CC BY
28
Раздел V
ДИСКУССИОННЫЙ РАЗДЕЛ. ПИСЬМА В РЕДАКЦИЮ. РЕЦЕНЗИИ
УДК: 577 DOI: 10.12737/18503
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КИРАЛЬНОСТИ (ДИССИММЕТРИИ) БИООРГАНИЧЕСКОГО МИРА ЗЕМЛИ
А.А. ЯШИН
Тульский государственный университет, пр-т Ленина, 92, Тула, Россия, 300012
Аннотация. Киральность, равнозначное название - диссимметрия, биоорганического мира Земли есть фундаментальное свойство живой природы: от право- или левоориентированных биомолекул (ДНК, РНК, аминокислоты, сахара и пр.) до право- левоориентированной конституции человека и далее в мире неживой природы - право- или левовращающиеся галактики. Однако со времен Пасте-ра, первым заинтересовавшимся природой этого феномена, к сожалению, не предложено сколь-либо научно обоснованной и адекватной теории возникновения киральности живого мира, меж тем, такое обоснование актуально востребовано в биологии, медицине и других отраслях науки и практики. Разработанная автором электродинамическая концепция дает аргументированный и научно выверенный, логически противоречивый ответ на вопрос о механизмах возникновения диссимметрии биологического мира Земли. Во всяком случае, принципиальных возражений от видных российских ученых, которых автор знакомил с концепцией, не последовало. Приглашаем читателей «ВНМТ» к дискуссии.
Ключевые слова: киральность, диссимметрия, биоорганический мир, электроника, биомолекула, магнитное поле земли.
ELECTRO-DYNAMICAL CONCEPT OF CHIRALITY (DISSYMMETRY) OF BIO-ORGANIC WORLD
OF THE EARTH
A.A. YASHIN Tula State University, Lenin av., 92, Tula, Russia, 300012
Abstract. The chirality, synonymous - the dissymmetry, of bio-organic world of the Earth is a fundamental property of nature: from the right- or left-oriented bio-molecules (DNA, RNA, amino acids, sugars, etc.) to the right-left-oriented human constitution and further into the world of inanimate nature - right- and left-handed galaxies. However, since the time of Pasteur, who first became interested in the nature of this phenomenon, unfortunately, he did not offer any evidence-based and adequate theory of the origin of chirality of the living world. Meanwhile, such justification is relevant and demands in biology, medicine and other branches of science and practice. Developed by the author, the electro-dynamical concept gives a reasoned and scientifically verified, logically contradictory answer to the question about the mechanisms of emergence of the world's biological dissymmetry of the Earth. In any case, the fundamental objections of prominent Russian scientists, which the author introduces the concepts, did not follow. We invite the readers to "BNMT" to the discussion.
Key words: chirality, dissymmetry, bio-organic world, electronic, bio-molecule, the Earth magnetic field.
Биосферно-ноосферная киральность живого мира — важнейшее фундаментальное основание эволюции живого, действующее как на химическом, так и на биологическом уровнях сложности (ХУС и БУС). При анализе и исследовании причин диссимметрии биоорганического мира традиционно задается три вопроса [1-3]:
1. Когда произошло нарушение симметрии: на этапе космопланетарной, химической или биологической эволюции?
2. Что послужило причиной: действие ки-рального физического поля или спонтанное нарушение симметрии?
3. Что определило право- или левосторонние формы киральности конкретных биомолекул и в целом О-форму биоорганического мира: причинный или случайный фактор?
Из двух основных, гипотетически предполагаемых, причин нарушения симметрии наиболее уязвимо с методологических позиций спонтанное, то есть случайное, нарушение, ибо для возникновения кирально чистой среды автокаталитические функции ХУС должны обладать энан-тиоселективностью, адекватной селективности биохимических функций. Поэтому предпочтительно принимать во внимание действие кираль-ного физического поля, например, циркулярно поляризованного света на поверхности Земли.
Тот факт, что в естественных условиях такая поляризация практически, во всяком случае глобально, не встречается, еще не является доводом, ибо важно не наличие или отсутствие соответствующего ЭМП, но электродинамические процессы в конкретной материальной среде с конкретной поляризационной ситуацией.
