КАРТА САЙТА

OCR 2010 © Калясников Ю.А. Наноминералогия воды и биосферные процессы. Публикуется по тексту: Калясников Ю.А. Наноминералогия воды и биосферные процессы: 2-е изд., перераб. и доп. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2000. 64 с. ВВЕДЕНИЕ. ВОДА И СИАЛЬ. ПОЧЕМУ ВОДА - АНОМАЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ. В поисках тайны строения обыкновенной воды. Структура жидкой воды глазами геолога || СТРУКТУРА ВОДЫ И ГРОЗОВАЯ АКТИВНОСТЬ. Обзор истории и состояния проблемы. Снежная симфония грозы. ОБ УНИВЕРСАЛЬНОСТИ ВОДОРОДНОЙ СВЯЗИ. ВОДА И ЖИЗНЬ. К тайне начала биопоэза. Что есть биополе. ЗАКЛЮЧЕНИЕ || ПРИЛОЖЕНИЯ. Что же такое - живая вода. Можно ли питаться святым духом. ЛИТЕРАТУРА. || Тайна генетического кода в структуре воды // Вестник Российской Академии Наук, том 63, №8. 1993. || На нагорье Корякском (газета «Дальневосточный ученый» от 11 января 1984 г.)

Продолжение 1

СТРУКТУРА ВОДЫ И ГРОЗОВАЯ АКТИВНОСТЬ

Любая, пусть самая сумасшедшая гипотеза становится жизнеспособной лишь тогда, когда она может предсказать новые явления или объяснить загадки из других областей знания. Попробуем с точки зрения политетрамерной модели структуры жидкой воды уяснить, что же происходит в грозовом облаке. Ведь самым ярким атмосферным феноменом является обыденная гроза! Однако специалисты по физике облаков и атмосферного электричества до сих пор не разобрались в том, как начинается обычный ливень, какое отношение к нему имеют кристаллизация водного конденсата и электризация облаков буквально перед началом грозы. Вообще в грозовом облаке идут процессы, казалось бы, теоретически невозможные [Имянитов, 1982]. В таком случае уместно вспомнить сакраментальный афоризм: «Тем хуже для теории!» и попытаться все же ответить на поставленные феноменом грозы вопросы.

Обзор истории и состояния проблемы

Атмосферное электричество интересовало человека с древних времен. Есть все основания полагать, что именно удар линейной молнии помог нашему далекому предку овладеть огнем. Первые попытки понять причину атмосферного электричества относятся еще к временам М.В. Ломоносова и Б. Франклина. С тех пор в физике с трудом, но укреплялось представление о тесной взаимосвязи атмосферных электрических и макрофизических процессов [Физика..., 1961 ]. К настоящему времени твердо установлена положительная корреляция между выпадением осадков и электризацией облаков с обязательным участием твердой фазы [Имянитов, 1982]. Эта связь была подтверждена в прямых экспериментах по воздействию* на облака и искусственному вызыванию осадков путем внесения в облако кристаллов углекислоты и других веществ [Имянитов и др., 1971 ]. В то же время пока неясно, как связаны между собой появление кристаллической фазы и практически мгновенная электризация облаков, что выражается в резком росте напряженности поля и появлении значительных объемных зарядов с последующими молниевыми разрядами и образованием снежной крупы, градин и дождевых капель [Имянитов, 1982]. Потому сначала проследим, как складывались представления, важные для понимания явлений атмосферного электричества, какие узловые моменты и факты были установлены на долгом пути исследований такого многообразного очевидного и яркого феномена, как гроза.

Рождение грозовых облаков

Еще в 1840 г. француз А. Пельтье вслед за А. Вольта в 1782 г. предположил, что поднимающиеся от Земли пары воды уносят с собой часть ее отрицательного заряда [Чалмерс,1974]. Его догадка, возникавшая неоднократно и далее, тут же опровергалась на основании опытов, хотя и сейчас поддерживается рядом исследователей [Стаханов, 1985; и др.]. Далее мы постараемся показать, что именно это мнение более всего соответствует реальным явлениям, поскольку на самом деле оно ничуть не противоречит экспериментам. Лишь в XX в. была установлена совершенно уникальная способность микрокапельного облачного конденсата переохлаждаться до температуры -41°С, с достижением которой мгновенно шла спонтанная его кристаллизация. Т. Бержерон уже в 1935 г. считал, что практически каждая капля дождя зарождается в виде ледяной частицы. Более того, В. Финдайзен, проводивший в 1939 г. аэрологические исследования в Германии, категорически утверждал, что крупнокапельный дождь всегда зарождается в виде снега или града, так как хлопья снежных кристаллов обнаруживаются непосредственно в дождящих облаках (наблюдались на высоких вершинах гор). К настоящему времени эти факты подтверждены многочисленными экспериментами [Мейсон, 1961;Физика..., 1961; Чалмерс, 1974; и др.]. Следует особо обратить внимание на взрывной характер кристаллизации микрокапельной воды при -41°С. Установленный Л.Г. Качуриным и В.И. Бекряевым [1960], этот эффект подразумевает развитие цепной реакции зарождения ледяных кристаллов, очень важный для дальнейшего изложения. Причем такое спонтанное их размножение не зависит от других факторов (наличие примесей ит.д. [Физика..., 1961]).

Что касается электризации облаков, следующей сразу за кристаллизацией жидкой водной фазы и каким-то образом ведущей к образованию собственно осадков, то большая часть исследований как теоретических, так и экспериментальных была направлена на установление механизмов генерации и разделения объемных зарядов облака. Однако именно в этой области знаний об атмосферном электричестве до сих пор существует потрясающая неопределенность или противоречивость результатов, полученных разными исследователями, вплоть до их взаимоисключения [Имянитов и др., 1971; Мейсон, 1961; Физика..., 1961; Чалмерс, 1974]. Надо отметить, что такая критическая ситуация в любой науке возникает в тот момент, когда накоплено уже достаточно много фактического материала, но не совсем правильно идет его интерпретация, что вполне осознавалось рядом специалистов по атмосферному электричеству (Дж.Чалмерс, И.М.Имянитов). Так, далее будет показано, что сама гипотеза о генерации и разделении зарядов на «+» и «-» в облаке, образно говоря, увела исследователей в сторону от реальности. Именно с этими обстоятельствами связано сосуществование множества теорий грозы, хотя до сих пор ни одна из них не может объяснить, например, появление электрического поля в любых облаках, обладающих на 1-2 порядка большей напряженностью, чем предсказывают существующие теории, точнее, гипотезы [Имянитов, Чубарина, 1965].

Итак, кристаллизация переохлажденного концентрированного водного конденсата в вершине облака может иметь фундаментальное значение для электризации облаков. Это подтверждается многочисленными результатами радиолокационных исследований грозовых облаков [Имянитов, Чубарина, 1965; Имянитов и др., 1971; Мейсон, 1961; Чалмерс, 1974]. Однако, по мнению известного специалиста по электричеству атмосферы и облаков И.М.Имянитова, в познании феномена грозы мы находимся где-то в начале пути...

Снежная симфония грозы

Рассмотрим на основе эмпирических данных по физике облаков и атмосферного электричества, что происходит с водой при испарении и конденсации, с позиций политетрамерной ее структуры [Колясников, 1990а]. В сценарии развития грозы нас будет интересовать поведение воды, начиная с 40°С (нагретая под облаком Земля) и ниже, до -41-45°С в вершине кучевого облака, на высоте 8- 10 км. Очевидно, что внутритетрамерные Н-связи отношения к грозе не имеют. Для дальнейшего изложения напомним, что роль структурной единицы льда в нашей модели играет тетраэдр из четырех тетрамеров - Н32О16, упругий изгиб внешних Н-связей под весом которых ответственен за пластичность кристаллической водной фазы, что, в свою очередь, обеспечивает течение естественных ледников. Ведь изгиб всех межтетрамерных Н-связей означает уже плавление льда! Так что во льду активно функционируют, в том числе рвутся при его раскалывании, только межтетратетрамерные Н-связи.

