Черты детерминированного хаоса в развитии сопровождающихся люминесценцией процессах в активированных перекисью водорода бикарбонатных водных растворах Текст научной статьи по специальности «Физика»

Черты детерминированного хаоса в развитии сопровождающихся люминесценцией процессах в активированных перекисью водорода бикарбонатных водных растворах

В.Л. Воейков, Е.В. Буравлева

Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова v109028v1@yandex.ru

Бикарбонатные водные растворы (БВР) находятся в устойчиво неравновесном (возбужденном) состоянии благодаря постоянному протеканию в них процессов с участием активных форм кислорода (АФК), в ходе которых генерируется энергия электронного возбуждения [1]. Перекись водорода в низких концентрациях активирует эти процессы. Помещенные в герметически закрытые сосуды активированные H2O2 БВР в присутствии флуоресцентного зонда люминола становятся не затухающими в течение многих месяцев источниками излучения фотонов (ИФ). Такие системы реагируют заметными изменением интенсивности излучения на внешние факторы низкой и сверхнизкой интенсивности, например, на затмения Солнца и Луны, лунные фазы, геомагнитные возмущения.

Характер развития процессов в активированных H2O2 БВР нетривиален. После внесения H2O2 в БВР наблюдается вспышка ИФ, которая вскоре угасает, что и следует ожидать при исчерпании реагентов (перекиси и люминола). Однако через несколько часов ИФ начинает возрастать, многократно превышая исходные значения. Система движется в направлении неравновесного состояния благодаря развитию в активированных ВБР цепных реакций с вырожденными разветвлениями с участием АФК (реакции «горения»), в ходе которых генерируется энергия высокой плотности. «Топливо», которое может обеспечить горение, не исчезая - это вода со свойствами восстановителя, входящая в состав «воды зоны исключения» (G.H. Pollack) [2] или «когерентных доменов» (E. del Giudice) [3]. Мы предполагаем, что бикарбонат выступает в роли катализатора окисления воды активным кислородом.

I, имп/сек

Номер пробирки

Рисунок 1. Излучение из пробирок, заполненных растворами из одного сосуда через 20 мин (столбики с косой штриховкой) и из тех же пробирок через 24 часа (столбики с горизонтальной штриховкой).

Динамика изменения «разброса результатов» в наборе образцов, полученных из одного раствора, также необычна. Сразу после распределения аликвот исходного БВР по отдельным пробиркам относительное стандартное отклонение от среднего значения интенсивности ИФ составляет 5-10%. Уже на следующий день различия между «параллельными пробами» резко возрастают (Рис.1). Через несколько дней стандартное отклонение достигает 50-80%, но затем различия начинают сглаживаться, и стандартное отклонение снижается до 10-20% от среднего.

Максимальная вариабельность интенсивности ИФ из разных пробирок наблюдается на стадии максимальной скорости роста интенсивности ИФ. «Разброс данных» представлен не гладким, а дискретным характером распределения результатов, наличием «разрешенных» и «запрещенных» неравновесных состояний нелинейных процессов, протекающих в БВР (Рис. 2)

/, имп./сек х'""

50000 40000

30000 20000 10000 0

Рисунок 2. «Расщепление» на группы значений интенсивности излучения из серии пробирок. Кругами обведены 2 основные группы образцов с близкими значениями интенсивностей излучения.

Экспериментальная система проявляет многие черты «детерминированного хаоса», стремящегося к некоему аттрактору. Значительный «разброс результатов» между параллельными пробами и дискретный характер распределения экспериментальных результатов подобны открытым С.Э. Шнолем «макроскопическим флуктуациям» в разнообразных физических, химических и биохимических системах [4]. Однако в отличие от исследованных С.Э. Шнолем систем, в нашей экспериментальной модели «разброс результатов» является не постоянной, а закономерно меняющейся величиной для каждого набора одинаково приготовленных образцов (сначала - рост, затем снижение «разброса»).

Сравнительный анализ динамики изменения свойств в дискретном наборе индивидуальных образцов показывает, что подобным образом ведут себя многие развивающиеся, т.е. самоорганизующиеся биологические системы. Это явление именуется в биологии эквифинальностью, т.е. «стремлению» сходных биосистем, развивающихся изначально по разным траекториям, постепенно конвергировать, приближаясь к одинаковому состоянию [5]. Выясняется, что это явление характерно и для «простейшей» динамической водной системы - бикарбонатной водной системы, которая в известном смысле является прототипом живых систем.

[1] В. Воейков и др. Устойчиво неравновесное состояние бикарбонатных водных систем, Журнал физической химии, 86, стр. 1518- 1527, (2012).

[2] G. Pollack, The Fourth Phase of Water (Seattle, WA, Ebner & Sons Publishers),(2013)

[3] N. Marchettini, E. DelGiudice, V. Voeikov, and E. Tiezzi, Water: Amedium where dissipative structures a reproduce dbyacoherent dynamics, J. Theor Biol. 265, p. 511-516,(2010).

[4] С. Шноль, Космофизические факторы в случайных процессах. (Stockholm. Swedish physics archive), 388 pp. (2009).

[5] К. Бэр, Избранные работы. Перевод с предисловием и примечаниями Ю.А. Филипчен-ко, (Л.:Государственное издательство), 144 с. (1924).