Что касается конкретики форм кирально-сти различных биомолекул, то предварительные рассуждения таковы. Выбор формы киральности, например, I О) у ДНК и РНК, IЬ) у аминокислот, I О) у пепсиногена и т.п., скорее всего есть следствие не специфики этих структур, а изменения характеристик киральности воздействующего физического поля, скорее всего ЭМП, на исторический (биогеохимический) временной интервал формирования тех или иных макромолекул БУС. Это утверждение явно нигде не звучало, но априорно вытекает из всех предыдущих рассуждений.
В пользу этого говорит и то, что в зеркально апнтиподном гипотетическом живом мире (1Ь)-ДНК и РНК, I О)-аминокислоты и т.п.) су-
щество такого мира вовсе бы и не изменилось по сравнению с нашим.
Электродинамическая концепция была сформулирована нами , основываясь на следующих положениях.
Исходная посылка (понятно, кроме нашей неудовлетворенности существующими концепциями [2,3]) — наличие космопланетарного энантиоселективного фактора, а именно — полевого. Из всего обилия корпускулярно-полевых факторов данного класса максимальными факторами преимущества g обладают в ареале земной поверхности: а) солнечное излучение; б) геомагнитное поле Земли; в) продольно поляризованные продукты /¿-распада.
Из названных факторов последний — наиболее дальнодействующий, но он же, в отличие от двух первых, имеет и вселенский характер. Таким образом, остаются только два фактора, а тот момент, что эти факторы есть исключительная специфика каждой звездно-планетарной системы, позволяет утверждать, что во Вселенной непременно существуют (если они вообще существуют) живые миры с зеркальной асимметрией, антиподной нашей.
Звездно-планетарный сценарий в электродинамической концепции. Два основных глобальных поля, «генерируемые» Солнцем, создали Землю и жизнь на планете: гравитация в солнечной локализации из пылевого облака (типа кольца Сатурна) структурировала планеты, подготовив Землю к зарождению жизни, а солнечное излучение ее создало и поддерживает. Поэтому ЭМП солнечного излучения a priori участвовало во всех процессах структурирования биоорганического мира, поэтому было бы странным отрицать его роль в образовании зеркальной асимметрии этого мира.
С другой стороны, все живое возникло, эволюционировало и существует в ареале воздействия геомагнитного поля Земли (рис. 1). И опять же — было бы не менее странным отрицать его участие в структурировании живого.
Однако, как следует из предыдущего содержания работы, постоянное магнитное поле (а таковым в первом приближении является геомагнитное поле) однозначно не является энантиоселективным фактором; не является этим фактором и ЭМП солнечного излучения, коль скоро оно не является поляризованным. Очевидно, эти (доказанные) доводы и рассмот-
рение энантиоспецифичности обоих полей вне связи друг с другом, не позволили многочисленным исследователям причин асимметрии живого мира за более чем сто лет искать эту причину в специфике ЭМП солнечного излучения и геомагнитного поля Земли, причем — в соотнесении с космогонической конструкцией звездно-планетарной системы.
Рис. 1. Характеристики геомагнитного поля Земли ( ВВ — максимальное значение индукции вертикальной составляющей магнитного поля на магнитных полосах; в= — минимальное (нулевое) значение индукции горизонтальной составляющей магнитного поля на магнитных полюсах; вМэ — максимальное значение индукции горизонтальной составляющей магнитного поля на МЭ; В,Э — минимальное (нулевое) значение вертикальной составляющей магнитного поля на МЭ)
Рис. 2. Направление вращения Земли вокруг Солнца (а) и Земли вокруг собственной оси (б).
Направление вращения Земли вокруг Солнца и Земли вокруг собственной оси (рис. 2) изначально задано (тем же) направлением вращения нашей звезды вокруг собственной оси при косом падении частичек облака на «зародыши» планет последние стали вращаться вокруг собственных осей непременно — в силу законов механики — в ту же сторону, в какую они обращаются вокруг Солнца, то есть против часовой стрелки — для наблюдателя, находящегося на полюсе N Земли.
Таким образом, все планеты солнечной системы вращаются в одной плоскости ю (рис.
2) вокруг Солнца и в одном направлении; это же относиться и к вращению планет вокруг своей оси (это условие нарушается только для удаленных планет — для Урана, в частности). Как видно из схемы на рис. 3, при естествен-
{ Н}
ном допущении параллельности поля при падении на поверхность Земли, важнейший фактор при формулировке краевых условий задач электродинамики — угол между вектора-
{{, Н } {{}
ми I ' > и I >, изменяется, следуя по мери-
М,
диану Земли, от меридиана М 0 до М°', где ось 0,0'
В В — условная ось планеты, перпендикуляр-
ная плоскости ю, от
{Е,н}|| ¡Я}
на плоскостях
о,,о, {е,нк{я} а
В В до ^ > на условном экваторе Эусл.
