Экология мегаполисов в свете матрицирования свойств окружающей среды биологическими объектами

3. Преодоление кулоновского барьера

Решение вакуумных уравнений для частиц, обладающих трехмерным спином (собственным угловым моментом вращения), приводит к … параметру, характеризующему вращение источника поля. Если порядок величины спинового параметра r, мало отличается от электромагнитного радиуса r_s, и ядерного параметра r_N, то ориентация спина источника поля начинает играть существенную роль, как в ядерных, так и в электромагнитных процессах, кулоновский барьер, возникающий между одноименно заряженными частицами, значительно понижается Особенно, если рассмотреть, что в автоколебательную систему двух атомов водорода и одного кислорода, где ядро атома водорода имеет заряд (+1), квантом света «загоняется» электрон, имеющего адекватный заряд (-1) но много раз меньший радиус, чем атомный, что приводит к снижению устойчивости молекулу воды..

Свойство взаимодействия «материи» и «света» представляет собственно предмет жизнеописания и весьма ясно представлен с физической точки зрения Механическое действие света на атомы, А. П. Казанцев, Г. И. Сурдутович, В. П. Яковлев, М.: Наука. 1991г.. Пондермоторное действие света возникает в результате процесса обмена энергией и импульсом между полем и частицами. Принципиальное значение этого процесса для установления термодинамического равновесия между излучением и веществом было установлено Эйнштейном.

Капица и Дирак показали, что стоячая световая волна может играть роль дифракционной решетки для электронов. Однако взаимодействие свободных электронов с полем является нерезонансным и поэтому, для эффективного рассеяния частиц требуются большие мощности излучения, порядка нескольких мегаватт в импульсе.

Взаимодействие атомов с излучением в оптическом диапазоне частот может иметь резонансный характер. В частности, резонансное сечение рассеяния фотона на атоме порядка квадрата длины волны света и превышает томсоновское сечение рассеяния на электроне на 15 -- 17 порядков. Поэтому для наблюдения пондермоного действия света на резонансные частицы могут быть использованы весьма слабые поля.

При этом речь идет о воздействии на атомы резонансного излучения, которое является причиной и следствием одновременно свойств молекул ДНК.

Предложена модель развития бносистем, базирующаяся на принципах двумерной голографии Генетические структуры как источник и приемник голографической информации. И.В. Прангишвили, П.П. Гаряев, Г.Г. Тертышный, Е.А. Леонова, А.В. Мологин, М.Р. Гарбер, «Датчики и системы» № 2 (11).. Хромосомный континуум биосистем представляет собой самоорганизующуюся структуру жидкокристаллических слоёв, образующую голографические и/или квази голографические решётки. Такие решётки могут образовываться также при интерференции объектных и опорных волновых фронтов фотонных излучений хромосом. При считывании таких решёток внутренними фотонными полями биосистем образуются волновые фронты, градиенты которых являются векторами биоморфогенеза «Исследование воздействия фрактально-матричных структуризаторов на процессы образования и роста наноразмерных структур», 2004 ФИЗИКА И ХИМИЯ СТЕКЛА . Том 30, №1, © Серов И.Н*, Жабрев В.А**, Марголин В.И.***, Исследовательский центр фонда развития новых медицинских технологий «Айрэс», Россия, 197342, Санкт-Петербург, Выборгская наб., 61 Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова Р4Н, Россия, 199155, Санкт-Петербург, ул. Одоевского, 24, карп. 2 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ», Россия, 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 5.

Живое и Неживое имеют общие характеристики информационно-голографического характера. Это связано с фундаментальной способностью когерентных физических полей интерферировать и, тем самым, при наличии регистрирующей среды, "записывать" собственные характеристики. Существенно, что в этом процессе не играет роли, какие структуры, Живые или Неживые, порождают эти поля.

Развивая эти идеи, в настоящей работе мы уточняем нашу гипотетическую модель эндогенного биоволнового (голографического) управления развитием многоклеточных организмов из эмбрионального состояния во взрослое. Кроме того, в последние годы выясняется, что к числу фундаментальных явлений природы относится так называемый "фоновый принцип", непосредственно связанный с биоголографической работой генетического аппарата. Суть фонового принципа заключается в том, что известное соотношение шум/сигнал трактуется так, что уровень сигнала можно повысить не за счет подавления шума (фона), как это делается обычно, а наоборот, фон служит источником сигнала и средством повышения его уровня. Этот принцип универсален и работает во всех областях человеческого знания, в общем, отображая категории Части и Целого в том плане, что полное знание о части невозможно без учета свойств целого. Например, в лингвистике фоновый принцип хорошо виден в случае омонимий, когда слова-омонимы («лук», «рейд», «коса» и т.д.) не могут иметь точную семантику вне целого предложения, то есть контекста (фона).

В генетической лингвистике применение фонового принципа позволило нам решить парадокс Вобл-гипотезы Ф. Крика, в соответствии с которой в генетическом коде существует задача снятия омонимических неоднозначностей знаковых дублетов кодонов дублеты кодонов -- два нуклеида из трех в кодоне РНК, кодон - тройка, кодирующая аминокислоты в белках..

