CC BY
13ИССЛЕДОВАНИЯ САМОВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИИ ЖИВЫХ РАСТЕНИЙ
Коломиец1 А.А. школьник, Классен2 Н.В.
1- Средняя школа № 45, пос. Ямкино 2- Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, klassen@issp. ac. ru
DOI: 10.24411/9999-004A-2019-10066
На такой же конференции 2018 года мы сообщали об электрической активности древесных и зеленых компонентов растений, которая, с одной стороны, позволяет разработать автономные экологически чистые источники электроэнергии путем преобразования в электричество энергий ветра и солнечного света. С другой стороны, экспериментальное изучение поведения растений при механических деформациях, электрических и световых воздействиях показывает, что они способны изменять свои характеристики, когда интенсивность внешних воздействий превышает допустимый уровень, угрожая растению серьезным повреждением. Эти изменения характеристик поведения направлены на уменьшение опасности повреждения. Такие поведенческие перестройки мы в первую очередь регистрировали через вариации электрического сопротивления и электрических потенциалов ветвей и листьев при их механических деформациях, освещении, воздействиях электрических разрядов. Например, при обратимых изгибных деформациях веток возникающая в ней разность потенциалов по мере повторения циклов изгиб - распрямление монотонно возрастает от 50 милливольт до 700 милливольт, а ведь при этом амплитуда деформации при каждом цикле не изменялась. Похожим образом изменяются амплитуды электрических потенциалов при деформациях зеленых листьев. Сами по себе величины потенциалов, а также изменения их амплитуды показывают, что основная причина этого - перемещения электрических зарядов в водных растворах, заполняющих питающие микрокапилляры растений. Наблюдаемые одновременно с деформационными увеличениями потенциалов уменьшения электрического сопротивления измеряемых ветвей или листьев показывают, что они имеют электрохимическую природу, причем по мере увеличения количества циклов деформации в микрокапиллярах возрастает количество свободных электрических зарядов. Вероятно, при появлении опасности механического повреждения растение впрыскивает в капиллярную жидкость дополнительные заряды, перемещения которых, наблюдаемые по генерации потенциалов, направлены на компенсацию опасных уровней деформации стенок сосудов за счет подвода к ним этих зарядов, электрическое поле которых снижает величину
деформации стенок за счет встречной деформации целлюлозных стенок, обладающих высокой пьезоэлектрической активностью.
При облучении ветвей живых растений дуговыми электрическими разрядами их электросопротивление уменьшается, как и при деформации. Это тоже можно объяснить тем, что растение, защищаясь от угрозы разрушения, впрыскивает в капилляры дополнительные заряды, поле которых упрочняет стенки. Но при действии разрядов на зеленые листья иногда наблюдается обратное явление - увеличение электросопротивления зеленой ткани листа в несколько раз. То есть концентрация свободных зарядов в листе уменьшается. Мы предполагаем, что рост электросопротивления листа происходит, когда уровень электрического потенциала от внешнего источника превышает порог, выше которого электрическое поле приводит к разрушению. Тогда растение жертвует листом и за счет повышения его сопротивления, обусловленного оттоком свободных зарядов, изолирует побеги и ветви, на которых расположен этот лист, защищая их от электрического разрушения. Изучение электрохимических процессов в растениях выявило еще одно сильно изменчивое их свойство - вентильную асимметрию электросопротивления, напоминающую асимметрию полупроводниковых диодов. В данном случае она выражается в том, что электрическое сопротивление, измеряемой на отдельных участках ветвей или листьев, сильно зависит, от того, как направлена при измерениях разность потенциалов: от начала к концу (т.е. когда положительный полюс ближе к началу листа или ветки, чем отрицательный) или наоборот. Разница электросопротивлений при изменении знака разности потенциалов иногда достигала нескольких раз. Это означает, что, например, если при плюсе у начала сопротивление меньше, чем при минусе, движение положительных зарядов от начала к концу идет легче, чем в противоположном направлении. При этом оказалось, что знаки асимметрии данного участка ветви или листа в разные моменты времени различны. Тем самым в одном интервале времени растение облегчает движение положительных зарядов (например, протонов) от начала к концу, а в другом делает это же для отрицательных зарядов. Такое поведение можно объяснить непрерывными изменениями локальных распределений ионов, электронов и других электрически активных компонентов биорастворов растения, которые обусловлены происходящими в них биохимическими процессами. А для выравнивания баланса растение время от времени переключает знаки потоков положительных и отрицательных ионов.
Еще один признак самообучаемой «интеллектуальной» деятельности растения - перераспределения магния, составляющего сердцевину молекул хлорофилла, обеспечивающих наиболее важный компонент жизнедеятельности - фотосинтез глюкозы и других «строительных материалов» для роста тканей растения. Хорошо известно, что листья с наступлением осени желтеют, хотя, если надломить летом веточку дерева, оставшиеся на ней листья к осени засохнут, но останутся зелеными. Пожелтение означает, что задающий зеленую
окраску хлорофилл к осени разрушается. Отделяющиеся при этом атомы магния не впитываются в почву при падении пожелтевших листьев на землю, а уходят в ствол (и, вероятно, далее к корням), пока еще лист соединен с деревом. Подтверждение этого мы наблюдали, облучая зеленые листья красным лазером или синим лазерами, вызывающими разрушение хлорофилла. Под действием лазерного луча на листе постепенно образуется черное пятно, означающее, что здесь остался углерод, а остальные химические элементы отсюда перераспределились. Но на краю этого черного пятна постепенно образуется белая каемка. Локальный химический анализ этой каемки показал, что в ней преобладает оксид магния. Через один-два дня эта белая каемка рассасывается, а прожженный лазером лист, если он остается на живом растении, желтеет. Более того, далее желтеет не только облученный лист, но и весь поддерживающий его побег вместе с другими листьями. Такое поведение можно объяснить тем, что растение, получив от облучаемого листа сигнал о разрушении, забирает к себе магний как самый дефицитный компонент, необходимый для жизнедеятельности. А для страховки - не только магний от облученного листа, но и от его соседей.
Таким образом, живые растения могут служить не только источниками альтернативной экологически чистой электроэнергии, но и проявляют самобучающуюся «сознательную» деятельность. Это создает возможность формировать на основе живых растений или их компонентов модели мыслящих существ. Такое свойство растений представляет интерес для создания компьютеров нового типа, работающих не по фон-Неймановской схеме двоичного кода, а на принципах параллельного оперирования целыми понятиями, напоминающих работу мозга.