На остальных, промежуточных условных широ-{{ н} @ {}
тах наблюдаем
Эусл и а = 90° + 0 — до
где а = 0 ^ 90°— до
О,
Рис. 3. Структура ЭМП солнечного излучения {е, н} и геомагнитного поля {н} ({N1 и {5} — географические полюса Земли; N и 5 — магнитные полюса Земли)
Теперь обратимся к законам электродинамики , в самом общем виде регламентирующим взаимодействие ЭМП, зарядов и постоянного магнитного поля.
Исходим из схемы воздействия полей на атомно-молекулярные соединения, не подвергаемой сомнению: если неполяризованное ЭМП солнечного излучения воздействует на такое соединение, уже имеющее тенденцию к разделению зарядов, то это ЭМП стимулирует дальнейшее разделение зарядов. Разделение зарядов в молекулярной структуре придает ей качество элементарного осциллятора, а далее на этот осциллятор, то есть заряд, действует магнитное поле.
Если исходить из того фактора, подробно описанного выше, что энантиоспецифичность действует и на ХУС, и на БУС, то первичное разделение зарядов следует обосновывать специфичностью молекул и образующих их элементов. В этом смысле опять же обратимся к элементам-кайносимметрикам, наличие определенного (минимально достаточного) набора которых в планетарном ареале полагается условием возникновения жизни, в первую очередь элементов 2р-кайносимметрии и особенно — углерода. Именно кайносимметрики, обладая жесткими электронными оболочками, обеспечивают сильную связь в молекулярных структурах, а неевклидова метрика стереохимии соединений углерода и обеспечивает «потенцию» к разделению зарядов.
Теперь напомним основополагающий закон электродинамики: допустим, что энергия [н] ЭМП вытекает из объема V через его поверхность 5 (рис. 4).
Рис. 4. К иллюстрации потока энергии ЭМП через поверхность источника
Поток энергии (мощность излучения) оп ределяется как
2=—é\EH \nds, 4п J L J
(1)
где n — нормаль к поверхности S.
В (1) а = -4—[ ЕН ] — вектор Умова-
Пойнтинга, а величину an ds, как это следует из рис. 4 и 1, следует трактовать как энергию ЭМП, проходящую в единицу времени через элементарную площадку ds, то есть а — плотность потока энергии.
А теперь обратим особое внимание на следующее очевидное допущение : при наложении на источник ЭМП (рис. 4) магнитостатического поля (то же самое справедливо и в отношении поля электростатического) diva = 0 и энергия ЭМП циркулирует «по замкнутому кругу», а согласно соотношению Эйнштейна и а = gc2 ( g — плотность количества движения) — такое поле тоже обладает массой и количеством
движения, то есть закон сохранения энергии можно записать в виде
dw ~dt
+ р + diva = 0,
(2)
где и> — объемная плотность пространства V; р — объемная плотность отдаваемой мощности.
Таким образом, из зависимостей (1), (2) и явления циркуляции ЭМП при наложении внешнего поля Н однозначно следует: первичная склонность атомно-молекулярной структуры к разделению зарядов далее, при наложении неполяризованного ЭМП солнечного излучения, инициирует разделение зарядов и придание структуре свойств осциллятора, который уже сам создает микромощные токи и поля, резонирующие с первичным ЭМП. Становясь источником элементарного ЭМП и будучи помещенным в квазипостоянное геомагнитное поле, молекулярный осциллятор, подчиняясь закону сохранения (2), должен отдавать свою энергию на круговую поляризацию собственно молекулярной структуры. Таким образом, при воздействии полей по схеме (рис. 3) возникает и постоянно действует энантиоселективный фактор, приводящий к нарушению зеркальной симметрии. Этот фактор в своей действенности нарастает на ХУС и, особенно, на БУС с усложнением молекулярных структур, ибо такое усложнение приводит к пропорциональному усилению разделения зарядов в молекулах.
