Влияние звуковых и световых волн на структурные перестройки водных и водно-солевых надмолекулярных кластеров

Шеин А.А., Кершенгольц Б.М.           
Якутский государственный университет им.М.К.Амосова   

Influence of acoustic and light waves, and also biophysical device "Raisvet" on a degree of structurization permolecular water and water-salt clusters is investigated. Nonlinear dependence of the precip areas GDV-gramme of water and aqueous solution NaCl from frequency of acoustic waves is shown: 1) for concentration of 0,14 % NaCl the ranges of frequencies close to 6700 and 8700 Hz at which the precip areas GDV-gramme of salt solutions are reduced on 45-65 % are revealed; 2) for concentration of 0,28 % NaCl ranges of frequencies 4200÷6700 the Hz, lowering the precip areas from 50 up to 100 % are revealed; 3) for concentration of 0,56 % NaCl it is not revealed significant decrease in the precip areas. Influence of light radiation did not render influence on structural reorganizations water-salt clusters, resulting to liberation free from ions water cluster. Influence of the device «Raisvet» results in increase of a structurization degree of water clusters and to redistribution of water from water-salt clusters (at concentration NaCl  of 0,5 %) in aqueous and in diffusive state.

Введение:
С помощью ГРВ-камеры Короткова исследовано влияние звуковых и световых волн, а также биофизического устройства «Райсвет» на степень структурирования надмолекулярных водных и водно-солевых кластеров. Исследования носят не только фундаментальный, но и прикладной характер, поскольку классические мероприятия, проводимые в целях ослабления пагубного влияния (токсического и осмотического) ионов солей на растения, сводятся либо к фактическому снижению высокой концентрации ионов солей в почвенных растворах (применение дорогостоящего метода – ирригации), либо к созданию солеустойчивых форм растений. В связи с этим большой интерес представляют работы по воздействию на воду in vivo и в среде произрастания растений (почвенные растворы, поливная вода) [Дорохов, 1984] внешних физических факторов, в целях увеличения скорости всасывания воды,  доступности ее для растений даже из солевых растворов, изменения её респирации за счёт переструктурирования водных, а также водно-солевых кластеров.
Известно, что взаимодействие электромагнитных и иных излучений с элементами биосферы (по Вернадскому) происходит на молекулярном и надмолекулярном уровнях [Пресман, 1968]. Это может приводить к изменениям физико-химических характеристик, особенно, таких систем как вода [Кисловский, 1982]. Начальной стадией рецепции любого физико-химического фактора являются изменения конформации макромолекул белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов, а также пространственной кластерной структуры воды, размеры элементов которой на высоких стадиях структурообразования доходят до 1 мкм [Зенин, 1997]. При этом энергия внешнего воздействия может быть малой, а реакция организма вполне ощутимой, так как она является результатом функционирования системы «усиления сигнала», в основе которой лежит фундаментальное свойство живой материи – свойство кооперативности [Дорохов, 1984]. Биологические аспекты, обусловленные информационными взаимодействиями, зависят не от количества энергии (как в случае энергетических взаимодействий), вносимой в ту или иную систему, а от сигнала, несущего информацию и вызывающего только перераспределение энергии или вещества в самой системе. Таким образом, наблюдается управление происходящими в системе процессами. Можно предполагать, что живая природа в процессе эволюции использовала для получения информации об изменениях во внешней среде не только экзогенные [Пресман, 1968], но и эндогенные электромагнитные поля [Белоусов и др., 2003, Бурлаков и др, 1997].
Структура воды в разбавленных растворах длительное время после их приготовления претерпевает изменения и только через несколько суток приходит к стационарному диссипативному состоянию. Кластеры воды и водных растворов можно рассматривать как первичный приёмник воздействий слабых полей (рис.1), так как они являются неравновесными системами, способными к самоорганизации и, вследствие этого, чувствительные к слабым физическим воздействиям, включая электромагнитные поля. Воду рассматривают как посредник при слабых воздействиях на биологические системы [Lobyshev et al., 1999, Лобышев и др., 2000].

Рис.1. Иерархия структурообразования воды (кластерные элементы).

