Физические основы жизни

    Курик М.В. Марценюк Л.С.  Украинский институт экологии человека

В монографии рассмотрены современные физические  представления о самом главном  и  особенном явлении цивилизации – о явлении жизни.

Во все времена, с момента появления человека  как особого «продукта» Природы,  обладающего так  называемыми полевыми структурами – подсознанием, сознанием и сверхсознанием – человек  задумывался над самим  понятием жизнь, что  является основой такого явления, и  какое место или  положение в нем занимает сам человек.

История развития науки о сознании  свидетельствует  об истории развития самого понятия жизни.  Человечество вступило в новую эпоху – ХХI  ввек – и  можно попытаться  подвести некоторый итог  всего того, что дало  само развитие цивилизации   в развитие  понимания жизни.

Скромной попыткой провести такой анализ проблемы жизни, на основе  современных достижений науки, имеющей  отношение к пониманию основы нашего  бытия к жизни, делается авторами  настоящей книги.

Кратко рассмотрена история развития наук о жизни  и, основное внимание авторы  уделили положению физических основ явления жизнь. Отдав предпочтение в этом вопросе  науке – физике, основываясь на том, что «физика – наука  понимать природу» (американский физик Э.Роджерс).

Не претендуя на универсальность нашего подхода к анализу физики жизни  мы надеемся, что изложенный в книге материал  дает читателям объективный материал  оп проблеме, а главное, на что авторы надеются — даст  основание  к творческому анализу   феномена  -жизнь, который касается  каждого человека, как косметического феномена, и когда само развитие цивилизации   ставит глобальные проблемы  перспектива путей жизни человечества. 

Предисловие

Что означает слово жизнь

Прежде чем рассматривать что  первично – физика или жизнь, если так поставить вопрос, необходимо не жизнь выводить из физики, а физику из жизни. Идея базовая о том, что  в подходе  к изложению понятия жизнь   необходимо исходить из того, что физика  как наука сама исходит из науки и жизни.

Анализ из Интернета информации о понятии «жизнь»  в мире науки  все еще не сформулировано как   универсальное понятие. В основном все сводится как бы  к простой задаче – в чем отличие живого  от неживого. С развитием науки, сама природа  постоянно представляет исследователям  немало примеров того, что постоянно  расширяет рамки  существующих взглядов.

В словаре русского языка С.Ожигова (1985 г.) дается такое толкование слова жизнь: «совокупность явлений, происходящих в организмах, особая форма  существования и движения материи, возникшая та определенной  ступени ее развития».

Сегодня существует большое число  определений понятия «жизнь», отражающая различные аспекты этого понятия.

Анализ различных определений понятия «жизнь» можно свести  к наиболее основным: жизнь определяется носителем ее свойств, в частности белком; как  совокупность   особых физико-химических явлений; как  некий набор  обязательных свойств, без которых жизнь  считается невозможной.

Существует определение, что жизнь – это  активная затрата некой энергии , полученной извне, которая поддерживает и самовоспроизводит  структуру живого.

Научные  определения жизни

Слово определение означает дословно провести упорядоченную границу, которая  отделяет  определяемый объект явление или понятие от всего остального. В свою очередь, в философии  известен метод – диалектика, как способ мышления, позволяющий делать  определение на базе имеющейся  достоверной информации.

Качественные характеристики живого, сформулированы на основе диалектики, сделал  немецкий философ Ф.Энгельс [1]. Он дал классическое материалистическое определение жизни «Жизнь – это форма существования белковых тел, существенным моментом  которого является  постоянный обмен веществ с окружающей их  внешней природой и которая  прекращается вместе   с прекращением этого обмена вещества , ведя за собой разложение белка». Необходимо  заметить, что обмен веществ  есть и в случае  неорганических тел, однако в случае  органических веществ это основное условие их существования.

К авторам определения жизни,  Вейник В.А. [2] относит труды  советского биофизика Волькенштейна М.В. «Живые тела, существующие на земле, представляют собой  открытые , саморегулирующие и самовоспроизводящиеся системы, построенные из  биополимеров – белков  и нуклеиновых кислот». Затем  в 1936 г. другой советский физик   Иваницкий Г.Р. выделил основные признаки  живой материи: живые  организмы  характеризуются  упорядоченной иерархической структурой; это  открытие системы  получают энергии из  окружающей среды; и другие характеристики  живого…»

Однако, эти определения не дают ответа на  основной вопрос – как появилась жизнь на земле и каковы ее основные физические  особенности проявления.

