. 4). Эти модели выдвинуты для того, чтобы объяснить загадочное свойство воды, которое обобщенно можно назвать ее памятью.

Известно, что при воздействии на полимер энергий весьма низкой плотности, в частности, механической энергии, сама молекула полимера выступает в роли 'повышающего трансформатора'. Энергия низкой плотности преобразуется ею (конечно, с потерями) в энергию столь высокой плотности, что отдельные ковалентные связи в молекуле разрываются. Образно говоря, полимеры превращают тепло в свет. А тогда, если жидкая вода может хоть в какой-то степени рассматриваться как квазиполимер, то и в ней могут осуществляться подобные процессы, которые и приводят к появлению вначале радикалов, а затем и молекул водорода и кислорода. Имеющиеся оценки говорят, что скорость разложения воды океанов под действием абиогенных факторов может обеспечить повышение содержания кислорода в атмосфере до нынешнего уровня всего за несколько сот тысяч лет! Значит развитие органической жизни на Земле с самого начала шло и на фоне генерации активных форм кислорода, и в присутствии молекулярного кислорода.

Рис. 4. Три вида устойчивых кластеров воды. Темные шарики - атомы кислорода, светлые - водорода, короткие связи - ковалентные, длинные - водородные

Учитывая квазиполимерную, структурированную природу воды, далеко не хаотичное протекание в воде окислительных процессов с участием АФК, а наоборот, с тенденцией к самоорганизации, выражающейся в их осцилляторном характере, весьма правдоподобным становится следующее предположение. Если на воду действуют потоки энергии низкой плотности, а в ней растворены газы - азот N₂, углекислота СО₂, сернистый ангидрид SO₂, хотя бы в следовых количествах присутствуют модуляторы²⁴ реакций АФК - ионы переходных металлов, то в воде может спонтанно идти образование сначала простейших, а затем все более сложных органических соединений - аминокислот, предшественников углеводов, нуклеиновых оснований. Как впервые было показано А.Г.Гурвичем и подтверждено нами, в таких условиях может начаться спонтанная полимеризация (объединение. - Ред.) мономеров, а образующиеся полимеры обладают зачатками ферментативной активности. Интересно, что в литературе встречаются согласующиеся с высказанным здесь предположением разрозненные данные о появлении даже в максимально очищенной от органических соединений воде аминокислот и других биомолекул, о возможности удивительно четкого превращения одних биомономеров в другие в присутствии АФК.

Более того, весьма заманчиво предположить, что спонтанное появление в воде полимеров молекулярной природы за счет сопряженных окислительно-восстановительных процессов способствует повышению степени структурной организации воды уже в результате возникновения в воде несмешиваемых друг с другом водных фаз (полимерных 'кристаллогидратов' с разными свойствами), в которых протекают окислительно-восстановительные процессы с участием АФК, отличающиеся по своей динамической структуре, но так или иначе сопряженные друг с другом.

Таким образом, с учетом сказанного выше, появление оформленных биосистем в ходе общеэволюционного процесса должно было происходить в воде на фоне непрерывной генерации АФК и реакций с их участием. Отсюда следует, что характерные особенности этих процессов должны быть запечатлены на базовом уровне живых систем. Без учета этих процессов, в частности, зависимости их структуры от внешних полевых воздействий космического и земного происхождения, уже нельзя строить модели, направленные на понимание механизмов функционирования живых систем на любых уровнях их организации.

0сновополагающими диктаторами в химической жизни океана являются кислород и сера . Два эти исключительно активных элемента дают кислотные и основные соединения, четко разделив сферы влияния. "Государство серы"- это прибрежные районы Мирового океана и глубокие слои придонного ила. 'Кислородная страна' - центральные части океанов и тонкий верхний слой придонного ила ( по материалам печати).

Считается, что свободный кислород в земной атмосфере появился примерно 1,6 млрд. лет назад, а переход от ферментативного метаболизма (брожении) к кислородному дыханию произошел около миллиарда лет назад .

'Замечайте зеленый цвет, он есть познание сущности'

(Знаки Агни Йоги, 260)

Наиболее интенсивная линия свечения ночного неба - зеленая линия нейтрального кислорода 5577 нм (1 нм = 10^-9 м); это и главная линия низких полярных сияний. Деление всего спектра видимого света с помощью дает близкую длину волны 5370 нм, которая соответствует границе между зеленым и желто-зеленым цветом Эти цвета физиологически наиболее благоприятны для здоровья человека - уменьшают кровяное давление и расширяют капилляры, повышают двигательно-мускульную работоспособность, успокаивают и облегчают невралгии. В интервале длин волн от 5080 нм ДО 5560 нм глаз человека обладает одинаковой 'видностью' в условиях освещенности Земли Солнцем; если разделить этот узкий интервал в золотом отношении, то опять получим величину 5370 нм - максимум 'видности' ( В.И.Коробко . Золотая пропорция и проблемы гармонии систем. М., 1998; неопубликованные данные В.Д Цветкова ).

Вода вне Земли

Одно из открытий Инфракрасной космической обсерватории (ISO) - обнаружение большого количества водного пара в одном из сгустков межзвездного газа вблизи туманности Ориона. И хотя вода во Вселенной не редкость (с помощью той же ISO она была обнаружена буквально повсюду - от спутника Сатурна Титана до далеких галактик), концентрация пара в этом сгустке приблизительно в двадцать раз превышает его содержание в других облаках межзвездного газа.

В последние годы астрофизики не раз предсказывали, что если температура межзвездного газа превышает 100њС, то химические реакции в нем должны эффективно связывать атомы кислорода в молекулах воды. В облако межзвездного газа со всех сторон бьют ударные волны, сжимающие и нагревающие газ. В конце концов, водяной пар охладится и замерзнет, превратившись в маленькие частицы льда. По-видимому, подобный процесс обеспечил высокое содержание воды и льда в туманности, из которой и образовалась Солнечная система.

За Плутоном, сорокакратно удаленным от Солнца в сравнении с Землей, обнаружена малая планета диаметром в полтысячи км, состоящая изо льда; возможно, их - сотни и тысячи.

Наблюдения Юпитера, проведенные при помощи космического аппарата 'Галилео', восстановили уверенность планетологов в том, что в облаках планеты-гиганта содержится немало воды. В атмосфере Юпитера, как и на Земле (в пять раз более близкой к Солнцу, чем Юпитер), есть 'сухие' и 'влажные' области, то есть районы с повышенным влагосодержанием - своеобразные тропики и пустыни.

Последние сводки данных аппарата 'Галилео', пролетевшего около одного из 4-х наибольшихспутников Юпитера - Европы, свидетельствуют о наличии там воды. Под десятикилометровой толщей льда раскинулся океан, близкий по объему земному, если глубина его - 50-60 км.

Жидкая вода существовала на Марсе всего лишь миллионы лет назад; возможно, существует и посей день, причем она должна быть сильно соленой (тогда замерзает при -60њС).

(По материалам печати)