Проанализируем с точки зрения законов электродинамики: при какой геометрии взаимного положения (взаимодействия) полей на схеме (рис. 3) наблюдается определенный выше эффект. Для этого рассмотрим движение заряда е (разделенного молекулярного заряда) в постоянном одномерном магнитном поле Н (геомагнитное поле).
Уравнение движения заряда (е — энергия «частицы, постоянная в поле Н ) имеет вид
4 f=-[VH ],
с2 dt с
(3)
где V — скорость движения «частицы».
В компонентах уравнение (3) запишется в
виде: vx = avy; vy = -avx;
v, = 0.
(4)
В (4) обозначено: а = ecH¡ е. В комплексной форме из (3) получаем:
d{Vx + ivy)= ~ia(vx + ivy) , (5)
откуда получаем: vx = v0t cos(ra t + a); vy = -v0t sin(ro t + a) , (6)
чальная фаза, а у0( у\ +
где а = уше , уы и а — вещественны и определяются в (6) начальными условиями: а — на-у0( =^ Ух2 + у2у — скорость «частицы» в плоскости (ху), остающаяся при движении постоянной.
Из (6), интегрируя, находим: х = х0 + г+ а); у = у0 + гсоъ(ю( + а) , (7)
где г = -У0£1 = СР£., (8)
ю есН еН
где р( — проекция импульса на плоскость (ху).
Из третьего уравнения (4) следует, что
уг = у0г; г = г0 + у0, (9)
а из соотношений (7) и (9) со всей очевидностью следует, что заряд движется в однородном магнитном поле по винтовой линии с осью вдоль магнитного поля и с радиусом г (8).
Скорость «частицы» при этом постоянна; в случае у0г = 0, то есть когда заряд не имеет скорости вдоль поля, он движется по окружности в плоскости, перпендикулярной к полю Н .
Анализируя соотношения (1) — (9) и оценивая эффекты, описываемые ими, приходим к схеме полей, представленной на рис. 5.
Рис. 5. К иллюстрации винтового движения заряда в структуре коллинеарных векторов о и Н .
Справедлива.
Теорема 1. При одновременном воздействии неполяризованного белого (солнечного) света и квазипостоянного магнитного поля, причем вектор распространения света и линии геомагнитного поля коллинеарны, на молекулярные структуры химического и биологического уровней сложностей, имеющие в своем составе по-преимуществу атомы элементов- кайносимметриков, возникают и поддерживаются энантиомерные конфигурации, причем возникновение в биогеохимическом времени эволюции - или -форм киральности молекул определяется знаком направления магнитного поля в текущий, долговременный период биогеохимического времени эволюции.
Доказательство теоремы приведено выше.
Комментарии к электродинамической концепции возникновения киральности. Для современного состояния (то есть угла а = 23°26' между
осью вращения Земли {N5} и осью О,О,, перпендикулярной плоскости эклиптики), как следует из рис. 6, зоны энантиоспецифичности, согласно электродинамической концепции, представляют собой два криволинейных кольца — северное Км и южное К, концентричных с осью {N5}, каждое шириной I = ф(а, у), где у — параметр квазилинейности геомагнитного поля; то есть по ширине I колец К^ и К кривизна геомагнитного поля полагается незначительной. По нашим оценочным расчетам I и 400^600 километров.
Рис. 6. К иллюстрации зоны энантиоспецифичности солнечного излучения в двух крайних (а, б) положениях Земли на орбите вращения вокруг Солнца (обозначения соответствуют приведенным на рис. 3)
Указанное на рис. 6 географическое расположение «колец энантиоспецифичности» подтверждает, в частности, давно бытующее в науке мнение, что ареалом первоначального возникновения живого на Земле были именно приполюсные (на уровне Северного и Южного полярных кругов) области. Библиографию источников не приводим ввиду их многочисленности.
Ниже мы еще вернемся собственно к электродинамическим аспектам концепции. Пока же следует ответить на основной вопрос, возникающий после формулировки электродинамической концепции, а именно: как объяснить наличие - и -форм киральности поля
как на БУС, так и на ХУС, ибо формулировка теоремы 1 в соотнесении с иллюстрацией на рис. 6 предполагает возможность возникновения строго только одной формы, определяемой (неизменными) направлениями вращения Земли вокруг оси {N5} и вокруг Солнца?
Из сформулированного выше вытекает и второй вопрос: чем объяснить все же имеющее место преобладание -формы киральности живого мира? Строгого, с привлечением математических соотношений, ответа на эти вопро-