Эту проблему живая клетка, точнее ее белок-синтезирующий аппарат, снимает именно на основе фонового принципа в результате контекстных ориентаций рибосомы в геометрически одномерном смысловом пространстве информационных РНК. В свою очередь, такие контекстно-фоновые механизмы "логической" ассоциативной работы рибосомы невозможны без интегрально-волнового восприятия целого генетического текста информационных и, возможно, преинформационных РНК.

Другой вектор приложения логики фонового принципа заключается в том, что в радиоволновом диапазоне можно обнаруживать и опознавать макрообъекты-"невидимки", изготовленные по технологии "Стелс". Фоновый принцип делает вполне реальной разработку микроскопии (в дополнение к фазово-контрастной) прозрачных для света живых и динамичных биоструктур без повреждающей предварительной окраски. Можно наблюдать, например, сложную знаковую динамику хромосом в живых клетках и связать ее с волновыми управляющими функциями генетического аппарата, а это до сих пор было недоступно для исследователей.

Известно, что хромосомный континуум, т.е. совокупность всех хромосом, многоклеточных организмов является высокоорганизованной системой генерации эндогенных когерентных электромагнитных полей широкого спектра от 250 до 800 им, далее ИК- и СВЧ- диапазоны. Высшим биосистемам свойственна также знаковая акустика генетических структур, которая может иметь солитонный солитон -- уединенная волна со слабым затуханием. и когерентный характер. Эти информационно-волновые процессы распространяются и на белковую, и на водную составляющие биосистем.

Поэтому практически любая точка в пространстве организмов является источником физических полей, в том числе генознаковых. Все организмы земли взаимодействуют с внешними естественными и искусственными электромагнитными и акустическими полями, некоторые из которых могут быть когерентными, например, поля от таких удаленных источников, как звезды.

Имея в виду эти соображения, применим принцип Гюйгенса к биосистемам и будем считать, что каждая точка живой клетки является источником элементарной электромагнитной иlили акустической волны. Комплексная амплитуда волны в каждой такой точке равна сумме комплексных амплитуд отдельных элементарных волн, излучаемых каждой точкой биосистемы (далее речь идет только об электромагнитных волнах). Поскольку нас, прежде всего, интересуют генетические волновые процессы, будем рассматривать в качестве источников элементарных волн управления жидкокристаллические фазы ДНК в составе хромосомного континуума. Характерным для таких фаз как in vitro так и in vivo является их сложная высокоорганизованная надмолекулярная слоистая структура, состоящая из холестерических сверхплотных укладок спиралей ДНК. Такие слои ДНК можно рассматривать как аналоги транспарантов в голографии.

Важным моментом волновой организации биосистем является фактор безынерционной радиосвязи по поляризационному каналу между ядрами клеток биосистемы для их синхронизации, введения в когерентное состояние "знания" друг о друге. Такие радиоволновые излучения могут индуцироваться лазерными излучениями хромосом по типу обнаруженного явления конверсии фотонов в радиоволны.

… биоструктуры, возможно, имеют квантованный спектральный состав акустических колебаний с меняющимися, но периодически повторяющимися некоторыми модами. Здесь физика колебательных процессов обеспечивает фундаментальный атрибут биологической памяти генетических молекул, а именно их способность к волновому "самопрочитыванию" генетических "текстов" и голограмм с возвратами ФПУ ФПУ - Явления возврата Ферми-Паста-Улама к уже "прочитанному" и/или "просмотренному" через высокоорганизованные и квантованные вещественно-волновые состояния, как особого рода "памяти" хромосом. Именно здесь, в вещественно-волновых измерениях, заложена стратегия волнового программирования развития и эволюционирования биосистем.

Теоретический анализ биофизики управляющих генетико-волновых процессов, проводимый в настоящей работе, а также ранее, приводит к предположению о том, что многоклеточные организмы обладают высокой избыточностью и помехозащищенностью волновой генетической информации по типу голограмм. Вероятно, хромосомно-водный континуум биосистемы является когерентным голографическим фракталом фрактал -- масштабный инвариант. , где волновая информация многократно (избыточно) повторена в разных пространственных масштабах. Отсюда становится понятным, почему основная часть генома биосистем (гетерохроматин) устойчива к повреждающим воздействиям. Она голографична. Другая, малая часть генома (эухроматин), работает, вероятно, на других информационных принципах, а именно в рамках семантико-лингвистических построений последовательностей нуклеотидов ДНК и РНК. И поэтому повреждения эухроматина, как правило, бывают детальны.