Поскольку молекул Н2О в жидкой воде при нормальной температуре нет, то от нагретой поверхности Земли отрываются и уносятся в облака невидимые тетрамеры. Действительно, при 37°С уже половина их является свободной, располагаясь в пустотах подвижного полимерного каркаса. Я.И. Френкель, создавший в свое время популярную и сейчас теорию грозового электричества, склонялся к мысли, что частицы пара могут захватывать электроны, заряжаясь отрицательно. Однако не происходит ли это еще в момент испарения с земной поверхности, как то предполагал А .Пельтье 150 лет назад? Ведь у каждого тетрамера, как у молекулы Н2О, по углам тетраэдра торчат по два протонных и электронных конца Н-связей (см. рис.2). Для облегчения отрыва тетрамера, т. е. преодоления сил поверхностного натяжения воды, была бы крайне желательной и даже необходимой нейтрализация протонных концов Н-связей свободными «наземными» электронами. Но в этом случае отрицательное вроде бы заряжение тетрамера на самом деле оборачивается его нейтрализацией, поскольку с захватом двух электронов исчезает и сама внешняя дипольность тетрамера, у которого остается лишь слабый отрицательный заряд! Чтобы проверить нашу версию, обратимся к конденсатору «Земля - облако» (рис.4). Рис. 4. Схема заряжения и развития кучево-грозового облака: 1 - мнкрокапельный конденсат воды; 2 - область обледенения микрокапель (0°С и ниже); 3 - область взрывного рождения снежинок из обмерзших переохлажденных микрокапель и стекания по их соединенным лучам заряда грозовой молнии; а - тетрамер пара с двумя «земными» электронами, нейтрализующими протонные концы его Н-связей, в силу чего Н8О4 лишается своей дипольности и имеет только слабым отрицательный заряд Известно, что нижняя часть облаков заряжена отрицательно, а Земля под ним - положительно [Имянитов и др., 1971]. Однако еще Я.И. Френкель обращал внимание на то, что за пределами облаков она имеет тоже отрицательный заряд. Потому в действительности якобы положительное заряжение Земли под облаком соответствует лишь дефициту отрицательного или электронного заряда [Красногорская, 1961]. Но эту

ситуацию как раз и можно интерпретировать по нашей версии переносом части отрицательного заряда Земли неким носителем в облака (см. рис.4).

Итак, воспаряющие и хитроумно нейтрализованные в силу своей дипольности униполярные тетрамеры и их кластеры уменьшают отрицательный заряд Земли, унося электроны в облака. Конденсация пара начинается близ нижней границы облачности и представляет собой энергетически выгодное соединение одиночных тетрамеров сразу в объемный конечный полимер воды, в котором при +4 градусах Цельсия тетрамеры соединены между собой всеми максимально изогнутыми Н-связями [Колясников, 1990а]. При полимеризации тетрамеров в водном конденсате высвобождающиеся электроны вытесняются на поверхность растущей микрокапли, что обеспечивает периментально установленный и постепенно, по мере конден- увеличивающийся отрицательный ее заряд [Имянитов и др., 1971]. Но каким образом сливаются в дождевую каплю одинаково заряженные и свободно парящие в непроводящем электричество воздухе частицы конденсата? Ведь микрокапли размером 3-20 мкм не замерзают вплоть до -41°С, хотя ледяная пленка на них при медленном охлаждении должна образоваться уже при 0°С. Замерзание микрокапли начинается, очевидно, с наружного слоя тетрамеров и идет далее внутрь капельки. Так что, во-первых, панцирь сразу начинает сжимать ее, а во-вторых, теплота кристаллизации, в 20 раз превосходящая теплоту максимального изгиба межтетрамерных Н-связей, по их чуткой системе передается главным образом жидкому полимеру на дополнительный изгиб Н-связей. Все это вынуждает микрокаплю занять минимально возможный объем, что соответствует 4°С.

Проследим далее эволюцию наших микрокапель в мощном кучевом облаке. Восходящими от Земли теплыми конвективными потоками воздуха, поддерживаемыми экзотермичной конденсацией, они поднимаются до 8-10 км и более, где в вершине облака температура падает ниже -41°С. В таких экстремальных условиях микрокапли явно переохлаждаются, межтетрамерные Н-связи внутри них стремятся выпрямиться, но бронирующая поверхность микрокапли ледяная скорлупка препятствует этому. Появившись еще при 0°С, она играет роль крепчайшего панциря, поскольку под действием стремящихся разогнуться полимерных Н-связей жидкой капельки уже прямым Н-связям льда остается только растягиваться! С ростом переохлаждения увеличивается и давление изнутри микрокапли на скорлупку, которая сама постепенно утолщается внутрь. В конце концов наступает момент, когда достигается выравнивание энергии уже растянутых и готовых к разрыву межтетратетрамерных Н-связей панциря с таковой изогнутых Н-связей находящейся внутри него жидкой микрокапли. И далее следует неизбежный ее взрыв, который в многочисленных экспериментах по переохлаждению водяного конденсата париобретает лавинообразный характер строго при -41 градусе. Посколбку еще Б. Мейсон [1961] пытался понять физический смысл этого значения температуры, попробуем обосновать его количественно. С одной стороны, при взрыве микрокапли рвется только 1/4 часть межтетрамерных Н-связей бронирующей ледяной скорлупки, т.е. тех, которые расположены между тетратетрамерами, на что надо затратить 180 кал/г : 4 = 45 кал/г. С другой стороны, выпрямление изогнутых Н-связей самой микрокапли при охлаждении на 1° дает всего 1 кал/г. Делением 45 кал/г на 1 кал/г находим величину в искомые 45°, на которую надо переохладить, начиная с 4°С, микрокаплю, чтобы достичь вышеупомянутого равенства противоборствующих сил. Но вернемся к нашей готовой взорваться микрокапле.

Итак, в вершине грозового облака в какой-то одной наиболее высоко вознесенной микрокапле внутреннее давление буквально взрывает ее ледяной панцирь! Однако микровзрыв индивидуальной переохлажденной микрокапли не может начаться по всей ее поверхности, тем более во всем объеме, что связано с затратами излишней энергии. Потому разрыв поверхностной ледяной скорлупки начинается где-то в одной ее точке, а именно там, где межтетратетрамерные Н-связи на данный миг оказались максимально растянутыми давлением изнутри. Такой точкой является, скорее всего, центр гексагональной полости между шестью тетратетрамерами, соединенными ансамблем из шести Н-связей (рис.5, а). В связи с их кооперативным характером при взрыве рвутся разом все шесть окружающих полость связей. Они-то и задают направления шести швов «вспарывания» ледяного панциря и самой капельки, ведущей себя во взрывном процессе как твердое тело. Раскол ледяной корочки вместе с каплей на шесть равных и правильных сегментов с углами 60° сопровождается последующим разваливанием стремительно раздувающейся микрокапли от начальной точки разрыва подобно распускающемуся цветку лилии (рис.5, в). Сегменты самой микрокапли вытягиваются в шесть главных лучей снежинки.

Рис. 5. Последовательность взрывного рождения снежинки: а - начало взрыва - разрыв шести межтетратетрамерных Н-связей вокруг полости в их каркасе льда; пунктирные линии - заданные разрывом прямых Н-связей направления раскола ледяного панциря и всей капли; б - вид на эту каплю с противоположного полюса; черный кружок - центр будущей снежинки; в - начало разворачивания сегментов-лепестков микрокапли; г - динамика разворачивания одного лепестка на плоскость и «вспарывания» его сегмента капли; штрихи - направления разрыва Н-связей сегмента; д - развертка ледяного панциря микрокапли или матрицы снежинки на плоскости. Стрелками показаны направления «разматывания» сегментов самой микрокапли по лучам будущей снежинки, размер которой в данном масштабе составит несколько метров! Таким образом, в переохлажденной микрокапле водного конденсата потенциально уже существовала заготовка будущей снежинки, уложенная в гораздо меньший объем, как