А. Модель ассоциата из 57-ми молекул (тетраэдр из четырех додекаэдров («квант»);
Б. Модель структурного элемента воды (шестигранное образование из 912-ти);
В. Расположение структурных элементов в ячейке воды (наименее способные к внешнему взаимодействию грани с нулевым общим зарядом образуют оболочку ячейки) [Зенин, 1997].

В настоящее время для исследований объектов живой и неживой природы применяются методы, позволяющие по измерению физических характеристик получать информацию о структуре (в том числе надмолекулярной) различных химических веществ, их растворов и смесей [Зенин, 1997]. Одним из них является метод газоразрядной визуализации (ГРВ) вторичных излучений (в том числе в видимой области спектра), генерируемых структурированной системой при действии на неё коротковолнового, миллисекундного электромагнитного импульса, усиленного газовым разрядом с визуализацией спектра вторичного излучения за счет компьютерной обработки данных [Коротков, 2001]. Параметры ГРВ-грамм, характеризующие вторичное излучение в видимой области спектра, отражают степень структурированности вещественного объекта и несут информацию о ней и ее изменениях при действии внешних факторов (рис.2).

Рис.2. Модель формирования вторичных излучений при трансформациях водных и водно-ионных структур под действием внешних факторов.
А – деструктурированная вода, Б – структурированные кластеры воды, В – водно-ионные образования.

Рабочая гипотеза методической части данной работы основывается на взаимосвязи параметров ГРВ-грамм с перестройками водных кластерных структур (рис.1.А, Б, В), а именно со степенью структурированности (соотношение структурирированной и деструктурированной воды) чистой воды и ее растворов. Теоретическая часть рабочей гипотезы: физические и химические  влияния на систему «вода-почва-растение» могут быть одним из факторов повышения подвижности и доступности воды для корней растений, т.е. формирования их солеустойчивости. Получаемые в ходе структурного преобразования перестроенные водные кластеры, последовательно взаимодействуя между собой, приводят к «насыщенным» матрично-поляризованным ячейкам, из которых формируется новое устойчивое информационно-фазовое состояние водной среды [Зенин, 1997].
Следует отметить, что в растворе любого электролита присутствует как минимум три принципиально различных варианта структурных образований – вода деструктурированная (состоящая из случайных ассоциатов и отдельных молекул), вода в составе кластеров и водно-ионные структуры (рис.2. А, Б, В).
Площадь засветки ГРВ-грамм растворов NaCl (как и других электролитов) определяется наличием двух из них (рис. 2 Б, В), причем водно-ионные образования вносят наиболее существенный вклад в степень структурированности воды (это отражается на значениях площади засветки ГРВ-грамм), хотя кластерные структуры H2O в составе водно-солевых образований упрощаются по сравнению с чистой водой.
Переход воды из состава водно-кластерного окружения ионов в диффузное, а затем в структурированное состояние (но уже без ионов), по-видимому, позволит повысить биодоступность воды даже при повышенных концентрациях ионов. Например, семена при проращивании будут испытывать меньший водный стресс (либо не испытывать его вовсе).
Основной целью данной работы является изучение воздействия экзогенных физических факторов (звука в диапазоне 200÷15700 Гц и видимого поляризованного света в интервале длин волн 400÷730 нм) на воду и растворы NaCl в концентрациях 0,14, 0,28 и 0,56% (аналоги растворов, создающих осмотическое давление в 1, 2 и 4 атм. соответственно) [Крогулевич, 1994]. Задача заключается в поиске внешних возмущений определенных характеристик, при воздействии которых степень структурированности заранее очищенной воды по сравнению с водой в составе раствора была бы статистически выше, поскольку только в этом случае осуществляется переход воды из водно-кластерного окружения ионов в диффузное состояние (с последующим структурированием уже в состояние несвязанных с ионами Na+ и Cl- кластеров воды). Нахождение таких параметров экзогенных физических факторов позволит применить их, например, в предобработке поливной воды, поскольку высокоструктурированная вода, не входящая в состав водно-кластерного окружения ионов, должна лучше усваиваться растениями.

