БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛЕГЧЕННОЙ ПО ДЕЙТЕРИЮ ВОДЫ И ЕЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Физика Водных Растворов

Приглашенный доклад

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛЕГЧЕННОЙ ПО ДЕЙТЕРИЮ ВОДЫ И ЕЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Лобышев В.И.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет Москва 119991, ГСП-1, Ленинские горы, дом 1, стр. 2 e-mail: [email protected]

Изучение биологических эффектов в воде с измененным изотопным составом началось сразу после получения концентрированной тяжелой воды D2O в 1933 г. Длительное время основная часть исследований относилась к эффектам, наблюдаемым в концентрированной тяжелой воде, но был опубликован также ряд работ с немного увеличенной концентрацией дейтерия, где были обнаружены неожиданно большие изотопные эффекты актива-ционного характера в то время как высокие концентрации дейтерия в воде всегда приводили к ингибированию различных функций вплоть до гибели организмов [1, 2]. К настоящему времени можно считать понятным механизмы кинетических и термодинамических эффектов чистой D2O. Существующее в природе фракционирование изотопов водорода при фазовых переходах воды позволило обнаружить активирующее влияние талой воды с обедненным количеством дейтерия [3-5]. С появлением технологии получения воды с облегченным составом, до 2 ppm по дейтерию, значительно выросло количество работ с измененным изотопным составом вблизи его природного содержания около 150 ppm. В большинстве случаев регистрируются значительные изотопные эффекты, в том числе немонотонного типа. При интерпретации результатов возникает вопрос о физических характеристиках воды с измененным изотопным составом.

Известно, что смеси H2O-D2O относятся к идеальным растворам. Самый большой изотопный эффект (около 20%) наблюдается в величине вязкости. В рамках идеального раствора погрешность измерения вязкости для различения обычной воды и воды с 4 ppm дейтерия должна составлять 0,00001 спз, которую нельзя достигнуть с помощью капиллярного вискозиметра. Используя частотный метод, мы изменили скорость ультразвука в воде с погрешностью 0,000001 м/с в диапазоне содержания дейтерия 4-125 ppm. Использовали воду, содержащую D=4 ± 1 ppm, 18O=849 ± 15 ppm, 17О=222 ± 3 ppm. Полученный график является линейным без аномального поведения [6]. Величины спин-спиновой релаксации протонов воды в интервале концентраций дейтерия 1953-4 ppm монотонно уменьшается от 1888 до 1710 мс, что значительно отличается от величины 347 мс, опубликованной в [7] и многократно цитируемой. Измерена также кинетика набухания семян гороха и шариков гидрогеля, которая оказалась неразличимой в воде 4 и 150 ppm. Теплоемкость воды Ср с увеличенной концентрацией дейтерия в интервале 0,1 - 1% дейтерия также оказалась линейной [8].

Полученные результаты показывают, что изменениями рассмотренных физических характеристик в воде с небольшим изменением содержания дейтерия относительно природной воды нельзя объяснить немонотонные биологические изотопные эффекты.

Литература:

[1] В.И. Лобышев, Л.П. Калиниченко. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. Наука, М., 1978.

[2] В.И. Лобышев. О проблеме влияния малых концентраций на биологическую активность. Актуальные вопросы биологической физики и химии, издательство Севастопольский государственный университет (Севастополь),2020, том 5, № 3, с. 390-398

[3] И.В. Торопцев, Б.Н. Родимов, А.М. Маршунина, И.О. Яфарова, В.И. Садовникова, И.Г. Лобина. Биологическая роль тяжёлой воды в живых организмах. Вопросы радиобиологии и гематологии. Изд. Томского ун-та, 1966, с. 118-126.

[4] J.D. Gleason, I. Friedman. Oats may grow better in water depleted in oxygen-18 and deuterium. Nature, 1975, vol. 256, N 5505, p. 305.

[5] В.И. Лобышев, И.А. Мельников, А.Д. Есиков, В.В. Нечаев. Исследование изотопного состава кислорода арктического дрейфующего льда в связи с проблемой активации роста микроорганизмов на границе тающего льда. Биофизика, 1984, т.29, вып. 5, с. 835-839.

[6] А. А. Киркина, В. И. Лобышев, М.Е. Асташев. Физические свойства легкой воды. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук, 2013, т. 12, №12-3, с. 37-39.

[7] V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko, I.D. Atamanenko, et al. Physicochemical properties and biological activity of the water depleted of heavy isotopes. J Water Chem Techn 2011; 33:15-25.

[8] Хун Юанькай, В.И.Лобышев. Измерение теплоемкости смесей H2O - D2O с помощью сканирующего микрокалориметра ДАСМ -4. Биофизика т.43, 1998, с. 364-365.