Эпохальное открытие в  определении жизни  сделал Вернадский В.И., который на основе работ Пастера Л. И Кюри П. , свел вопрос о начале жизни к вопросу   начале  возникновения биосферы и пришел к  заключению о том, что жизнь могла  создаться только в среде   своеобразной дисимметрии.

Диссимметрией, свойственной жизни, Вернадский называл такое свойство  пространства  или другого связанного с  жизнью явления, для которого из элементов  симметрии существуют только оси  простой симметрии, но эти оси необычные, поскольку  у них нет равенства правых и левых явлений, вокруг них наблюдаемых. В среде   таким устойчивым является преимущественно одно явление – правое или левое. В дисимметрической среде, характерной для жизни является правая или левая симметрия. Дисимметрия  жизни проявляется не только в пространстве занятом жизнью, но и во времени, где   проявляется она.

Напомним, что в 1929 году Вернадский В.И. написал статью «Изучение явлений жизни  и новая физика» [3]. Он был одним из  немногих  ученых – естествоиспытателей, обладающих философски целостным взглядом  явление  микро- и макромасштаба . Он рассматривал жизнь, происходящую в условиях биосферы Земли , как на явление , связанное с устройством  Вселенной. По существу, Вернадский В.И. объединил учения Пастера и Кюри у всеобщий  закон о дисимметрии всего живого и связанного с космическими причинами. Сегодня мы имеем  закон  Пастера-Кюри-Вернадского, который определяет основное  отличие живой материи от неживого, состоящим в  наличии  дисимметри структуры  живого.

Пастер Л., Кюри П., Вернадский В.И, обобщая научные данные, пришли к  выводу, что для дисимметрии на Земле должны  быть космические причины.

Вернадский В.И писал: «Пастер признал  возможность  разного состояния   космического пространства и этим объяснил  проявление открытой им в живом веществе  диимметрии Кюри П.  сформулировал  основной  принцип дисимметрии, который  гласит: «В основе всякого явления, обладающего  дисимметрией должна лежать причина с такой  же  подобной дисимметрией». То есть, если  обнаружена дисимметрия в веществе, то она должна  быть и в энергетических процессах биосферы и в  окружающем ее космическом пространстве.

Утверждение ученых о космических причинах диссиметрии  подтверждено экспериментально  американскими учеными. В 2008 году на сайте НАСА была  опубликована карта Вселенской дисимметрии, автором которой является  космолог Жоао Магейжу, профессор  Кембриджского университета. Он дал название явлению «темная ось», которое проявляется  как в неравновесном количестве лево —  и  право – спиральных галактик в различных участках неба, так и в различном   количестве низко —  и высоко энергетических  элементарных  частиц – лионов, прошедших с определенных участков  космического пространства.

Дисимметрия во Вселенной, как и в  поле формы земли, так и во всем живом — это основное  космологическое условие  возникновения  и существования  жизни на Земле.

В 1931 году Вернадский писал, что «геохимическое  изучение  жизни заставляет обратить внимание, самое настойчивое, на  работы Пастера Л. и пути, им указанные, об особом характере занятого жизнью, живимы организмами, пространства, на его  дисимметрию. Здесь с помощью изучения жизни мы   проникаем в свойства  окружающего нас  мира более глубоко и по-новому, чем это делает  физика».

У Вернадского В.И. было несколько иное понимания явления диссимметрии, чем у Пастера Л, что видно из его известной работы «Научная мысль как  планетарные явления».

Правизна и Левизна  геометрически проявляются только в пространстве,  в котором векторы полярны и эпантионорфны.

Вернадский В.И.отмечал: « Возвращаясь к представлению о физическом  пространстве мы можем рассматривать кривизну –левизну, как  чрезвычайно чувствительный  индикатор физического состояния пространства . Этот индикатор дает резко  различную картину в основных группах  природных тел и природных явлений биосферы, в  живом веществе и в костной среде».

Вернадский В.И. в начале ХХ столетия много делал, чтобы организовать в России специальный институт, который бы занимался вопросами живого вещества и  проблемой дисимметрии в организме  и биосфере. К сожаленью, его мечте не суждено было свершиться,

Замысел В.И.Вернадского в конечном итоге не был реализован. Работы с живым веществом, как он их представлял, прекратились вместе  со смертью В.И.Вернадского. Кака он сам  выражался : «Никто не поднял выпавшую из  рук его нить»  (имелось в виду   прекращение работ по диссиммметрии после внезапной смерти П.Кюри»).