антенна космического корабля, и также мгновенно «выстреливаемая» для разворачивания лучей под действием своеобразных пружин - Н-связей! Попытаемся оценить время, необходимое для осуществления рассмотренного сценария. Поскольку суммарный объемный заряд с кристаллизующейся части облака собирается в тысячные доли секунды [Имянитон, 1982], а в 2 км грозового облака на одной линии в любом направлении находится примерно миллион микрокапель при среднем расстоянии между ними 2 мм, то взрыв одной из них длится всего одну наносекунду! Отсюда вывод - выстреливание луча снежинки под действием напряженных Н-связей идет с фантастической скоростью до 1000 км/с. Общепринятый пока сценарий образования грациозных снежинок при медленной конденсации морозного пара на ледяных зародышах [Хргиан, 1986], очевидно, не может объяснить уникальное сочетание единообразной шестилучевой формы, удивительно одинакового рисунка опушения лучей в каждой снежинке и в то же время бесконечного разнообразия данного рисунка в разных снежинках, не похожих по нему друг на друга. Но такое сочетание может реализоваться именно во взрывном наносекундном процессе! Бесконечное многообразие рисунков опушения главных лучей снежинок зависит при таком мгновенном рождении, вероятнее всего, от скорости взрыва или степени переохлаждения, определяющей для изолированных микрокапель ничтожные различия во времени развертывания. Действительно, в среднем грозовом облаке содержится около 10 в 20-той степени водных частиц, а первый цикл кристаллизации охватывает лишь сотую часть его объема [Имянитов, 1982]. Отсюда количество рождающихся и непохожих друг на друга снежинок, стало быть, всевозможных вариантов, составит 10 в 18-той степени. Следо вательно, различия во времени рождения индивидуальных снежинок измеряются миллиардными долями наносекунды!

Итак, в рассмотренном уникальном микровзрыве рождается снежинка, размер которой в сотни раз превышает диаметр исходной микрокапли (рис.5, д). При этом стремительно разворачивающимися лучами снежинки заведомо перекрываются непроводящие электричество воздушные барьеры между взорвавшейся и близпарящими микрокаплями. Задетые лучами первой снежинки, они также начинают взрываться! И далее процесс взрывной кристаллизации концентрированного и переохлажденного до -41°С микрокапельного конденсата развивается лавинообразно, в миллисекунды, в объеме нескольких км кубических вершины грозового облака. На какое-то мгновение из многих мириадов соединенных лучами ажурных снежинок возникает грандиозное объемное снежное кружево, по которому также сверху вниз и тоже за миллисекунды заряды миллиардов бывших микрокапель через лучи снежинок «стекают» в нижнюю часть эфемерного кружевного создания. Оттуда и происходит первый разряд молнии, сначала внутри облака, причем резкий сброс всего суммарного электронного заряда из этой оснеженной части облака и обеспечивает кажущееся положительное его заряжение. Здесь нужно также отметить, что наблюдаемое с Земли довольно быстрое почернение грозового облака непосредственно перед началом ливня связано с последовательным, сверху вниз, оснежением водного конденсата в конвективных ячеях его верхней части, которое резко увеличивает отражение облаком прямых солнечных лучей. Именно эти части облака дают характерные засветки на локаторе самолета еще до начала формирования собственно осадков [Имянитов, 1982; Чалмерс, 1974].

В самих кристаллизующихся микрокаплях температура скачком повышается до 0°С за счет мгновенного выделения скрытой теплоты замерзания, что приводит к нагреву окружающего воздуха, в зависимости от концентрации микрокапель, на несколько десятков градусов, обычно до -20...-10°С [Физика..., 1961]. В связи с этим в кристаллизующейся части облака резко усиливаются турбулентные движения воздуха [Имянитов, 1982], что приводит к обрушению снежно-кружевного «небоскреба» с развалом на отдельные хлопья и к своеобразному всасыванию сюда снизу свежих порций водного конденсата. Его микрокапли получают, наконец, возможность беспрепятственно налипать, намерзать на более массивные центральные части нейтрализованных и беспорядочно мятущихся снежинок и их хлопьев - реликтов мимолетного и столь же грандиозного кружевного создания. При этом очевидно увеличивающийся с притоком микрокапель отрицательный заряд образующейся сначала снежной крупки свободно стекает в лучи снежинок, с концов которых легко идет коронный разряд. В начавшемся падении частицы крупы по мере обзернения и захвата множества жидких микрокапель превращаются в градины, средний размер которых определяется величиной исходных снежных хлопьев. Ближе к Земле градины обычно тают, образуя обыкновенные дождевые капли...

Последовательное оснежение неоднородностей в восходящих потоках конвективных ячей облака и стекание зарядов мириадов бывших микрокапель по мере их взрывоцепной кристаллизации создают эффект мгновенной и сильной электризации. Вслед за ними неизбежны сначала внутри облачные молниевые разряды в различных направлениях, а затем между облаком и Землей, которой молнии возвращают временно авансированный у нее тетрамерами и их кластерами электронный заряд.

В предложенном сценарии грозы находят простое объяснение новейшие данные о том, что львиная доля отрицательного объемного заряда грозового облака не «размазана» в его средней части (см. рис.4), а экстремально сосредоточена на уровне изотермы -15°С в плоском слое толщиной всего в несколько сотен метров [Вильяме, 1989]. Этот уровень получил название температуры реверса заряда, а его обнаружение считается главным достижением в исследовании электричества гроз за последние 20 лет. В то же время остаются неизвестными микрофизические процессы, обеспечивающие его существование, что является серьезным пробелом в изучении электричества грозовых облаков. Но мгновенное оснежение в вершине облака вызывает повышение температуры на 15°. Это означает, что на изотерме -15°С она повышается до 0°С, когда микрокапли уже не переохлаждены и потому перестают взрываться, даже если их задевают лучи образовавшихся выше снежинок. Так что именно на высоте 6 км в грозовом облаке должно прекращаться начальное, сверху вниз и за миллисекунды, лавинообразное оснежение и будет неизбежно скапливаться весь суммарный заряд многих миллиардов взорвавшихся выше в снежинки микрокапель.

ОБ УНИВЕРСАЛЬНОСТИ ВОДОРОДНОЙ СВЯЗИ

Значение уникальных Н-связей в структуре воды несомненно, а аномальность всех ее свойств справедливо относится на их счет [Вода..., 1985; Колясников, 1990а и др.]. Хотя выделяются «слабые» и «сильные» Н-связи, строго рассчитанная ее энергия равна 0,81 ккал/моль, или 45 кал/г, на каждую из двух молекул Н2О [Колясников, 1990а]. Только благодаря им вода играет исключительную роль в жизни биогеосферы, что подчеркивалось выше. Действительно, давно уже подмечена загадочная симметрия уникального мира Земли, особенно пределов существования Жизни (от -41 до +45°С [Вода..., 1985]), вокруг тройной точки воды - температуры ее замерзания, когда она находится в минимально-энергетическом и, следовательно, наиболее стабильном состоянии (своего рода потенциальная яма). Но эта симметрия как раз и может быть связана с отражением в обеих ветвях температурной шкалы определенных состояний и фазовых переходов главного вещества нашего земного мира - Воды. Эта крамольная мысль подтверждается сопоставлением конкретных энергетических затрат в холодильных и нагревательных установках для ухода от 0°С в обе ветви температурной шкалы, очевидно выявляющем ее симметрию. Причем положительная ветвь температур, похоже, ничем не ограничена, тогда как в отрицательной области предел всякому тепловому движению ставит абсолютный нуль лорда Кельвина! Задавался ли кто-то вопросом что определяет его существование? В связи с этим любопытно что экстраполированное равномерное уменьшение теплоемкости льда (2,119 Дж/г i градус Цельсия ) со снижением температуры с каждым градусом на 0,0078 [Савельев, 1991] дает величину -270°, при которой теплоемкость льда обращается в нуль. А эта температура, или ЗК,- минимальная температура, известная в доступном наблюдениям Космосе [Эдельман, 1982]. Потому стоит остановиться на характеристике отрицательной ветви и поведении в ней воды более детально.

Как было показано выше, спонтанная взрывная кристаллизация микрокапельного водного конденсата в облаках и камере Вильсона имеет место при переохлаждении до -41 градуса Цельсия, а для самых мелких зародышевых капелек в -45°С. Последний порог в специальной литературе получил даже особое название сингулярной точки [Вода..., 1985]. Но анализ отрицательной области нашей температурной шкалы, охватывающей -270°, выявляет весьма интригующий факт, что интервал 45° укладывается в нее точно 6 раз! Случайно ли это совпадение? Навряд ли.