Это и понятно. Например, замена только одной буквы в генетическом "тексте" может полностью поменять смысл "слова", как это имеет место при повреждениях генов ферментов. То же относится и к расстановке "знаков препинания" в ДНК-"текстах". Однако и здесь роль внутренних и внешних для биосистемы физических полей значительна. Одной из областей их работы являются смысловые ориентации выбора омонимов кодонов-антикодонов кодоны-антикодоны -- триплеты (тройки), кодирующие аминокислоты в белках. информационных и транспортных РНК, которые в свою очередь, определяются контекстными перестройками хромосомно-волнового континуума биосистем, а они, перестройки, в какой-то мере, зависят от волнового окружения Земли, выступающего как мегаконтекст (фон). И в этом видится объединяющий фрактальный принцип в знаковой системе геном-поле.

Нам представляется, что прием и передача биоголографической (и радиоволновой) информации может происходить в квантованном по времени когерентно-импульсном режиме посредством квазизатворов. Если говорить о фотонных излучениях хромосом, то в качестве квазизатворов (или шире - переключателей с одной голограммы на другую) могут выступать холестерические послойные жидкокристаллические голограммы хромосомного континуума. Его холестерики посредством переориентации директоров меняют направление поляризации проходящего через них света. Такие регуляторные директора, расположенные ортогонально друг к другу и ортогонально к распространяющемуся свету, могут пропускать или не пропускать его за счет поворотов плоскостей поляризации, определяемых направлениями директоров.

Когерентно-импульсный режим работы хромосомного континуума как лазерного излучателя может осуществляться по двум возможным путям. Первый основан на поворотах плоскостей поляризации света директорами хромосомных холестериков ДНК, а второй связан с известным явлением по захвату и накоплению фотонов в слоисто-фрактальных структурах, в том числе вероятно, и в жидких кристаллах ДНК. При такой ситуации может происходить лазерная накачка фотонов молекулами ДНК с их последующим квантово-пороговым импульсным отстрелом.

Видимо, именно этот эффект мы наблюдали ранее, фиксируя необычные трапециевидные временные авто корреляционные функции при динамической лазерной спектроскопии светорассеяния ДНК и хромосом.

В качестве определенного подтверждения этих положений нами были проведены предварительные экспериментальные исследования по изготовлению и функционированию специальных ДНК-слоистых устройств типа "сэндвич" сложного состава, включающего кроме ДНК определенные биометаболиты. Такие устройства при взаимодействии с особым образом, поляризованным лазерным светом со специальной юстировкой к вектору распространения луча лазера, оказались способными конвертировать фотоны в биоактивные радиоволны. Такие радиоволны меняют структуру воды, вводя в нее некую часть информации с ДНК. После этого вода оказывает четко выраженное действие на рост и развитие растений. Другой иллюстрацией биоактивности ДНК-промодулированных радиоволн является эффект оживления невсхожих семян растения Arabidipsis taliana, взятых из чернобыльской зоны и получивших высокую дозу гамма-облучения. Последний эксперимент служит некоторым свидетельством в пользу нашей гипотезы о квантовой нелокальности гeномов высших биосистем, поскольку какая-то часть информации с ДНК передавалась параметрически связанной конверсией фотоны-радиоволны на поврежденный геном Arabidipsis taliana и регенерировала его. Это наблюдение также подтверждает полученные нами ранее данные о восстановлении хромосомного аппарата радиационно поврежденных семян пшеницы и ячменя с помощью радиоэлектронных устройств, моделирующих радиоволновые процессы в хромосомах.

Таким образом, мы предложили более развитую био-физико-математическая модель волнового управления ростом и развитием многоклеточных организмов, дополняющую и расширяющую первичные, выдвинутые нами ранее, представления в этой области.

В следующей работе были показаны практические результаты применения возможности восстановления голографических записей ДНК, которые привели к выращиванию удаленного ранее глаза.

Описание явления генерации широкополосного радиоволнового излучения (РИ) специальным оптическим квантовым генератором. Продемонстрировано, что РИ может лежать в основе поляризационно-лазерно-радиоволновой спектроскопии веществ. Механизм спектроскопии связан с неупругим рассеянием и локализацией фотонов в лазерных зеркалах и физико-математически формализован. Для локализованных фотонов предложено модифицированное объяснение эффекта Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР). Для мгновенной передачи (пермиссивной телепортации) сигнала вместо пары ЭПР-коррелированных фотонов достаточно наличия одного локализованного фотона. Показано, что РИ, считываемое с препаратов ДНК, несет морфогенетические сигналы. Высказано предположение, что передача РИ от ДНК к растениям-реципиентам происходит путём пермиссивной телепортации Спектроскопия радиоволновых излучений локализованных фотонов выход на квантово нелокальные биоинформационные процессы. И. В. Прангишвили, П. П. Гаряев, Г. Г. Тертышный, В. В. Максименко, А. В. Мологин, Е. А. Леонова, Э. Р. Мулдашев. «Датчики и системы» № 9, 2000..