Материал и методика:
Объекты исследования: дистиллированная вода, водные растворы NaCl концентрацией 0,14%, 0,28% и 0,56%. Исследуемые объекты до воздействия звуком или светом хранились в специальной коробке, экранирующей часть внешних (техногенных) электромагнитных излучений, создавая одинаковые начальные условия.
Воду и водные растворы NaCl различных концентраций подвергали «озвучиванию» в частотном диапазоне 200 ÷ 15700 Гц (с шагом 500 Гц) и «освечиванию» (с использованием прибора «Биоптрон», являющимся источником поляризованного света и имеющим в своей комплектации 7 различных светофильтров). Действие экзогенными физическими факторами проводилось в течение 10 минут, после чего проводилась съемка на ГРВ-камере. Параметры полученных ГРВ-снимков фиксировались и автоматически просчитывались с помощью компьютерной программы GDV Processor. Расчет данных проводился по отношению к воде-контролю (не подвергавшейся воздействиям) с помощью программы для статистической обработки Sigma Plot. Исследуемая характеристика ГРВ-грамм - площадь засветки (S) – абсолютная величина, измеряется в пикселях, характеризует степень структурированности воды (отношение структурированной в кластеры воды и воды, не входящей в кластеры).
В отдельном эксперименте в качестве источника воздействия на воду, ее растворы использовали изделие «Райсвет» [Аванесян, 2001].

Результаты и обсуждения:
На рис. 3. приведены результаты расчета площадей ГРВ-грамм «озвученных» воды и растворов NaCl в различных концентрациях по отношению к «неозвученной воде», характерна нелинейная зависимость от частоты звуковых колебаний. Найден диапазон частот, при которых начальные характеристики структурирования водных кластеров в составе дистиллированной воды статистически повышаются при снижении площади свечения ГРВ-грамм растворов NaCl (рис.3):
- для концентрации 0,14%
1) около 6700 Гц (снижение на 45% по сравнению с начальными характеристиками при одновременном повышении на 20% нормированного значения S/Sконтр для воды);
2) около 8700 Гц (снижение на 65% по сравнению с начальными характеристиками при статистически неразличимом от контроля нормированном значении S/Sконтр для воды).
- для концентрации 0,28%
1) около 4200 Гц (снижение на 80% по сравнению с начальными характеристиками при одновременном повышении на 10% нормированного значения S/Sконтр для воды);
2) около 4700 Гц (снижение на 100% по сравнению с начальными характеристиками при статистически неразличимом от контроля нормированном значении S/Sконтр для воды);
3) около 5700 Гц (снижение на 50% по сравнению с начальными характеристиками при одновременном повышении на 20% нормированного значения S/Sконтр для воды);
4) около 6700 Гц (снижение на 70% по сравнению с начальными характеристиками при одновременном повышении на 25% нормированного значения S/Sконтр для воды).
- для концентрации 0,56% NaCl в растворе влияние акустических волн на снижение S/Sконтр не выявлено, что связано с высоким ориентированием водных кластеров вокруг ионов Na+ и Cl-.
Например, в растворе NaCl концентрацией 0,14% на один ион приходится около 1200 молекул воды. Известно, что устойчивые водные кластеры («структурные элементы воды» [Зенин, 1997], рис.1.Б.) в своем составе содержат около 900 молекул воды, т.е. при возбуждении найденными звуковыми частотами происходят процессы, при которых часть воды выходит из окружения иона, что сопровождается не столько повышением степени структурирования воды, сколько существенным снижением площади засветки водного раствора электролита. Данные переходы объясняются тем, что при концентрациях 0,14% и 0,28% NaCl молекул воды, по-видимому, достаточно и для формирования водно-ионных образований (их вклад в общую структурированность после частотного воздействия становится меньше), и для существования несвязанных с ионами кластеров. Наряду с этим, вероятно, происходят не только количественные, но и качественные изменения водных и водно-ионных структур.
Вторая серия исследований связана с воздействием на воду и водные  растворы NaCl поляризованного светового излучения (рис.4). Использованы следующие светофильтры: красный (605-730 нм), оранжевый (595-605 нм), желтый (580-595 нм), зеленый (500-560 нм), синий (435-480 нм), фиолетовый (400-435 нм) и светофильтр, пропускающий весь диапазон световых волн, кроме УФ (400-730 нм) [Лурье, 1979].
Видно, что после 10-минутного воздействия спектра видимого света не вызывают статистически различимых от контроля изменений площади засветки ГРВ-грамм (степени структурирования) воды, при этом отмечено снижение на 50% S/Sконтр(0,28% р-р NaCl) при воздействии поляризованным светом в диапазоне 500-560 нм (зеленая область). Таким образом, «освечивание» (в исследуемом диапазоне длин волн) нецелесообразно применять для повышения содержания не связанных с ионами водно-кластерных структур в составе 0,14%-ного водного раствора NaCl.
В третьей серии экспериментов кюветы с водой, 0,14, 0,28 и 0,42% водным раствором NaCl экспонировали на биофизическом устройстве «Райсвет» 20-40 минут. При этом нормированное значение S/Sконтр  воды увеличивалось на 20-40%, в то время как нормированное значение S/Sконтр  вышеуказанных растворов NaCl снижалось на 80, 45 и 15%, соответственно.