Так, редкие перламутровые и серебристые облака образуются соответственно на высотах около 30 и 80 км, хотя температура в обоих случаях составляет около -90°С (вторая сингулярная точка). Указанный парадокс объясняется резким повышением температуры практически до нуля в стратопаузе на высоте около 50 км, где идет интенсивное поглощение озоном ультрафиолетового излучения Солнца [Хргиан, 1986]. В их ультрамикрокапельном конденсате (около 0,01 мкм, или 10 нм [Колясников, 1995]) взрывная кристаллизация достигается на двойном интервале потому, что микро­капельки на -45°С преобразуются в микропузырьки с ледяной оболочкой, но жидкой внутренней пленкой. Кристаллизация последней происходит лишь при последующем переохлаждении еще на 45°, т.е. на второй сингулярной точке [Колясников, 1995], скорее всего, в лед Iс.

Марс. Есть все основания полагать, что камни на фото на самом деле состоят из особой формы льда

Однако при -135°С вода переходит в особое состояние, названное стекловидным льдом, или аморфной твердой водой [Вода..., 1985]. Как нетрудно заметить, этот порог отвечает уже третьей сингулярной точке. На нем вследствие хладогеннго «схлопывапия» межтетратетрамерных Н-связей происходит, скорее всего, распад воды на свободные тетратетрамеры с утерей ею дальнего порядка и ажурной структуры с естественным переходом в более плотное, чем обычный лед, аморфное состояние (0,94 г/см 3 ). На четвертой сингулярной точке -180°С происходит, повидимому, криогенный распад Н32О16 на отдельные тетрамеры, которые образуют еще более плотную упаковку (1,1 г/см 1 [Вода..., 1985]). Наконец, известны совсем уж обескураживающие данные [Дерпгольц, 1979], что при снижении температуры далее и давлении в 7*10 в 5-й степени мм рт. ст. американские астрофизики получили лед с аномально высокой плотностью в 2,3 г/см 3, т.е. более чем вдвое тяжелей воды! Скорее всего, на пятой сингулярной точке -225°С имеет место деградация следующего, внутритетрамерного уровня Н-связей, когда не связанные между собой тетрамеры распадаются на собственно молекулы Н2О (как при кипении воды). Последние с развалом тетрамерного ансамбля организуют энергетически выгодную плотнейшую упаковку, при которой вода в обычных условиях должна иметь плотность 1,84 г/см3, возрастающую с охлаждением. Но как было показано ранее, асимметрия структурных единиц воды обусловлена именно строением реально существующего тетрамера с неизбежным ввиду его геометрии тетраэдрическим углом между протонными концами его внешних Н-связей. Потому при распаде тетрамера освобождающиеся от тетраэдрического «плена» мономолекулы, скорее всего, должны терять и свою уникальную дипольность, становясь в целом электронейтральными, так как их протонам уже ничто не мешает занять диаметрально симметричное расположение внутри молекулы. Это обстоятельство также должно способствовать образованию сверхплотного аморфного льда Н2О при 48К, свойственных «теплым» водородпо-молскуляриым облакам Космоса с водой в их составе [Рудницкий, 1992].

Разрыв Н-связей последнего уровня, в самой молекуле Н2О с ее исчезновением, происходит при температуре -270°С, или ЗК, где теплоемкость льда не случайно сходит на нет. Так что абсолютный нуль лорда Кельвина существует не сам по себе и не дан от Бога!

Разбиение отрицательной ветви температурной шкалы на шесть равных интервалов по 45° каждый можно объяснить тем, что их постоянная глубина отражает строго определенный внутренний энергетический потенциал универсальной Н-связи, на которой по мере продвижения к ЗК «висят» тяжелый тетратетрамер Н32О16, вчетверо полегчавший тетрамер H8O4 , в 4 раза меньшая молекула Н2О и далее ОН. Таким образом, с продвижением к ЗК обнажаются все более глубокие, освобождающиеся от ослабляющей их внешней нагрузки уровни Н-связей (что-то наподобие набора русских матрешек!). Последний, самый глубокий уровень, отвечающий ЗК, обладает полной внутренней энергией, другими словами, чистой энергией Н-связи (45 кал/г или 90 кал/г на Н2О). А равная глубина 45° косвенно свидетельствует о том, что термодинамические параметры Н2О-системы в отрицательной области изменяются в целом рав номерно, не считая метастабильных фазовых переходов.

Итак, открывающаяся симметрия уютного мира Земли вокруг 0°С связана, скорее всего, с отражением в обеих ветвях температурной шкалы вполне определенных состояний и фазовых переходов главного вещества планеты и, по-видимому, Космоса - Воды, точнее, жизнью ее Н-связей все более глубокого уровня, последний из которых отвечает абсолютному нулю.

ВОДА И ЖИЗНЬ

На сегодня большинство исследователей убеждены в том, что Жизнь на Земле возникла около 4 млрд лет назад одновременно с формированием твердой коры, на поверхность которой пролились горячие ливни, образуя первые почти кипящие водные бассейны. Именно в той экстремальной обстановке произошли самые важные обытия - синтез на контакте с силикатным веществом предбиоло-гической органики, рождение живого белка и уникальная запись генетического кода в нуклеиновых кислотах, что немыслимо без участия воды.

Очевидно, что вода - главный минерал мироздания, имеющий уникально простой состав, но загадочную структуру. Сейчас уже никто не сомневается в том, что зарождение Жизни могло произойти только в жидкой воде. Однако ни один исследователь не обратился к этому универсальному растворителю как к возможному и, быть может, основному участнику кодирования белков в ДНК (исключение составляет работа Н.А. Бульенкова [1991]), а тем более как к главному дирижеру всех биогеосферных процессов. Скорее всего, гипнотизирующая простота химического состава не давала даже повода к такой крамольной мысли! Исключив воду из числа претендентов на матрицу синтеза предбиологической органики, исследователи за 40 лет безуспешных поисков вынуждены были обратиться к популярной ныне среди космобиохимиков идее внеземного происхождения Жизни. Но кварцевоподобная структура воды настолько сложна, что не поддается всем самым современным методам исследования, с помощью которых уже расшифровано строение ряда многоатомных биополимеров, можно увидеть даже сами водные «молекулы». Потому до сих пор проблема строения аномального по всем свойствам гидрида кислорода в рамках многочисленных «Н2О-моделей» полна неопределенности и вопросов, что объясняет нынешнее осторожное отношение биологов к роли структуры воды в живых системах.

10 лет назад автор предложил оригинальную политетрамерную модель структуры воды, в которой роль молекул играют не Н2О, а сверхсжатые тетрамеры Н8О4, соразмерные кремнекислородным тетраэдрам - элементарным кирпичикам литосферы. Важным элементом модели является обнаруженная графически рацемичность воды, т.е. наличие в ней поровну правых и левых, по распределению внутренних Н-связей, зеркально симметричных (или хиральных, от гр. рука) тетрамеров. А как полагали еще П. Кюри и В.И. Вернадский, правизна-левизна живого вещества есть следствие диссимметрии среды, в нашем случае - воды. Кроме того, в концентрированных растворах кремнезема и биополимеров конформная им вода [Бульенков, 1991] переходит в связанное состояние [Габуда,

Кристаллы льда, образовавшиеся в холодном складе на антарктической станции

1982], когда тетрамеры «развязываются», образуя правые и левые спиральные цепочки, в которых в связи с дипольностью молекул может быть записана некая информация (рис, 6). На протяжении 10 лет модель проверялась автором в минерало- и рудообразовании, в физике грозы и, наконец, в молекулярной биологии [Колясников, 1990а, 1993, 1995]. Следует особо подчеркнуть, что аномальность всех свойств воды обязана тому, что она - единственное вещество мироздания, которое в различных агрегатных состояниях обладает разными структурными единицами (Н32О1б - лед, Н8О4 - вода, Н2О - пар) с соотношением масс 16:4:1. Но, по данным дифрактоскопии [Эйзенберг, Кауцман, 1975], они имеют близкие размеры (соответственно - 0,45, 0,35 и 0,28 нм, рис. 7). Эта их соразмерность и была главной причиной того, что при моделировании в узлы сетки Н-связей воды и льдов всегда помещали мономолекулы, что казалось очевидным. Хотя согласно новейшим данным [Суходуб и др., 1981; Schindler et. al., 1996], в обычной воде практически нет ассоциатов меньше тетрамера, а продукты ее диссоциации существуют не в виде привычных ионов Н+ и (ОН)-, но в форме комплексов (Н9О4 )+ и (Н7О4)- [Эйзенберг, Кауцман, 1975]. Кроме того, подобие дипольных свойств сосуществующих в жидкой фазе тетратетрамера, тетрамера и мономолекулы предполагает, что вода способна функционировать в каждой нашей клетке одновременно на всех трех уровнях организации. Однако это чрезвычайно важное свойство универсального растворителя до сих пор полностью ускользает от внимания сторонников «Н2О-моделей», в рамках которых его просто не может быть. Другими словами, известные на сегодня экспериментальные данные по воде относятся именно к тетрамеру, а не к мономолекуле!