С помощью разработанной лазерной установки авторами обнаружено явление перехода красных когерентных фотонов в радиоволны широкого спектра. Предварительное объяснение этого явления было предложено в работе. Предлагаемое настоящее исследование существенно дополняет ранее высказанные положения и является определенным этапом в теоретико-экспериментальном обосновании нового вида спектроскопии веществ Приоритет на патент от 06.01.1999г. №99/01/Л (Федеральный институт промышленной собственности. Группа получающего ведомства РСТ. Старфилд, ЛТД). с условным названием -- поляризационная лазерно-радиоволновая спектроскопия (ПЛР-спектроскопия). Такая спектроскопия предназначена для исследования неизвестных ранее вращательно-колебательных квантово-молекулярных характеристик твердых, жидких, газообразных веществ, а также плазменных состояний. Предлагаемый вариант ПЛР-спектроскопии использует узкий оптический диапазон -- красный свет, но в дальнейшем планируется использование более коротковолновых диапазонов видимой области.

Для целей ПЛР-спектроскопии был изготовлен специальный Не-Ne лазер (1=632,8 нм) с генерацией двух ортогонально связанных по интенсивности оптических мод, которые могут между собой взаимодействовать таким образом, что сумма их интенсивностей остается неизменной. При взаимодействии хотя бы одной моды с веществом, отраженное или рассеянное излучение от которого возвращается в оптический резонатор, происходит перераспределение интенсивности этих оптических мод по закону изменения поляризации, соответствующей новому состоянию после взаимодействия луча с динамическими микрополяризаторами, находящимися в сечении освещаемой площадки исследуемого вещества. Одна из мод лазера при определенном режиме генерации способна в процессе взаимодействия с веществом быть причиной излучения нашей установкой модулированных радиоволн широкого спектра, коррелированных с модуляциями в оптических модах излучения лазера. Эти модуляции зависят от вращательных колебаний микроструктурных компонентов (например, доменов кристаллов) исследуемых веществ и их оптической активности. Частотный интервал индуцированных радиоволн в соответствии с теоретической моделью (см. ниже) лежит в диапазоне от 2щ до 0. Максимум такого радиоизлучения располагается в районе 1 МГц. Радиоволновой сигнал после детектирования подается на АЦП компьютера со специальной программой обработки. На выходе регистрируется Фурье спектр радиоизлучения, характеризующий поляризационно-динамические свойства изучаемых веществ, с которыми взаимодействует один из лазерных лучей, а также спектральную память изучаемых веществ. Второй луч при этом возвращается в резонатор лазера для создания резонансного взаимодействия с атомными осцилляторами газовой смеси. Такой лазер способен также генерировать кроме основной (оптической) частоты радиоволны широкого диапазона длин.

Причиной этого явления, как мы полагаем, является неупругое рассеяние и локализация света основной лазерной моды на системе неоднородностей зеркал резонатора лазера. Механизм локализации (локализация в неупругом канале рассеяния) подробно описан. В частности, выдвигается положение, что в резонаторе существует также и упруго рассеянный локализованный свет. Генерируемое лазером радиоволновое излучение способно "считывать информацию", например, с препаратов ДНК. Механизм "считывания" напоминает механизм обычного индуцированного излучения. Возможность "открывать и закрывать" лазерный резонатор позволяет локализовать или "записать" в нем собственные "спектры" различных тестируемых объектов. Радиоволновое излучение считывает и ретранслирует такие спектры. При этом был обнаружен эффект спектральной памяти: в течение определенного макроскопического времени воспроизводятся радиоволновые спектры объектов, отражающих луч обратно в резонатор и затем удаленных из зоны экспозиции. Так были зарегистрированы спектры ДНК и выявлена их высокая биологическая активность, вероятно, связанная с волновым типом переноса генетико-метаболической информации (см. экспериментальную часть).

Препараты ДНК, использованные нами для "записи" их ПЛР-спектров, через поляризационно-радиоволновую компоненту (ДНК-радиоволны) оказывают специфическое действие на биосистемы, в качестве которых мы использовали клубни картофеля, вызывая их аномально быстрое прорастание (до 1см/сутки). Также был трижды поставлен эксперимент (май 1999 г.) по воздействию ДНК-радиоволн на пораженные гамма-излучением семена растения Arabidopsis Thaliana Heynh, собранные в зоне Чернобыльской АЭС в 1986-1987 годах Семена любезно предоставлены В.И. Абрамовым (Институт Общей Генетики РАН)..

В типичном опыте из трех вариантов воздействия на семена (1 час 30 мин, 1 час 40 мин и 2 часа; мощность дозы 25 мР/ч по гамма излучению) "ДНК-радиоволн" в двух последних наблюдается увеличение всхожести семян по сравнению с двумя контролями (Р(0.001). То есть из 300 и 200 посеянных семян в контроле проросли 2 и 4, а в опыте 16 и 24. Однако, при мощностях дозы выше 170 мР/час эффекта "оживления" семян не наблюдалось. Это говорит о том, что радиоволновое излучение ДНК, полученное данным способом, обладает способностью восстанавливать генетический аппарат и в целом жизнедеятельность семян А. Thaliana, но в ограниченных интервалах мощности дозы гамма-излучения. Существенно и то, что семена длительное время хранились (с 1987г. по 1999г.), что привело к их значительному старению, налагающему дополнительный деструктивный фактор. Тем не менее, "оживляющий" эффект наблюдается, и это говорит о том, что ДНК-радиоволновое излучение может нести в себе репаративную генетическую (метаболическую) информацию, что подтверждает наши ранние работы по волновым биознаковым репарирующим воздействиям на гамма-облученные семена пшеницы и ячменя.

