Жизнь как форма организации воды: НАНО-ВОДА

Воейков В.Л.
Биологический факультет МГУ им М.В. Ломоносова

По своему химическому составу любой живой организм, любая его ткань более чем на 99% состоит из молекул воды, т.е. вода представляет собой основную химическую субстанцию живых систем. Но только сейчас стало приходить осознание, что ни морфологию живых организмов, ни биоэнергетику, обеспечивающую их жизнедеятельность и иммунитет, ни управление жизненными функциями – биорегуляцию, нельзя понять без учета особых структурно-энергетических свойств воды. Конечно, речь не идет о воде, «как таковой» – твердом, жидком или газообразном веществе, представленном молекулами Н2О. Молекулы воды в той субстанции, что лежит в основе любых живых клеток и межклеточной среды, служат кирпичиками, из которых строятся разнообразные ансамбли; многообразие их архитектуры и динамики определяется контактирующими с водой веществами. Верно и обратное – выстроенные из молекул воды «сооружения» определяют структуру и динамику биологически значимых молекул, особенно биополимеров – белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и их надмолекулярных комплексов, обеспечивая выполнение ими своих биологических функций.

Как, например, организована вода в крови? Во внеклеточном жидком матриксе – плазме содержание воды составляет около 3 литров, а площадь поверхности только эритроцитов достигает 5000 м2. Тогда даже без учета площади поверхности всех других форменных элементов крови и белков плазмы, которые также адсорбируют воду, толщина слоя воды на поверхности эритроцитов не может превышать 0,6 мкм. А если принять во внимание все другие поверхности, которые могут ассоциировать воду в крови, то окажется, что чуть ли не вся вода в крови представлена той, что прилегает к поверхности биополимеров. Пограничные участки биополимеров, как правило, несут полярные группировки, которые электрически поляризуют и воду, а поскольку молекулы воды представляют собой постоянные диполи. Из молекул Н2О выстраиваются многослойные поляризованные водные структуры, кардинально отличающиеся по своим свойствам от объемной жидкой воды и льда. Эту водную фазу называют «пограничной» (interfacial) водой. Именно пограничная, поляризованная вода лежит в основе не только морфологии живых систем, но и всей жизнедеятельности.

Жизненный процесс немыслим без энергетики. Все живые организмы получают энергию из реакций окисления-восстановления – переноса электронов от вещества, сравнительно слабо его удерживающего, к веществу, которое удерживает его прочнее. Наибольшее количество энергии дают реакции, в которых электроны от окисляемого вещества непосредственно или через цепочку посредников передаются кислороду. Поэтому подавляющее большинство живых организмов извлекает энергию из аэробного дыхания. Ключевая роль воды в окислении кислородом горючих веществ была открыта еще в конце 18 века, когда было установлено, что вода служит посредником (катализатором) процессов горения. Уже тогда утверждалось, что атомы кислорода, окисляющие горючие тела, отнимаются у молекул воды, а освобождающиеся при этом атомы водорода восстанавливают молекулы газообразного кислорода. При этом происходит регенерация использованных молекул воды. Это открытие опередило свое время почти на 2 столетия, и было прочно забыто. Только в самые последние годы появились его подтверждения. Так, антитела (молекулы, отвечающие за иммунитет), всегда присутствующие в крови человека и животных, способствуют непосредственному окислению кислородом молекул воды, т.е., фактически, ее горению. Промежуточным продуктом этой удивительной реакции является перекись водорода, которая быстро разлагается в крови вновь до кислорода и воды. Этот процесс не только противоречит нашим обыденным представлениями о том, что вода не может гореть, но и на первый взгляд выглядит бессмысленным, так как его конечными продуктами являются те же вещества, что вступили в реакцию. В действительности, главным продуктом такого процесса служит освобождающаяся в ходе его энергия, которая в этом случае может использоваться, например, для реализации иммунных реакций. «Горение» воды, катализируемое антителами, – лишь частный случай строго контролируемых и непрерывно протекающих в живых организмах процессов горения с участием организованной воды.
Открытия, касающиеся роли и участия воды в процессах горения, сделанные и в конце 18 века и в начале 21 века, отнюдь не противоречат нашим знаниям о свойствах «обычной» воды, которая не только не горит, а напротив, тушит пламя. По-видимому, «гореть», т.е. окисляться кислородом может лишь особым образом организованная, структурированная вода, отличающаяся от обычной не меньше, чем легко горящая древесина отличается от мелких древесных опилок. Действительно, роль антител – крупных белковых молекул сводится к тому, что они так организуют молекулы воды в пространстве, что одни молекулы Н2О служат катализируют реакции между другими молекулами Н2О и молекулами кислорода.

Антитела – далеко не единственные организаторы воды, придающие ей свойства и катализатора, и реагента в производящих энергию реакциях окисления-восстановления. Появляется все больше свидетельств, что такую же роль могут играть многие другие молекулы и их ассоциаты – надмолекулярные комплексы, и частицы субмикроскопических размеров, суспендированные в воде. Но чтобы подобные водные системы производили энергию и трансформировали ее из одной формы в другую, требуется, чтобы эти частицы имели субмикроскопические размеры, т.е. представляли собой наночастицы, а их поверхность поляризовала бы воду оптимальным образом. Такую роль могут играть не только твердые частицы, но и газовые нанопузырьки, всегда присутствующие в воде, содержащей растворенные газы. Кроме того, чтобы такая водная система «заработала», требуется, чтобы она получила внешнее воздействие, которое должно обеспечить определенную исходную организацию частиц относительно друг друга и дать системе первоначальный импульс. Это могут быть и механические воздействия, например, интенсивное встряхивание воды, как это делается при приготовлении гомеопатических препаратов, и электромагнитные поля и импульсы, и облучение воды определенным образом модулированным светом или звуком. Биоэнергетические процессы с участием воды могут выступать в роли внутренних ритмоводителей биологических функций, а также служить чувствительными антеннами для восприятия внешних сигналов колебательной природы.

Итак, если не вся, то подавляющая часть внутри- и внеклеточной воды структурирована био-наночастицами, поскольку их размеры лежат в области от десятков до сотен нанометров. Так как пограничная вода представляет собой фазу с особыми физическими и химическими свойствами, то вполне законно назвать ее «нано-водой», а способы управления ее свойствами – «гидро-нанотехнологиями». Появляется все больше указаний, что именно нано-вода лежит в основе всех процессов жизнедеятельности. Другой вопрос, что для эффективного осуществления гидро-нанотехнологий в биологии и медицине требуется пройти еще очень большой путь по изучению фундаментальных свойств био-нано-воды.