Главная аномалия прекрасно отражена в характеристиках якобы искусственных метастабидьных льдов [Эйзенберг, Кауцман, 1975], в гамме которых выделяются три группы, Из их анализа следует, что лед I сложен тетратетрамерами (пик 0,45 нм на кривых радиального распределения ближайших молекул, по данным дифрактоскопии), льды II-VI - тетрамерами (пик 0,32-0,35 нм), являясь кристаллическими аналогами жидкой воды, а льды высокого давления суть кристаллические фазы надкритического пара со все более плотной упаковкой уже молекул Н2О (пик 0,28 нм, который в других льдах отражает расстояние между их структурными единицами). Именно по этой причине их плотность в конце ряда возрастает почти вдвое. Ведь плотнейшая упаковка мономолекул воды при 20°С и 1 атм соответствует удельному весу 1,84 г/см3. И Природа должна где-то использовать такую уникальную кристалличность воды и пара, ведь даже молекулярный слой водной поверхности создает давление 11 кбар, а это - почти лед VI [Эйзенберг, Кауцман, 1975].

Кроме того, главная аномалия объясняет практическую несжимаемость воды во всем диапазоне существования жидкой фазы, несмотря на то, что ее кварцевоподобная структура даже при 4°С пуста относительно плотнейшей упаковки на 46%! Если при 4°С вода представляет собой идеальный полимер со всеми максимально изогнутыми Н-связями между тетрамерами, то уже при 37°С с возрастанием пустотности всего на 4% оказываются разорванными 50% этих связей [Колясников, 1995]. Их кооперативный характер обеспечивает разрыв всех четырех внешних Н-связей тетрамера [Антонченко и др., 1991]. Далее каждый вышедший из полимера тетрамер, лишаясь жесткого давления соседей, слегка расширяется и заполняет одну из пустот в сосуществующем ажурном каркасе

Рис. 6. Хиральность водных тетрамеров в проекции на плоскость. Условные обозначения см. на рис.3. Вертикальная линия - ось зеркальной симметрии. Внизу - L (левые) и D (правые) тетрамерные цепочки связанной воды как носители информации Рис. 7. Структурные единицы льда, жидкой фазы и надкритического водного пара. Внизу - идеальный разжатый вид, вверху - природная форма, суперсжатая для тетратетрамера и тетрамера кооперативом из шести Н-связей Рис. 8. Ключ (слева) и водная матрица генетического кода. 12 стереокомплементарных пар водных триплетов в составе тетрамерных цепочек (считывание снизу вверх; первая молекула отвечает пептидной связи); выделены начальные (Inic), лево- и правовращающие, нейтральные (О) и терминирующие (Term) пары Рис. 9. Фрагмент тетрамерной цепочки связанной воды с триплетами фенилаланина слева и лизина справа. В центре терминирующий тетратетрамер, блокированный активным димером. Длина звеньев около 1 нм. Стыки звеньев - места удаления дитетрамеров пептидной связи   воды, что продолжается вплоть до точки кипения, на подходе к которой оказываются разжатыми все тетрамеры воды. Примерно то же происходит при плавлении льда, когда после изгиба Н-связей между тетратетрамерами начинается их разжатие с перестройкой евклидовой графито подобной структуры в скрученную «кварцевую» [Бульенков, 1991]. Такая интерпретация близка к двухструктурной модели О.Я. Самойлова, только здесь вместо статичных Н2О «рабо­ тают» супердинамичные H8O4 и особенно Н32О16. Наконец, аномально большими теплотами плавления льда и кипения вода обязана только сильно эндотермичным изгибу, разрыву Н-связей и разжатию выделенных структурных единиц предыдущего агрегатного состояния на фазовых переходах с одновременным уплотнением структуры, что объясняет прочность поверхности воды и особенности кавитации. Отсюда следует, что никакого поверхностного натяжения между молекулами у воды нет, а стальная игла может лежать не на натянутых Н-связях, а на более плотно упакованных молекулах разжатых вверх тетрамеров. Парадокс с возрастанием заселенности пространства до максимальной наиболее ярко проявлен в ряду метастабильных льдов. Однако в «Н2О- моделях» он настолько непонятен, что объясняется странной трансформацией исходной, наполовину пустой структуры обычного льда в две взаимопроникающие, но не взаимодействующие между собой решетки [Эйзенберг, Кауцман, 1975]. Хотя в нашей модели на фазовых переходах между льдами I-II и VI-VII увеличение числа молекул в 16 раз и уменьшение их объема в 4 раза должны дать четырехкратное уплотнение, но половина этого эффекта компенсируется заполнением той самой пустоты решетки льда I. Поэтому заселенность пространства уже во льду VII приближается к плотнейшей упаковке мономолекул с удельным весом более 1,6 г/см3. Легко показать, что аномальность воды и по другим ее характеристикам обязана данному феномену, на основе которого попробуем представить, как возникала Жизнь.

 

К тайне начала биопоэза

Сейчас наука возвращается к гипотезе Р. Декарта об изначально горячей Земле. Именно с таких позиций пытались воссоздать появление Жизни в ранее возникшем первородном океане Дж. Холдейн, А.И Опарин, Дж. Бернал [1969]. Автору кажется странным лишь то, что кристаллограф Дж. Бернал, первым еще в 1932 г понявший подобие структур воды и кварца с его правыми и левыми ристаллами, не догадался перенести это уникальное, по В.И. Вернадскому, свойство - диссимметрию - на воду. Итак, что же происходило на Земле 4 млрд лет назад?

По мере остывания планеты ее плотный облачный покров, подобный современному венерианскому, опускался все ниже и ниже. Из облаков проливались горячие грозовые ливни, но поначалу они выкипали на лету. Наконец, дождевые капли стали достигать по­верхности, но они падали и тут же вскипали. Это продолжалось достаточно долго, вплоть до того знаменательного момента, когда одна из них не выкипела целиком, упав, следовательно, на максимально охлажденную точку горячей протокоры, с которой и начался стремительный рост гидросферы. В составе тонкой пленки первородного бульона имелись все нужные для синтеза предбиологической органики компоненты, хотя сама вода была тогда в дефиците. Здесь необходимо отметить, что синтез рацемической органики мог идти, по А.И. Опарину, под действием ультрафиолета и грозовых разрядов еще в атмосфере и сразу во многих каплях. Но при их вскипании первичная органическая смесь неизбежно разрушалась.

В той первой капле в подкипящем состоянии (250-200°С и 50 атм) первая тетрамерная спиральная цепочка воды, закрепленная на жестком силикатном субстрате (это определило дальнейшую судьбу и роль кремния в биосфере [Воронков, Кузнецов, 1984]), совершенно случайно оказалась левовращающей. Однако с той же вероятностью она могла быть правой! На ней была синтезирована первая аминокислота (АК), которая уже не случайно получилась левовращающей. К первой тетрамерной цепочке присоединилась вторая, тоже левая, как и синтезированная на ней АК, так что все последующие АК становились левовращающими в первой и сливавшихся с лидером более поздних каплях. Подобная хиральная чистота синтезирующейся аминокислотной органики является обязательным условием зарождения Жизни [Гольданский и др., 1986].

Но одновременно с левовращающими разворачивались и правые тетрамерные цепочки, на которых позднее начался синтез менее термостойких сахаров - основы нуклеиновых кислот. Такой синхронный синтез полипептидов и полинуклеотидов сопровождался генерацией водных димеров и неумолимо вел к образованию сложных нуклеопротеидных комплексов с записью в их примитивной РНК однозначного генетического кода. Но как конкретно производилась запись на тетрамерных цепочках воды, и почему в строении белков участвуют всего 20 АК?