Вместе с тем, теоретико-экспериментальные исследования здесь все еще носят начальный характер и нуждаются в физико-математическом осмыслении и развитии. Поэтому в последующей части данной работы мы приводим формализованную модель фотонно-радиоволновых процессов, порождаемых при взаимодействии лазерного пучка с веществом, процессов, которые в предположительном плане можно рассматривать как основу ПЛР-спектроскопии и как простейшую модель волновых информационных событий в хромосомах.

Еще в первой половине ХХ века люди пытались добиться улучшения свойств биологических объектов прямым облучением в ультрафиолетовых лучах. Мы узнаем, что аппараты, применяемые с этой целью, известны, однако, они имеют ряд существенных недостатков, например, недостаточное использование энергии источников света, поскольку лампы обращены лишь одной стороной к облучаемому раствору; и чрезмерная толщина облучаемого слоя жидкости Аппарат для непрерывного облучения производственных растворов № 79274, (прямой), В.Н. Букин, Л.Б. Лихошва, С.С. Манко, Б.В. Шестаков Заявлено 2 июля 1949 года в Комитет по изобретениям и открытиям при Совете Министров СССР за № 400146.^, Аппарат для непрерывного облучения производственных растворов. М. С. Шипалов, Заявлено 13 декабря 1943 года, № 3852 (330569), Опубликовано 31 августа 1945 года..

В предложенных аппаратах эти недостатки устранены тем, что он выполнен в виде трех концентрически расположенных кварцевых трубок, причем кварцевая лампа находится во внутренней трубке, а облучаемый раствор и охлаждающая жидкость -- в просветах между стенками трубок или в виде змеевика вокруг лампы.

Такое устройство аппарата обеспечивает максимальное использование энергии источников ультрафиолетового света, так как лампа со всех сторон окружена облучаемым раствором. Кроме того, небольшая толщина облучаемого слоя позволяет резко сократить время облучения, что, с одной стороны, обеспечивает большую производительность аппарата; а с другой -- предохраняет образовавшийся витамин Д от разрушения его под действием ультрафиолетовых лучей.

Кроме вышеуказанного, НИИ Министерства Легкой промышленности совместно с партнерами были разработаны целый ряд регламентирующих документов по применению технологии Сигналов Специальных Форм при репродуктивном полеводстве Подготовка Информационно - Воздействующего Комплекса Сигналов специальной формы (ИВК-ССФ).^, Краткая пояснительная записка к предлагаемому способу повышения урожайности и качественных показателей хлопчатника. Подготовил А.С. Зачесов тел. 236-46-88.^, Краткий обзор и основные результаты исследований воздействия ГХВП на пшеницу. Известия ТСХА, выпуск 3-й, 1998 год. «Состояние и перспективы развития информационных технологий в сельском хозяйстве». Авторы: В.М. Ковалев, Е.А. Калашникова, Д.В. Белов.^, «Повышение урожайности и качественных показателей льна» Научный руководитель работ по теме «Обработка ССФ промышленных посевов льна», зав. отделом ЦНИИЛКА к.т.н. Кочаров Сергей Александрович, тел. (095) 236-46-88^, Подготовка сигнала специальной формы на CD-ROM для решения задач поставленной Заказчиком. Техническая справка Подготовил Д.В. Белов тел. 236-46-88.^, Повышение урожайности и качественных показателей льна при использовании перспективных нанотехнологий в сельском хозяйстве. Научный руководитель работ по теме «Обработка ССФ промышленных посевов льна», зав. отделом ЦНИИЛКА к.т.н. Кочаров Сергей Александрович, тел. (095) 236-46-88..

Тревожным сигналом звучит работа по исследованию возможностей микроорганизмов разрушать полимерные материалы и металлы, но это в свою очередь, может быть поставлено на службу переработки промышленных и бытовых отходов.

Актуальность проблемы. Надежность изделий техники во многом определяется их стойкостью к воздействию внешней среды, естественной составляющей которой являются микроорганизмы (микроскопические грибы, бактерии, дрожжи и др.). Воздействуя на объекты техники микроорганизмы - деструкторы (биофактор, биодеструкторы), вызывают их повреждения (бноповреждение, микробиологическое повреждение): изменение структурных, функциональных характеристик, вплоть до разрушения Разрушение и защита полимерных материалов при эксплуатации в условиях воздействия микроорганизмов. Семенов С. А., Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва -- 2001..