Рис.3. Зависимость S/Sконтр воды и водных растворов NaCl концентрацией 0,14%, 0,28% и 0,56% от частоты звуковых волн.

Рис.4. Зависимость S/Sконтр воды и водных растворов NaCl концентрацией 0,14%, 0,28% и 0,56% от диапазона длин волны поляризованного света.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
1) Вода и водные растворы являются нелинейными самоорганизующимися системами, которые структурно перестраиваются (переструктурируются) при действии химических (NaCl) и/или физических (звуковые колебания, электромагнитное излучение) факторов.
2) Площадь засветки ГРВ-грамм жидкофазных объектов отражает структурные перестройки водных кластеров, происходящие при химическом воздействии на воду (влияние солей) и при экзогенных физических влияниях (свет и звук).
3) Воздействие звуковыми частотами (в диапазоне 6700-7200 Гц), а также биофизическое устройство «Райсвет» способно приводить к увеличению степени структурированности воды при существенном (от 40 до 100%) снижении степени структурирования водного растворов NaCl за счет перехода воды из водно-солевых структур в свободные от ионов водно-кластерные образования.
4) Применение волн светового диапазона для повышения степени структурированности водных кластеров нецелесообразно.
5) При повышении концентрации NaCl в растворе до 0,56% способность воздействия акустических колебаний на водные кластеры теряется ввиду прочного связывания водно-кластерных образований с ионами Na+   Cl-.

Литература:
1.    Аванесян В.П. Устройство для изменения свойств вещества и состоящих их них объектов // Патент РФ № 2177504 от 27.12.2001
2.    Белоусов Л.В., Бурлаков А.Б., Лучинская Н.Н. Статистические и частотно-амплитудные характеристики сверхслабых излучений яйцеклеток и зародышей вьюна в норме и при оптических взаимодействиях. II. Изменение характеристик сверхслабых излучений при оптическом взаимодействии разновозрастных групп зародышей // Онтогенез. 2003, том 34, №6, С.453 – 463.
3.    Бурлаков А.Б., Аверьянова О.В., Пащенко В.З., Тусов В.Б., Голиченков В.А. Лазерная коррекция эмбрионального развития вьюна // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 16, биология. 1997. №1., С.19 – 23.
4.    Дорохов Г.П. Перспективы применения электромагнитных полей в растениеводстве – Алма-Ата: Изд-во КазНИИНТИ, 1984. – 59 с., С.8,9,14,16-20,24, 31.
5.    Зенин С.В. Водная среда как информационная матрица биологических процессов // Первый Международный симпозиум «Фундаментальные науки и альтернативная медицина». 22-25 сентября 1997 г. Тезисы докладов. Пущино, 1997. С. 12-13.
6.    Кисловский Л.Д. Реакция биологических систем на адекватные ей слабые низкочастотные магнитные поля // Пробл. космической биол., 1982, т.43, С.148-166.
7.    Коротков К.Г. Основы ГРВ биоэлектрографии. – СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2001. С. 17- 19, 207 – 215, 281.
8.    Крогулевич Р.Е. Повышение солеустойчивости люцерны в результате отбора на провокационном фоне // Интродукция и акклиматизация растений (селекционно-генетические аспекты), Новосибирск. 1994. С. 38-41.
9.    Лобышев В.И., Попова И. Ю, Киселев В.И. Электрохимическая активация воды // Труды Второго Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». С- Петербург. 2000. С.15- 18.
10.    Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия. 1979. – 480 с. С. 372.
11.    Пресман А.С. Электромагнитное поле и живая природа – М.: Наука, 1968. – 310 с., С. 8, 9, 14, 18, 20, 31.