В водной матрице генетического кода его ключом служат четыре типа молекул, кодирующих азотистые основания нуклеиновых кислот (рис. 8, с. 36). Последовательности молекул AU, АС, UA, UG, GA, GG, CU, СС очевидно запрещены ввиду одинакового заряда в точке их Н-связи. Это сразу сокращает число триплетов принятого сейчас вырожденного генетического кода (64) наполовину, упрощая его. Остальные 32 варианта распределены в рацемичной воде по 16 лево- и правовращающих цепочек. А ведь из 20 природных АК именно 16 являются левыми, глицин нейтрален, а глутаминовая кислота обладает правым вращением плоскости поляризации света. Еще две АК имеют по два противоположно вращающих атома углерода, причем для треонина экспериментально доказана внутримолекулярная их компенсация, а у изолейцина правый центр имеет преимущество [Ленинджер, 1976].

Однако объективно можно набрать 20 левовращающих тетрамерных цепочек воды, четыре из которых вроде бы оказываются лишними. Две из них с кодонами правовращающих АК в составе левых цепочек не могут кодировать ни одну из известных АК и потому инициируют синтез белка. Другая пара, и только она, имеет на обоих концах одинаковые молекулы G..G и С..С и заряды. Следовательно, лишь эта пара может включаться в цепь синтеза равноправно обоими концами, но если в заданном направлении она кодирует изомеры Pro-Ser (редкие в нас оксипролин-орнитин?), то в обратном тетрамер не может развернуться в цепь ни влево, ни вправо. что останавливает синтез белка.

Только после появления в журнале «Природа» знаменитой статьи [Меклер, Идлис, 1993] о стереокомплементарности АК, якобы ответственной за самоорганизацию белков, это свойство без труда обнаружилось в нашей водной матрице (см. рис. 8), в которой находят отражение и объясняются все до сих пор непонятые нюансы генетического кода [Колясников, 1997]. Именно ее строгая однозначность могла обеспечить универсальность кода для всего живого на Земле все 4 млрд лет многотрудной эволюции биосферы, что есть ярчайший пример уникальной памяти воды, но не обычной объемной, а квазикристаллической, связанной.

Итак, главным фактором хирального очищения органики и возникновения генетического кода живого вещества Земли могло быть лишь одно из необычных свойств воды, а именно ее собственная рацемичность (см. рис. 6), отсутствующая в «Н20-моделях». Отметим также, что в принятых сейчас сценариях биопоэза синтез рацемичной предбиологической органики, в которой были представлены левые и правые формы биополимеров, проходил в уже существовавшем океане, где позднее произошла так называемая хиральная катастрофа, когда вдруг исчезли правые АК и левые сахара [Гольданский и др., 1986]. В нашей же интерпретации все началось с самой первой капли, а в ней - с первой водной тетрамерной цепочки, и далее шла стремительная экспансия бульонной пленки с синтезом в ней сразу хиральночистой органики, что делает очень маловероятную хиральную катастрофу излишней.

На I мимолетном этапе горячей стадии биопоэза на первобытной водной матрице 4Н2О родилось единое живое вещество В.И. Вернадского - тонкая пленка одушевленного связанной водой густого кислого бульона, состоящего из глобальной объемной сети нуклеопротеидных комплексов, в котором синхронно шли и синтез хирально-чистой органики, и запись последовательности синтеза в первичном генетическом коде. Возникший в тех экстремальных бескислородных подкипящих условиях земной Солярис обладал жизненно необходимой способностью к ускоренному наращиванию биополимерной массы, благодаря непрерывной генерации водных димеров при синтезе белков - своего рода раковой тенденцией. Для такой термодинамически открытой системы важной особенностью была возможность отдавать излишки тепла через атмосферу в Космос, что спасало Солярис от губительного даже для него перегрева.

На II этапе произошла первая геологически документировантированная и уникальная в истории планеты вспышка базальтового вулказма [Колясников, 1998а], свободная вода которого стала разбавлять пленку уцелевшего в том катаклизме живого вещества, для которого она была чуждой. Это вынуждало нанофрагменты Соляриса изолироваться от нее путем образования мембран разного состава, причем самой первой мембраной была икосаэдрическая белковая капсула вирусов. Их разнообразная форма (шарики, многогранники, нанотрубки) предполагает, что именно на этом этапе шла структурная организация преджизни со сфероидизацией, геликоизацией, фиброляцией биополимеров. Другими словами, протобиологический организм, по Н.П. Юшкину, ближе всего стоит к царству вирусов. Так возник протовирусный бульон, или генетический меланж, информация о составе полибелков которого, скорее всего, оказалась записанной в ныне «молчащих» более 95% нашей ДНК.

Позднее, на III этапе горячей стадии, появились митохондрии и прионы, хлоропласты и плазмиды, первые клетки, которые функционировали на той же первичной водной матрице 4Н2О. Здесь нужно особо отметить, что непрерывно генерируемые при синтезе их биополимеров димеры воды могли блокировать сигналы конца синтеза и делали ненужными сигналы его начала (рис. 9, с. 36). Благодаря этой особенности первобытной матрицы скорость синтеза своеобразных полибелков возрастала в сотни раз, что свойственно и современным вирусам, бактериям, раковым клеткам.

Лишь в начале холодной стадии биопоэза, когда поверхность планеты остыла до 50-40°С, произошла перепись генетического кода на соразмерный уровень вторичной водной матрицы 4Н8О4 [Колясников, 1995], определяющий метаболизм многоклеточных организмов. Любопытно, что и сейчас ДНК может переходить, в зависимости от внешних условий, в разносжатые формы А и В [Габуда, 1982], соответствующие этим двум уровням. Именно на различении пер­ вобытной горячей и нашей холодной водных матриц может быть основан молекулярный механизм работы иммунной системы, которая обнаруживает вирусов и бактерий по димерному сигналу опасности. Универсальный противовирусный интерферон уничтожает димеры путем самогидролиза (как камикадзе), лишая патогенов главного преимущества, а лимфоциты синтезируют комплементарные чужому белку антитела и уничтожают их также путем гидролиза, сами при этом размножаясь. Уникальность юного ВИЧ, возможно, связана с тем, что он, дабы обойти пять ступеней защиты иммунной системы, приспособился к синтезу своих белков на нашей водной матрице, т.е. генерирует при этом не димеры, а дитетрамеры воды, и иммунная система принимает его за «своего». Повидимому раковые клетки выделяются среди нормальных неконтролируемым избытком димеров, которые, в отличие от дитетрамеров могут блокировать сигналы конца синтеза белка (см. рис. 9), что ведет к его ускорению, быстрому росту клетки и, как следствие, к ее неуправляемому делению [Колясников, 1995].

Что есть биополе?

Неординарные подходы к сущности Жизни Э. Шредингера, Э. Бауэра, А.Г. Гурвича, А.Л. Чижевского идеально согласуются только со сложнейшей трехуровневой, организующей живое вещество и его метаболизм, структурой связанной биополимерами воды буквально во всех нюансах. Именно она, будучи главным компонентом живого вещества (в среднем 80% веса), обладает, как мы сейчас знаем, всеми выделенными этими исследователями уникальными свойствами, которые заслуживают особого рассмотрения.

Каждую секунду в любом из нас происходит около 20 тыс. распадов радиоактивных элементов и изотопов, в которых генерируется жесткое излучение, слабеющее со старением организма [Зверев, 1982]. Кроме того, все наши клетки непрерывно излучают в ультрафиолетовом спектре [Гурвич, 1944]. Однако известно, что избыток ультрафиолета, который мы якобы получаем в озоновых дырах высоких широт (хотя поначалу сам озон атмосферы должен образоваться под действием этого излучения для того, чтобы потом его же и поглощать?!), вреден для организма, не говоря уже о внешнем гамма-излучении. В чем же дело? Ведь получается, что внутреннее излучение каким-то образом гасится или даже утилизируется, используется на благо организма [Войткевич, 1988]? Все эти вопросы в конечном счете упираются в проблему антиэнтропийной сущности Жизни, в загадочную ее способность активно сопротивляться «тепловой смерти», или обесцениванию энергии, не подчиняясь второму началу термодинамики и законам классической физики [Шредингер, 1972].