Биодеструкторы способны быстро адаптироваться к различным условиям внешней среды, к материалам (как к источникам питания) и к средствам защиты. Кроме того, первоначальная, заложенная при изготовлении, стойкость материалов к биофактору в процессе эксплуатации может значительно снижаться. В связи с этим, практически все известные материалы подвержены биоповреждению, ущерб от которого оценивается в 2 - 3 % объема промышленной продукции)

Вместе с тем особенности и закономерности воздействия биофактора изучены гораздо в меньшей степени, чем влияние на материалы и изделия небиологических факторов, таких как температура, механические напряжения, световое излучение, агрессивные среды и др. В настоящее время основное внимание исследователей сосредоточено на эколого-биологической составляющей проблемы биоповреждений техники. Изучаются видовой состав, особенности способность микроорганизмов заселять материалы, а подбор средств защиты в большинстве случаев производится эмпирически. Несмотря на большой объем работ, выполненных в этом направлении, используемые средства часто не обеспечивают достаточной стойкости изделий к воздействию микроорганизмов. В условиях эксплуатации отмечаются. вызванные микробиологическим повреждением материалов отказы и неисправности отдельных агрегатов и систем самолетов, кораблей, автомобилей и других изделий техники.

Успешное решение проблемы может быть достигнуто исследованиями природы и кинетических закономерностей взаимодействия материалов с биодеструкторами. Такие исследования позволят обосновать научно-методические … руководства по микробиологической стойкости изделий техники, будут способствовать разработке биостойких материалов, конструкций, эффективных средств и методов защиты.

Настоящая работа выполнена в ГНИИ РФ (эксплуатации и ремонта авиационной техники) в соответствии с пятилетними комплексными программами НИР "Резерв" по проблеме защиты техники от коррозии, старения и биоповреждений.

Цель работы - развитие теоретических представлений о механизме повреждения материалов микроорганизмами в условиях эксплуатации и разработка рекомендаций по защите изделий техники.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

1. экспериментальное обоснование характеристик процесса взаимодействия материалов с биодеструкторами на этапах закрепления (адгезии), роста микроорганизмов на материалах и изменения свойств последних;

2. установление кинетических закономерностей, аналитических моделей и количественных показателей этапов биоповреждения материала;

3. изучение влияния свойств материала, особенностей микроорганизма, температуры, влажности и других факторов на взаимодействие материала с биодеструкгором;

4. разработка рекомендаций по определению и прогнозированию биостойкости материалов, созданию средств и методов защиты, оценке их эффективности.

Научная новизна выносимых на защиту результатов работы: теоретически и экспериментально обоснованы представления о повреждении материалов микроорганизмами как процессе, состоящем из трех этапов: адгезии микроорганизмов, их роста на материале и изменения свойств последнего. Установлены аналитические кинетические зависимости характеристик этих этапов, отражающие природу и взаимосвязь взаимодействий материала с биодеструктором, влияние на них условий внешней среды.

· Показано, что параметры кинетических зависимостей могут использоваться в качестве показателей биостойкости материалов, эффективности средств защит;

· предложен и экспериментально обоснован научно-методический подход к исследованию биоповреждений, рассматривающий три этапа взаимодействия материала с биодеструктором с позиций формальной кинетики известных физико-химических и биологических процессов: адгезии мелкодисперсных частиц, роста биологических объектов, воздействия на материалы жидких агрессивных сред;

· установлено, что увеличение силы адгезии микроскопических грибов к полимерным материалам, лакокрасочным покрытиям и металлам подчиняется общему кинетическому уравнению. Рост биомассы микроскопических грибов и бактерий на материалах также подчиняется своему закону. Общему для этого типа биоповреждения, кинетическому уравнению. Получены аналитические зависимости, связывающие параметры кинетических уравнений адгезии и роста микроорганизмов на материалах с температурой, влажностью воздуха, концентрацией биоцидов;

· экспериментально подтверждено, что влияние биодеструкторов на свойства полимеров, металлов, горюче-смазочных материалов связано с воздействием веществ, выделяемых микроорганизмами в процессе жизнедеятельности. Установлено, что, в зависимости от типа полимерного материала. вида микроорганизма, условий. и продолжительности их контакта, изменения механических и диэлектрических свойств могут обусловливаться физическими процессами - сорбцией продуцируемых биодеструкторами веществ на поверхности и (или) в объеме материала, и (или) десорбцией из него низкомолекулярных компонентов, и (или) химическими процессами - химической деструкцией полимера.

Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют разработать рациональную систему мероприятий по защите конкретных изделий, в том числе создание биостойких материалов и конструкций, эффективных средств защиты, корректировку условий эксплуатации и технического обслуживания изделий.

