Аннотация: Ядерный нуклеосинтез - самый распространённый источник энергии на Земле. Клеточная мембрана - это электрическая батарейка работающая на обыкновенном тепле. Живая клетка - это ядерный реактор нуклеосинтеза.
Энергетика клеточной мембраны
Рассматривая параллели между ядерным нуклеосинтезом и огнями святого Эльма, шаровой молнией и даже тунгусским взрывом, может показаться, что нуклеосинтез это что-то совершенно экзотическое и далёкое от жизни. На самом деле я убеждён, что ядерный нуклеосинтез - это наиболее распространённый источник энергии на Земле. Живые организмы удивительно точно и правильно устроены и, следовательно, они должны использовать самые эффективные и надёжные энергетические механизмы, которые существуют в природе. Трудно себе представить какую-нибудь бактерию, которая использует нефть или уран, в качестве топлива. Наоборот, нефть - это побочный продукт жизнедеятельности древних растений, которые оставили её в наследство людям.
Жизнь клетки, особенно простейших бактерий это вечная война за существование с окружающей средой и себе подобными. Ей нужно выжить в самых экзотических условиях, где она должна рассчитывать найти только самый минимум доступных материалов и средств. Смешно говорить о энергетике фотосинтеза поскольку живые организмы преспокойно живут на глубине многих километров под водой где никогда не было никакого света. Некоторые рыбы даже умудряются создавать маленькие лампочки, чтобы подсвечивать себе в темноте. Приблизительная верхняя температура для возможности жизни определяется температурой плавления ДНК, а нижняя точкой замерзания воды. И в самых общих чертах абсолютный минимум условий, при которых возможна жизнь - это наличие воды при температуре от замерзания до кипения. При этом возможно вода может быть дистиллированной - "джентльменский набор" минералов и солей, который делают воду "обыкновенной", то есть безвкусной - это, по-видимому, также результат деятельности живых организмов.
Обращают на себя внимание несколько явных доказательств возможности живых клеток синтезировать различные вещества. Например, о существовании древних морей можно узнать по мощным слоям ракушечника состоящего в основном из кальция. Я не думаю, что древние морские организмы искали этот самый кальций по всему древнему океану, а просто синтезировали ег9о для собственных нужд, соединив углерод и кремний - то есть, используя обычный песок который как раз и представляет собой диоксид кремния. Использовать самые простые и подручные материалы - это вполне по-военному. Для датировки древних событий по остаткам живых организмов существует хорошо известный радиоуглеродный метод. В период когда организм был живым соотношение изотопов углерода оказывается постоянным где бы этот организм не находился и при каких бы условиях не существовал. Но как только он умирает - то радиоактивные изотопы начинают немедленно распадаться и, сравнивая концентрации углерода 14 и углерода 12 можно достаточно точно установить дату смерти организма. Совершенно очевидно, что этот изотоп является продуктом жизнедеятельности любой живой клетки осуществляющей нуклеосинтез. Пытаясь обойти этот скользкий вопрос, современная наука объясняет происхождение углерода 14 столкновением вторичных нейтронов от космических лучей с ядрами азота. Потом, правда, атмосфера должна очень ровно перемешаться, чтобы все получили нужное количество изотопа. Только вот незадача - живые организмы, которые обитают глубоко под землёй или под водой и почти не общаются с атмосферой почему-то тоже имеют ту же самую пропорцию углерода 14. Складывается впечатление, что вовлечение космического фактора необходимо всегда, когда никаких реальных объяснений явления не существует - так легче спать... когда всё понятно. А кстати происхождение ядер азота, с которыми должны столкнуться продукты космических лучей, образовались внутри сверхновых звёзд --- а где же ещё?
Итак, я хочу сделать предположение, что для обеспечения своей основной энергетики и синтеза необходимых для жизнедеятельности химических элементов живые клетки используют реакции нуклеосинтеза. Посмотрим, как именно им удаётся это осуществить. Существует очень важное отличие между синтетическими и натуральными материалами. Синтетические ткани даже не смотря на то, что состоят почти из таких же длинных цепочек, как и натуральные, обладают значительно меньшей теплоёмкостью, а также обладают свойством накапливать на себе "статическое электричество". Это электричество может быть главной отличительной характеристикой синтетики - трещит, значит, синтетика. Основное структурное отличие натурального и синтетического материала в том, что в синтетике волокна расположены хаотически, а в натуральном материале существует упорядоченная структура.
Любая клетка живого организма обладает клеточной мембраной и никакая жизнь без неё невозможна. Мембрана обнаруживается у самых древнейших цианобактерий. Даже всесильные вирусы могут проявить себя только после того как оказываются внутри клеточной мембраны. Кроме того, что мембрана представляет собой механический щит защищающий клетку - это ещё и аппарат благодаря которому клетка черпает энергию из окружающей среды. Известно, что на клеточной мембране, которая обычно имеет толщину порядка 10-и нанометров (10^-8 метров) существует напряжение в 0.1 вольт. Получается, что напряжённость поля на мембране составляет поистине астрономическую величину - десять миллионов вольт на метр. (10^7 вольт на метр) Это очень близко к напряжённости электрического пробоя мембраны, которая равна 20-40 миллион вольт на метр. Объяснение, которое принимает современная физика было высказано ещё в начале прошлого века и заключается в том, что дисбаланс напряжения происходит из-за избирательной пропускаемости различных ионов - например Na+ и К+. Что же ещё могли тогда придумать? Простые ионы вряд-ли могли бы создать напряжённости такого порядка.
