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