Основные результаты исследований реализованы в 6-ги Государственных стандартах и 17-ти отдельных изданиях методических рекомендаций. Новизна предложенных средств и технических решений подтверждена 23 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Разработаны и реализованы методики исследований микробиологического повреждения, комплекс эффективных средств и методов защиты, рекомендации по их применению:

1. методика определения (выявления) микробиологического повреждения эксплуатирующихся материалов и изделий реализована в Государственном стандарте и 4 отдельных изданиях методических рекомендаций. Методика используется организациями Министерства обороны РФ при проведении испытаний, исследований технического состояния, определении причин отказов и неисправностей изделий;

2. методики определения количественных показателей микробиологической стойкости материалов,

3. эффективности средств и методов зашиты, Реализованы в ГОСТ 9.049-9l и ГОСТ 9.803-88 и в 2. отдельных изданиях методических рекомендаций. Применяются научно-исследовательскими Институтами промышленности при разработке и определении эффективности средств и методов защиты, оценке биостойкости материалов и агрессивности биодеструкторов;

4. математические модели прогнозирования микробиологического повреждения материалов, эффективности средств защиты. Используются научно-исследовательские организации при выполнении исследовательских работ по проблеме защиты техники от биоповреждений;

5. база данных о микробиологических повреждениях изделий техники и коллекция микроорганизмов-деструкторов. Применяются научно- исследовательскими организациями при обосновании требований к изделиям по биостойкости, к средствам защиты. порядку проведения испытаний;

6. требования к технике по стойкости к воздействию биофактора, требования к средствам защиты. Включены в ГОСТ Р 5109-99, а также в технические требования к перспективным образцам. Используются организациями Минобороны к промышленности;

7. комплекс средств защиты: пленкообразующих, моюще-дезинфицирующих составов и биоцидов. Имеют промышленный выпуск. Технологии применения средств реализованы в ГОСТ 9.014-78 и в 8 отдельных изданиях методических рекомендаций. Все они внедрены организациями, эксплуатирующими технику.

Полученные результаты использованы при обосновании перспективных направлений работ и формировании пятилетних (в период 1985 - 2005 гг.) Координационных планов и комплексных целевых программ НИР по проблемам защиты техники от коррозии, старения и биоповреждений.

Внедрение результатов работы позволило повысить достоверность оценки влияния микробиологического фактора на техническое состояние изделий техники, эффективность рекомендаций по защите, обеспечить требуемую биостойкость ряда деталей, узлов и агрегатов, определить перспективы развития исследований по проблеме.

4. Авторские работы

Мы оценили, что перед цивилизацией стоит ряд важнейших задач по производству достаточного количества качественного и безопасного для людей продовольствия. И, без преувеличения можно говорить о том, что от решения этих задач зависит благополучие расы человечества.

Неравномерность демографических характеристик общества людей нынешней цивилизации вызывает неизбежную потребность в создании специализированной, многопрофильной индустрии воспроизводства, переработки, хранения, доставки и распределения продовольствия.

В высокоразвитых государствах объемы воспроизводства, концентрации и оборота пищевых продуктов, материалов и изделий достигает огромной величины, что порождает значительные организационные, медицинские, финансовые и прочие проблемы, усугубляющиеся отсутствием реально обоснованных правил удовлетворения потребности в продовольствии.

Выдающимся достижением науки было получение экспериментальной информации и создании теоретического обоснования о влиянии комплекса физических факторов природного и искусственного происхождения на свойства органической и неорганической материи. Эти знания позволяют раскрыть законы, а так же механизмы распространения и преемственности свойств, влияющих на развитие биосферы планеты.

Особенный интерес представляет описательность взаимосвязи макро- и микрокосмоса, как матрицирование изменяющихся характеристик энергии доминирующих систем, «свойств окружающей среды», в виде эволюции химических связей и биологических параметров (генетических признаков) наблюдаемых биологических систем.

Принимая за базу существующие достижения науки и собственные экспериментальные работы Патент № 2084100, от 26 января 1993 года, «Способ предпосевной обработки семян».^, Патент № 2108997, от 18 июня 1996 года, «Технологическая линия для переработки органических материалов и/или отходов, содержащих органические материалы».^, Патент № 2151742, от 30 сентября 1996 года, «Способ получения активной воды или раствора»., мы представили проект «Реген» От англ. «Regeneration» - возрождение., теоретическое обоснование механизма программирования кругооборота материи в природе с получением биологических материалов прогнозируемых свойств Агнаев В.Х. Проект “Реген” - создание механизма управления программируемым кругооборотом биологической материи. Статья в журнале “Экос - информ”, № 2 за 1998 г..

Данный проект был разработан для Республики Северная Осетия-Алания в 1996 году с участием Государственного Научного Центра, и его рентабельность рассчитана свыше ста процентов Бизнес-План проекта «Реген», ГНЦ, РСО-Алания, Владикавказ, 1996 год.. «Реген» был введен в Реестр инновационных и инвестиционных проектов Каталог инновационных и инвестиционных проектов РСО-А 1997 год.

Документы прошли финансовую экспертизу в Институте Экономике РАН «Заключение на Бизнес-План проекта «Реген», № VI-4, от 24 июня 1997 года., Государственном Комитете по Науке и технологиям Заключение Государственного Комитета РФ по науке и технологиям на бизнес-план по созданию оборудования для переработки биологических материалов, предназначенных к утилизации за счет частичного использования энергии обрабатываемой биомассы /проект "РЕГЕН"/, № НБ-16-7-427, от 23.12.96..