Во второй половине ХХ века к вопросу левизны и правизны в живых организмах близко подошел Кизель В.А.. В своей книге «Физические причины диссимметрии живых систем», он ссылаясь на работы Пастера Л и Кюри П.  пытался разобраться  в причинах  и механизмах возникновения  и поддержания диссимметрии в живом веществе  от молекулы до живой системы в целом , в специфике, стереомолекулярных  и полевых взаимодействий, однако, проблема так  и осталась им не раскрытой.

С научной точки зрения физики в первую очередь считают , что жизнь появилась  в результате «Большого взрыва»  который породил материю, пространство и время» и зародилась  жизнь. Не претендуя на выяснение истины проблемы происхождения жизни, отметим здесь одну весьма важную , с нашей точки зрения,  работу, которая почему-то  незаслуженно забыта.

В 1928 ггоду австрийский астроном В.Швиннер выступил с новой  обработкой  известной гипотезы об  образовании Луны  из вещества Земли в далекие догеологические времена . Он связал  образование  основной впадины Земли –Тихого океана  с отделом Луны  от Земли , считая, что это  событие состоялось более миллиарда лет тому назад.

Швинер считал, что отделение Луны  произошло в связи с известным   явлением приливов  и отливом  благодаря особому  распределению масс в нашей планете до этого события  и определенному характеру собственных колебаний Земли. При совпадении  явлений резонанса между  волнами приливов  и отливов  и собственными дрожаниями планеты: произошел колоссальной силы единичный толчок приливных волн  и земных масс, которые привел  к отделению части земной массы  и образования Луны.

Эта гипотеза о выделении Луны из Земли  позволяет просто  объяснить появление дисимметрии земной коры, которое  проявилось в неравномерном распределении на земной  поверхности суши и моря, скопления в  одной впадине всей массы воды, в основном   сосредоточенной в Тихом океане, месте откуда ушло вещество Земли. С этого времени  образовалась биосфера Земли.

На основе такого образования биосферы, Вернадский предположил, что именно в это время  на нашей Планете возникли  условия диссимметрии, которые  и характерны для жизни. Отделение Луны было связано со спиральным-вихревым-движением земного вещества,  должно быть правым, вторично не повторявшимся. Это важное  условие  и дисимметрическая причина, которая  в соответствии  с принципом Кюри, могла  существовать на поверхности нашей Планеты  и, это стало главным условием для   возникновения жизни.

Во время этого открытия Вернадского не было известно об открытии Янг Чжэньига (1922г.) и Ли Цзиндао (1926г.) , которые показали (1956г.) , что  испускание частиц во время радиоактивного распада возникает асимметрия b – распада, то есть, что существует  объективная причина диссиммемтрии в нашем мире. Эта работа в 1957 году была удостоена Нобелевской  премии по физике. Подчеркнем еще раз, что в 1942-43 годах Вернадский  предполагал, что  радиоактивные вещества обладают диссимметрией. Если закон Пастера-Кюри-Вернадского  выполняется, т.е. все  живое в мире  диссиммметрично, то можно  предположить  что и радиоактивные вещества  имеют какие-то свойства живого. По-видимому, на  это положение Вернадского следует обратить  самое пристально внимание, может, с помощью этого явления, мы сможем  исследовать новые особенности  жизни и соответственно по-новому  подойти  к проблеме  время – пространство живого, как особое четырехмерное пространство.

 Квантовая физика жизни

ХХ век ознаменовал себя как эпоха  зарождения новой физики – квантовой, когда рухнула классическая физика Ньютона  и на смену ее  появилась новая физика – квантовая физика.

Возникновение квантовой физики отразилось и на  отношении  естественных наук  к сущности жизни. Появились новые  направления науки  квантовые биология, химия, биофизика и даже  квантовая физика живого, в которых  с помощью новых, квантовых  представлений о живом, рассматриваются  различные аспекты  явлений жизни.

Первым кто откликнулся на это революционное  событие  в  научном мире  оказался Вернадский В.И.

Он  первый ученый, который  сформулировал тезис: человек – квантовая система  (в смысле дуальности структуры – материя и поле).