Здесь стоит обратиться к полной ярких открытий, особенно к физике, первой половине XX в. Все выдающиеся ученые уже тогда пытались объяснить феномен Жизни. Так, нобелевский лауреат Э. Шрсдингер излагал эту проблему в лекциях студентам Вены в годы войны и потом написал небольшую книгу «Что такое Жизнь с точки зрения физики?». Ответа найдено не было, как нет его и сейчас.

В то же самое время наши биологи Э. Бауэр (расстрелян в 1937 г.), А.Г. Гурвич, А.Л. Чижевский (был узником ГУЛА Га, когда его за рубежом выдвигали на Нобелевскую премию) пришли к выводу, что в каждом организме, в крови, в живом белке есть особая субстанция - протоплазма, которая обладает полимерным строением, диэлектрическими и поляризующими свойствами, находясь там в состоянии устойчивого неравновесия с избытком энергии [Бауэр. 1935; Гурвич, 1944; Чижевский, Шишина, 1969]. Но в их время о структуре воды почти ничего не было известно.

Только сейчас начинает проясняться, что проблема сущности Жизни заключается именно в связанном состоянии воды живого вещества, где она является главным дирижером всех биохимических процессов (такую воду называют еще квазикристаллической структурированной). Каждый биополимер, будь то белок или нуклеиновая кислота, накрепко связан с матричной для него квазиодномерной водной цепочкой и отделен вместе с ней от другого нанослоем обычной (точнее, полусвязанной) воды. Полимолекулярные цени квазикристаллической воды с прямыми и упругими Н-связями между звеньями длиной 0,28 нм представляют собой, в сущности, «ледяные» спиральные нити Бернала - Фаулера [Давыдов, 1986]. Они могут перейти в уникальное состояние квантовой жидкости с коллективно-резонансным взаимодействием, если молекулы будут колебаться с рентгеновской частотой [Колясников, 1998а; Физика..., 1980]. Тут-то и всплывает разгадка мистического исчезновения внутри нас непрерывно генерируемых гамма-квантов: смертельная доза энергии каждого единичного кванта мгновенно распределяется по упругим цепочкам между сотнями водных молекул, снабжая каждую из них мизерным избытком энергии, что заставляет ее биться в рентгеновском пульсе с несколько большей амплитудой Такой пьезоэлектрический нетепловой эффект подзарядки матричной воды на наноуровне, обеспечивающий динамичность, а стало быть и жизнеспособность связанного с ней биополимера в состоянии устойчивого неравновесия с избытком энергии, сродни накачке энергии в лазерах и вполне решает проблему «живого белка» в концепции Э. Бауэра [1935]. В ряде статей сборника, посвященного 100-летию со дня его рождения, есть обращения к электромагнитным и акустическим колебаниям в живых системах [Эрвин Бауэр..., 1993]. Но без привлечения кварцевоподобной структуры связанной воды, нитей Бернала-Фаулера, их способности к пьезоэлектрической трансформации и утилизации энергии двух видов колебаний [Давыдов, 1986] они остаются абстракцией.

Скорее всего, рентгеновский пульс связанной воды был задействован Природой уже 4 млрд лет назад, еще на этапе Соляриса, с разменной пьезоэлектрической утилизацией им энергии мощного жесткого излучения Космоса, как способа борьбы с перегревом [Колясников, 19986]. А сейчас наша кожа может, повидимому, воспринимать и утилизировать достаточно широкий спектр электромагнитных излучений, о чем свидетельствуют успехи лазерной, или квантовой, терапии. Биофизикам еще предстоит выяснить, как конкретно вода это делает, что сулит уже в недалеком будущем практически 100%-ную утилизацию человечеством пока почти понапрасну льющегося на нас нескончаемого потока лучистой энергии Солнца.

Даже краткий обзор проблемы сущности Жизни неизбежно подводит нас к мысли, что ее неподчинение классической физике макромира обусловлено тем, что связанная вода клеток и протоплазмы, составляющей в нас до 60%, живет по канонам микромира, подчиняясь законам квантовой механики (как сверхтекучий гелий при температуре -270°С, или 3К). Но в таком случае Жизнь и не должна вписываться в термодинамику макромира! Поскольку сверх­ проводимость и другие необыкновенные свойства присущи именно квантовым жидкостям [Гинзбург, 1995], можно думать, что связанная вода в нас и является такой сверхпроводящей системой при 300-315 К, по бесчисленным цепочкам которой в нервных волокнах сигналы передаются в виде волн-солитонов ультрафиолетового и инфракрасного излучений, а также пар электронов практически без потерь энергии [Давыдов, 1986]. И только такая квантовая жизнь
воды в нас на трех уровнях ее организации создает утонувшее сейчас в мистике «актуальное биологическое поле» А.Г. Гурвича [1944]. Ведь именно ее фазовые переходы сопровождаются теми самыми ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями, кванты которых мы все время и поглощаем и излучаем, так сказать, светимся аурой, в том числе девять дней после смерти. Даже слезы из глаз покойника есть метаморфозы все той же связанной воды, становящейся свободной, обычной.

Также может статься, что открытые (например, лазерные) и еще неизвестные перспективные технологии наноуровня с трансформацией лучистой энергии всего диапазона на биомембранах в другие ее виды Природа начала применять в зарождавшейся Жизни уже 4 млрд лет назад и совершенствовала их на протяжении всей эволюции биосферы. Но чтобы понять их молекулярный механизм, надо перестать относиться к воде как к примитивной аш-два-о.

Однако только в этом году автор окончательно осознал, что в биогеосфере вообще нет ни одного природного процесса, где бы вода не была главным дирижером. Так, в теории растворов идея О.Я. Самойлова о положительной гидратации объясняется способностью структурных единиц воды и льда включать в свой центр при разжатии его пустоты соразмерные ей ионы - продукты гидролитической диссоциации. Отрицательной гидратации отвечают ионы большего размера, но при нагреве раствора она переходит в положительную, так как размер пустот возрастает. Более того, под воздействием непрерывно атакующих воду квантов электромагнитных излучений ее структурные единицы, аномально сжатые кооперативом из шести внутренних Н-связей и соседями, обязательно должны пульсировать в объеме, или «дышать» (см. рис. 7), что облегчает их интеркалирование, подобно фуллеренам, и стабилизацию ионами в таком разжатом состоянии. Скорее всего, это их «дыхание» обеспечивает саму возможность положительной гидратации, а в экспериментах еще больше расширяет валентные полосы в колебательных спектрах воды и льда [Структура..., 1966; Эйзенбеог, Кауцман, 1975; Вода..., 1985; и др.]. Например, экзотермическое растворение спирта в воде обязано образованию вокруг каждого радикала (С2Н5)+ структурной единицы льда, причем соотношение двух компонентов раствора 1:1 отвечает крепости непревзойденной русской водки, которая является идеальной, но интерниркалиованной талой водой! Быть может, алкоголикам, желающим избавиться от тяжкого недуга, нужно переходить на талую воду с каким-то безвредным для организма радикалом или ионом?

Даже в теории мышечного сокращения, имеющей давнюю историю и еще далеко не завершенной, несмотря на четырех нобелевских лауреатов, но упорно не обращающейся к структуре воды [Давыдов, 1986; и др.], главным «двигателем» может оказаться связанная вода. Ее полицепочки 4H8O4, присоединенные концами к миозиновым и актиновым нитям миофибрилл (мышечные клетки), при появлении ионов кальция поочередно сворачиваются вкупе со вспомогательными белками в тетратетрамеры, чем обеспечивают скольжение нитей друг относительно друга с теоретически возможным сокращением мышц в 3 раза (1,4 нм -- 0,45 нм, см. рис. 9), выделяя при этом теплоту кристаллизации. Похоже, что в мышечных клетках задействованы все три уровня организации воды, разграничение сфер функционирования которых и есть главное предназначение биомембран. Хотя и работу мозга с его тремя «этажами» памяти проще объяснить этим же феноменом воды.