Из автономных источников питания находящихся в распоряжении человека наиболее известны солнечные батареи. Это единственный механизм, который позволяет получить электроэнергию фактически из ничего. Правда, для работы солнечной батареи нужно наличие света. У живых клеток такой роскоши может и не быть. И если клеточная мембрана представляет собой эффективную батарейку, которая может автономно работать почти в любых условиях, то, что представляет собой механизм, благодаря которому клетка черпает энергию из окружающего пространства? Поскольку единственное, что совершенно необходимо клетке для жизни это тепло, предположим что клетка способна каким-то образом преобразовывать тепло окружающего пространства вначале в электрическую энергию создавая напряжение на мембране.
Работа солнечной батареи основана на том, что кванты света обладают достаточной энергией, чтобы они могли взаимодействовать с электронами в атомах и выбивать их оттуда. Если бы каким то образом тепловая энергия могла накапливаться и ионизировать атомы, то солнечный свет можно было бы заменить на обыкновенное тепло. Проблема заключается в том, что даже если сложить вместе несколько фотонов низкой энергии они всё равно не будут способны к ионизации как один фотон высокой энергии. Другое дело если несколько фотонов низкой энергии будут когерентны, находится в широком диапазоне, обладать свойствами синхронизации мод и образовывать стоячую волну. Клеточная мембрана состоит из смеси липидов и полимеров, которые обладают значительным количеством энергетических уровней соответствующих тепловым частотам. Это означает, что такая система может эффективно накапливать тепловую энергию из окружающего пространства - теплоёмкость такой системы достаточно высока. По-видимому в такой системе возможен эффект вынужденного излучения похожий на лазерную генерацию. Когда возникает локальная лавина из фотонов теплового излучения, они образуют некую квазичастицу с очень высоким импульсом и исключительно малыми пространственными размерами. Эффективная частота такого образования оказывается вполне достаточной, чтобы ионизировать атом.
Если вещество клеточной мембраны способно накапливать тепло из окружающего пространства концентрировать его в виде квазичастиц и выбивать электроны, то мы получаем аналогию солнечной батареи, которая работает не от света, а от обычного тепла. Теперь понятно, почему у натуральных материалов не возникает статического электричества - все электроны оказываются на своих местах в мембранах что и вызывают высокую напряжённость поля. Синтетические материалы также, по-видимому, обладают возможностью создавать коллективные объекты родственные лазерному свету обладающие свойствами квазичастиц способных ионизировать атомы, но при этом электроны разлетаются хаотически, что и приводит к возникновению статического электричества. Возможность сохранить тепловую энергию внутри мембраны делает натуральные вещи более тёплыми.
Если создать электрическую батарею - аккумулятор, которая будет обладать теми же свойствами, что и клеточная мембрана то возникнет совершенно удивительная вещь. Например, сотовые телефоны и ноутбуки будут способны постоянно работать без необходимости обращаться к розетке. "Клеточная" часть такой батареи будет качать энергию из обыкновенного тепла, и запасать её для использования. Принцип действия такой батареи совершенно аналогичен солнечной, за исключением того, что свет совершенно необязателен и активный элемент можно просто будет свернуть в трубочку и засунуть в тело батарейки. Исходя из того, что живые организмы должны быть наиболее хорошо спроектированными системами, исходя из хорошего знания всех принципов функционирования природы, то такой механизм добывания энергии должен быть наиболее оптимальным и самым непритязательным из всех существующих в мире.
Но если уж клетка использует такой эффективный механизм захвата энергии для создания огромной напряжённости поля на мембране, я сомневаюсь, что она делает это просто из развлечения. Запасённая энергия должно быть использована для освобождения энергии нуклеосинтеза и главное назначение самое прямое - получение тех химических элементов которые необходимы клетке для жизнедеятельности поскольку она должна быть готова к тому, что не найдёт в окружающем пространстве необходимые вещества. Напряжение на мембране, по-видимому, способно производить генерацию когерентного излучения со спектром липидов и полимеров. Это излучение, концентрируясь в центре клетки, способно создавать квазичастицы способные эффективно взаимодействовать с нуклонами в ядрах при этом игнорируя сами ядра. Здесь возможно лежит ключ для конкретных экспериментов по осуществлению ядерного нуклеосинтеза в лабораторных условиях. Необходимо изучить состав и спектральные характеристики клеточных мембран тех растений, которые растут аномально быстро и которые наиболее неприхотливы к условиям произрастания. Так, например борщевик Сосновского даёт более 2500 центнеров с гектара, не требуя при этом никаких удобрений. Для сравнения урожай пшеницы может составлять около 60-и центнеров с гектара. Поскольку вещество клеточных мембран может создавать излучение с необходимыми характеристиками, то горючим для реакций нуклеосинтеза в промышленных масштабах может стать обыкновенный торф. Торф состоит как раз из полуразрушенных останков клеточных мембран и является значительно более возобновляемым ресурсом, чем нефть и газ.
Наблюдая за жизнью живой природы человек, копирует её возможности - например, вертолёт это аналог стрекозы. Конечно, в точности воспроизвести способности живых организмов невозможно - но попытаться скопировать принципы, по которым развивается жизнь - это вполне реальная задача. Разработав ядерный нуклеосинтез, люди смогут обеспечить себя дешёвой энергией на всё время существования цивилизации, и это позволит им тратить своё время на куда более интересные и нужные вещи.