В 1943 году, основоположник квантовой  механики Шрёдингер Э, попытался объяснить жизнь с точки зрения физика. В своей  одноименно работе «Что такое жизнь? С точки зрения физика» [3] он писал: «Явная неспособность  современной физики и химии  такие явления  совершенно не дает  оснований  сомневаться в  том, что они могут быть  объяснены этими   науками  в будущем. Шрёдингер писал, что  все известное нам о структуре живой  материи заставляет ожидать, что  деятельность  живого организма нельзя свести  к  проявлению обычных законов физики. Он  подчеркивал. Что  структура живого отличается от всего  изученного нами до сих пор в физической лаборатории».

Основное свойство живого, в отличие от неживого, Щрёдингер видел в его  организованности и способности  противостоять  дезорганизующему процессу  возрастания энтропии, которому при температуре выше  абсолютного нуля  подвержены все неживые объекты. Носителем отличительных свойств живого он считал хромосомы – хранители плана  построения  и функционирования   организма.  А их устойчивость против  разрушения   он объяснял квантовыми связями между  элементами  хромосом. По-существу живые организмы  он считал  автоматами, снабженными  надежной памятью, в которую сама природа  заложили программу построения  и функционирования.

К сожалению, в изданиях книги Шрёдингера (два издания) во времена   существования СССР, при переводе, некоторые фразы  из иностранных изданий  были  опущены.  Это фразы Шрёдингера, которые, по мнению переводчиков, не  соответствуют взглядам   материалистов [ссылка 4, послесловие переводчика].

В издании 2002 г. [5] приведен полный  перевод книги.

Объяснить жизнь только законами естественных наук, в первую очередь  физикой невозможно, об этом не один раз  подчеркивали  в разное время  великие  физики.  Так великий физик Вигнер подчеркивал. Что  мы не можем объяснить жизнь, исходя из  физических законов. Ньютон  придерживался  подобной точки зрения.

К проблеме жизни, с позиции  физической науки, квантовой механики, обращался и создатель первой квантовой  теории атома , Нильс Бор  [5].

Несмотря на то, что за время второй половины ХХ века и начала уже ХХI века появилось много работ по объяснению особенностей  проявления  различных процессов в  живой материи, вопрос о самой  сущности жизни, ее зарождении  остался открытым.

 Жизнь – это одухотворенная вода

Слова вынесенные в заглавии этого раздела  принадлежат великому  ученому –итальянцу Леонардо да Винчи.

Зарождение жизни и ее проявление на земле  в различных живых средах, в формировании самого живого  лежит уникальное вещество, которое входит  во все структуры Природы – это вода.

Вода в  Природе – это вещество с уникальными  свойствами, которые не только   до сих пор не объяснены наукой  полностью, и далеко не все ее свойства   известны сегодня. Нет вещества более уникального  и загадочного, чем  обычная вода. Её свойства не поддаются закономерностям, которые характерны  для большинства веществ  в Природе, которые нас  окружают, и обусловлены  уникальностью  строения молекулы воды.

Вода является самой распространенной и самым важным минералом Земли, как будет показано дальше вода и  является жизнью, основой всего живого на земле. Общие запасы воды на Планете составляют  1338000км3. Из этого количества воды — 96.5% приходится на долю Мирового океана, 17%  составляют подземные воды; 1.74% ледовики  и постоянные снега [7].Общие  запасы  пресной воды  составляют только 2.53% от общих запасов.

Пресные водные ресурсы планеты существуют благодаря вечному  кругообороту  воды  в природе. Глобальный водообмен – это процесс испарения воды из  поверхности океана суши, переноса водных паров, их конденсации  с последующими осадками, перераспределения всех  состояний воды, что в конечном результате  приводит   к возвращению воды в океан.  В патриархальную эпоху на Земле  кругооборот воды, который  включает ливни, дожди, снегопады, наводнения и др., был, несмотря на  катаклизмы природы, благотворным для человека.  Дожди, талые воды орошают землю, приносят ей полезные   для растений вещества, оживляют постоянно  природную среду.

 Вода – структурный компонент живого            

Вода, как живая структура, всегда  находится во взаимодействии с теми  веществами, молекулами органического и  неорганического происхождения, с которыми она  контактирует. Это универсальный растворитель в природе.  В зависимости от  молекулярной структуры , природные  органические молекулы  образуют с водой  различные  упорядоченные  структуры (мицеллы, липопротеидные комплексы, мембранные структуры и др.  Практически все живые структуры  в природе представляют  собой  естественные лиотропные  кристаллы.  Для любой биологической структуры вода  является необходимым и весьма важным  компонентом.