Наконец, загадочная антиэнтропийная сущность Жизни, сближающая ее с радиоактивными процессами, оказывается связанной с открытой еще В.И. Вернадским [1980] странной потребностью живого вещества к концентрированию радиоактивных элементов, скорее всего, с целью пьезоэлектрической нетепловой утилизации энергии их распада, о чем догадывался А.И. Перельман [Войткевич, 1988]. Тем более, что радиоактивными элементами и изотопами обогащена только наша биогеосфера, а в ней - граниты и исходные для них черные сланцы, на 10-20% состоящие из бывшей бактериальной биомассы [Неручев, 1982].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, непостижимо мудро организованная трехуровневая структура воды в нас позволяет, во-первых, реализовать стабильную матричную работу по синтезу белков в рибосомах на первобытном (вирусы, бактерии) и современном уровнях в стационарном режиме. Во-вторых, при фазовых переходах на мембранах с одного уровня организации квазикристаллической воды (межтканевые жидкости) на другой (клетка) и третий (органеллы) она обеспечивает напряженную во всех отношениях динамику и энергетику процессов жизнедеятельности любого организма, будь то бактерия или человек. Вполне понятное на данный момент незнание био­ энергетической роли связанной трехуровневой воды скрыло от специалистов по окислительному фосфорилированию тот факт, что энергия макроэргической связи АТФ (10 ккал/моль) совпадает с таковой образования тетрамера воды [Колясников, 1997]. Энергия же, запасенная в митохондриях, в 13 раз больше энергии анаэробного брожения в мышцах лишь потому, что в первом случае процесс сопровождается образованием димера воды (126 ккал/моль), а во втором - тетрамера (9,72 ккал/моль).

Остается только удивляться, как просто Природа манипулирует квазикристаллической водой в нас, наносекундно гоняя ее туда и обратно сквозь мембраны по всем трем, столь различным по энергосодержанию, агрегатным состояниям (горячий лед, вода и холодный кипяток), разворачивая и сворачивая тетратетрамеры и тетрамеры при строго постоянном температурном режиме нашего тела! Ведь свободная вода испытывает подобные переходы в интервале температур О-100°С., а в метастабильных льдах - при давлениях от 1 до 25 000 атм и более. И обо всем этом современная биология пока даже не подозревает, хотя давно открытое митогенетическое УФ-излучение генерируется, скорее всего, при сворачивании тетрамеров, а греющие нас и, прежде всего, мышцы ИК-кванты испускаются при образовании тетратетрамеров. Уровни их энергии различаются в 6-7 раз, что близко отношению теплот конденсации и кристаллизации воды.

Колымская ГЭС. Вода, которая проходит тоннелем из водохранилища и вращает турбины, вырывается наружу. Зимой при температуре -50 градусов Цельсия она долго не замерзает. Река ниже плотины в самый лютый мороз не замерзает на протяжении почти 70 км. Проходя сквозь турбины водяные аггрегации (макромолекулы) распадаются на мономеры Н2О.

Но вода в роли главного дирижера предстает к тому же явно недостающим звеном в концепции самоорганизации [Меклер, Идлис 1993; Удумян, 1994], в модной нынче синергетике. Да и наши мозги так хорошо соображают только потому, что почти на 90% состоят из воды, которая в связанном состоянии служит матрицей записи и хранения информации на все трех уровнях (оперативная, долговременная и рефлекторная память). Именно поэтому в компьютерных технологиях начинают использоваться биочипы [Давыдов, 1986], в которых работает не одна биомолекула, а еще и невидимый посредник - гидратная оболочка. Более того, автора повергла в шок попытка прикинуть, сколько же у воды может быть фаз? Даже в свободном состоянии она имеет 24 формы: по три в магмах и в тройной точке, 12 метастабильных льдов высокого давления и 6 - в отрицательной ветви температурной шкалы [Колясников, 1995], Но столько же фаз должна иметь и связанная вода, причем ее тройной точке в нас отвечает, повидимому, не просто 37°С, а межлетальный температурный интервал 27-42°С [Структура..., 1966], что свойственно фазовым переходам II рода в квантовых жидкостях [Гинзбург, 1995]. Ни одно вещество мироздания не обладает таким разнообразием состояний! Не исключено, что Природа в течение 4 млрд лет совершенствования живых организмов последовательно находила применение большинству из них. Действительно, простейшие организмы не погибают при охлаждении практически до нуля Кельвина (в анабиозе вполне возможно участие фаз аморфной твердой воды), а давление, достигаемое в центре глобулярных белков [Казаков, 1984], явно перекрывает диапазон такового метастабильных льдов. Да и морозоустойчивые деревья Севера осенью практически полностью избавляются от свободной воды, что дает им возможность выжить в анабиозе в условиях крайне низких температур [Структура.., 1966]. Стало быть, наша связанная вода и есть те самые странные, якобы искусственные, льды в виде одно- и двумерных кристаллов и пленок [Давыдов, 1986], «плавление» и «кипение» которых идут изотермически, но с возрастанием объема в 2 раза на каждом фазовом переходе, что резко повышает

межмолекулярное давление, вплоть до сверхвысокого, и чего нельзя сказать об объемной воде. Значение подобных фазовых переходов особо подчеркивает В.Л. Гинзбург [1995].

Таким образом, общее число вероятных водных фаз в нас может достичь 48, а квантовая жизнь связанной воды, рождающая сложнейшее по структуре биополе, сродни многоголосой органной симфонии, исполняемой на трех регистрах! Похоже, что открытым супругами Кюри более 100 лет назад пьезоэлектрический эффект кварца наиболее полно использован Природой именно в нашей многоуровневой иерархии связанной воды, начиная с глобулярного белка, ДНК и кончая автономными органами (например, отделы мозга, генерирующие биотоки и резонирующие на инфразвуковых частотах). И главная его цель - размен и утилизация энергии опасных излучений, что особенно касается нашей главной мембраны - кожи, которая, изолируя организм от внешней среды, впитывает извне энергию, чем обеспечивает сохранение внутри него бауэровского состояния устойчивого неравновесия связанной с биополимерами воды да еще с вечным избытком энергии. Именно кожа является, по-видимому, жизненно важной и своеобразной двумерной антенной организма, связывая его через пьезоэффект с электромагнитными полями внешнего мира. Поэтому наиболее тяжкой внешней травмой любого организма являются обширные ожоги кожи.

Получается, что вода, выдавшая цивилизации более 200 лег назад простоту своего химического состава, действительно сыграла с ним потрясающую шутку, скрыв при этом и скрывая до сих пор невероятно динамичную трехуровневую многофазовую конституцию, к пониманию которой мы лишь начали подходить. Только разобравшись в аномалиях воды, с наномеханизмами ее функционирования в нас, мы в конце концов научимся управлять этим невидимым гениальным дирижером, что сулит в недалеком будущем простые, но мудрые решения многих «больных» проблем медицины и в целом молекулярной биологии, на сегодня пока лишенной фундамента, во что и упирается неизлечимость многих болезней. Можно даже рискнуть предсказанием, что XXI в. станет для человечества веком обобщающей науки о наноминералогии воды с ее сложнейшей структурой и ведущей ролью в биоэнергетике, в создании биополей разного ранга, в мышечном сокращении, во всех геологических процессах непрестанно идущих в верхних оболочках нашей планеты с момента ее рождения. Именно полное знание о Воде дол жно, наконец, совершить давно назревший синтез или встречное движение, всех естественных наук в духе Тейяра де Шардена, В.И. Вернадского, Н.В. Тимофеева-Ресовского. Это созвучно давнему высказыванию В.И. Вернадского: «Мы должны работать не с физическими явлениями в чистом виде, а с физическими проявлениями биосферной реальности, которая одна доступна нам для эмпирирического исследования». Ведь только Вода имеет отношение ко все му в мироздании и в нашей биосфере - от абсолютного нуля до происхождения магм, полезных ископаемых и самой Жизни!

Открывающееся на наших глазах огромное «белое пятно» естествознания с удивительными и поистине безграничными возможностями ее Величества Воды заставляет преклониться перед гениями интуиции Фалесом Милетским и Леонардо да Винчи, которые, не имея, в отличие от нас, никаких экспериментальных данных, были глубоко убеждены в том, что Вода есть начало всему сущему на нашей голубой планете, ее живая кровь!

Читать продолжение