Структура молекул задает структуру  биосинтеза молекул  аминокислот. Вода вместе  с аминокислотами  составляют структуру  главной молекулы организма человека – ДНК,  естественного лиотропного жидкого кристалла , в которой вода  определяет ее   функциональную активность.

Вода – это основной природный минерал, который определяет возможность  существования жизни на Земле, в том числе и  человека. Можно утверждать, что Природа, Космос в качестве основы жизни  избрали именно воду.

Жизнь зародилась в океане. В организме  матери плод развивается  в водной  среде. На протяжении всей жизни  вода необходима каждой клетке живого. Среда   существования клеток – это система  каналов   и канальцев, в которых  непосредственно текут   газ и жидкость. Жизнь – это  вечное движение   жидкости  между клетками  и в средине них.

В организме живой природы нет такой   ее части , которая бы функционировала   нормально при отсутствии воды в клетках .

Вода – носитель жизни в живом организме.

Вода организма человека – это внутриклеточная жидкость, межклеточная жидкость, внутрисосудистая жидкость, кровь, лимфа.

Удивительное соответствие наблюдается между составом воды и суши на Земле (2/3 состава – это вода) и в организме  человека практически такое же соотношение воды  и биологических молекул. Мозг человека  на 95 % состоит из воды, отдельные части его  содержат до 98% связанной воды, почки – 84%, сердце – 79%, легкие – 39,5, кости 22 % и кровь -90%.

Всего в организме человека содержится от 35 до 50 л  жидкости, из которой 20-25л содержится в клетках  и 15-20 л – это  межклеточная жидкость. Для организма человека  важной является  свободная жидкость, количество которой 5-10 л. Это  слюна – 0.5-2.0 л , желудочный сок – 2.5 л; желчь -0.5-2.0 л.,  сок поджелудочной железы – 0.7 л; кишечный сок – 3 л; спинно-мозговая та мозговая жидкость – 0.13 – 0.2 л; кровь в сосудах – 5 л; и лимфа – 2л.

Со всего объема воды, которую содержит  живой организм – 66% приходится на  клетки; 26% — на  межклеточное пространство, а кровь  содержит 8% воды.

Из приведенных данных однозначно следует, что  в живом  организме человека, как и в любом живом организме,   присутствуют самые разные  концентрированные    водные растворы  органических соединений.  В этих растворах основным  компонентом  является  воды, которая  специфически  взаимодействует  с органическими молекулами, образуя  различные структуры живого  и которые  определяют  само  существование живого.

К.Тринчер, по существу, подтвердил высказывание Леонардо да Винчи о жизни « Я пришел к выводу о существовании четвертого  термодинамического состояния воды или  проще говоря, «живой» воды. Я не буду приводить здесь  термодинамические расчеты, они однозначно свидетельствуют о том, что нельзя вынуть живую воду из клетки, и изучить ее вне  клетки невозможно. При попытке выделить ее оттуда она денатурирует, свертывается, разрушается – короче, превращается в неживую, внеклеточную воду. Возможно, в будущем  человеку удастся воспроизвести любой  неводный компонент клетки. Но единственное, чего ему никогда не повторить – это  внутриклеточная вода. Это и есть  субстрат жизни – material vitae.  То, что обычно именуют чудом» [8].

Литература

  1. Энгельс Ф. Диалектика природы //М.Партиздат ЦК ВКЛСОЗ 1934, 304с. ://www.lib.vsu.ru/elib/philosopky/b9802_f.doc.
  2.  Вейник В.А. Москва «Зачем Вселенной жизнь?» Рукопись. 12.08.2010 г. //Астрогалактика (через тернии к звездам) Публикация Кременчуцкого А.
  3. Вернадский В.И. //Изв. АН СССР. Сер. ОМЕН. 1931.т.30.403-437.
  4. Шредингер Э. Что такое жизнь  с точки зрения физики?  Пер. с англ. 1947. 146с.
  5. Шредингер Э. Что такое жизнь. Физический аспект живой клетки . Пер. с англ. Москва. Ижевск. 2002. 92 с.
  6. Бор Н. Физическая наука и  проблемы жизни. // Химия и жизнь. 1985.12. 29-33.
  7. Лизун Н.М., Микусевич В.Я., Курик М.В. Слободян О.В.  Питна вода „Прозора”. Украинский институт экологии человека, АДЕФ-Украина, Киев.2010.76с.
  8. Trinсher R. Wasser. Grundstructur des Lebens and Denkens. Herder@Co.Wien.1990.224.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.