Представленный проект предусматривает воздействие как на воду, внутреннюю среду биологической материи, так и на электромагнитную среду с помощью энергии Электро Магнитного Матричного Излучения (ЭММИ).

Это позволило произвести продовольственную продукцию были представлены образцы партии зерна в 20 тонн, и установки водоподготовки. с применением ЭММИ, которая была тестирована государственной СЭС по СанПиНу и признана соответствующими гигиеническим требованиям к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов Протоколы исследования воды питьевой №№ 437, 437 от 17.07.2002 года; №№ 463, 464 от 29.07.2002 года; №№ 815, 816 от 29.12.2004 года.^, Санитарно-эпидемическое заключение № 64.01.01.929.П.000612.08.02 от 14.08.2002 года..

На основании данных лабораторной выпечки хлеба Справка об анализе муки 13.12.2001 года, Лаборатория качества зерна НИИСХ «Юго-восток». с применением средств ЭММИ на Саратовском ОАО «Хлебокомбинат» была произведена пробная промышленные выпечка хлеба Заключение пробной выпечки на ОАО «Хлебокомбинат» г. Саратов. № 1 от 03.10.02 года..

В результате было продемонстрировано: большая величина выхода хлеба (10 - 12 %); уменьшение вдвое срок брожения опары (2 часа, вместо 4); через 24 часа картофельной палочки не обнаружено; по истечении срока реализации мякиш хлеба не крошится.

Одновременно с этой работой, на базе Государственного научного центра Российской Федерации Института медико-биологических проблем РАН проводились исследования влияния воды, обработанной различными дозами ультрафиолета, на культуральные свойства микроорганизмов.

В 2002 году развернутые работы под руководством профессора В.И. Ильина, которые завершились несомненным результатом, подтверждающим открытие нового явления «Отчет о научно-исследовательской работе» ГНЦ РФ ИМБП, 28.11.2002 года., с описанием новых возможностей в биологии «Создание опытного блока для культивирования пекарных дрожжей и других микроорганизмов, входящих в состав хлебной закваски на основе воды обработанной ультрафиолетом», Техническое задание на выполнение опытно-конструкторской работы. 8 декабря 2002 года.

Результат работ был опубликован «Исследование влияния обработанной ультрафиолетом воды на биообъекты» Ильин В.К., Есиев С.С., Ракитская Л.В., Тюрина Д.А., Соловьева Д.О., Дешевая Е.А. Журнал «Светотехника», №5, 2003 год^, «Сельскохозяйственная биология», серия «Биология животных», №2, 2004 год. Ильин В.К., Есиев С.С., Ракитская Л.В., Тюрина Д.А., Соловьева Д.О., Дешевая Е.А. Журнал «Светотехника». и подвергнут предварительной финансовой оценке «Сельскохозяйственная биология», серия «Биология животных», №2, 2004 год. Ильин В.К., Есиев С.С., Ракитская Л.В., Тюрина Д.А., Соловьева Д.О., Дешевая Е.А. Журнал «Светотехника». в области применения - хлебопекарной промышленности свыше 13 млн. $ USD.

Материалы работ были рассмотрены на Международных конференциях «Study on the effects of water treated with different doses of ultraviolet light on cultural properties of bifidobacteria, lactobacilli and bakery yeast» Health Strategy and Decision Science URMPM Special Conference August, Costa Rica 2004, где получили высокую научную оценку.

Сущность открытия состоит в следующем.

Экспериментально установлено неизвестное ранее явление активации процессов жизнедеятельности микроорганизмов в питательных водных средах, подвергнутых структуризации не фильтрованным ультрафиолетовым излучением. Данное явление заключается в том, что культивирование микроорганизмов на питательных средах, приготовленных на воде, предварительно обработанной не фильтрованным модулированным светом ультрафиолетового излучения с содержанием в лучистом потоке высокой мощности ультрафиолетовых квантов с короткой длиной волны, вызывает повышение культуральных свойств (выживаемость, образование колоний, морфология колоний, количество живых клеток в колониях, продукция ферментов - гемолизина, бета-лактамаз, частота переноса плазмид) микроорганизмов (условно- патогенных - стафилококк, кишечная палочка, синегнойная палочка, и промышленных - лактобациллы, бифидо бактерии, пивные дрожжи, Bacillus spp,), повышение вероятности оживления микроорганизмов из лиофилизированных коллекций, срок годности которых истек, включение микроорганизмов из архивированного состояния в производственный процесс, минуя стадии многочисленных пассажей, с быстрым накоплением биомассы, оптимизацией микробного антагонизма, что обусловлено повышением внутренней энергии воды в питательных средах.

В основе современного мировоззрения ведущих физиологов мира о развитии биологической материи, лежит концепция автоколебательных систем, когда соотношение объема и свойства вещества в функционирующем организме регулируется адекватным количеством энергии в процессе жизнедеятельности.

Реальная модель для рассмотрения причины многообразия свойств воды происходит от принципа суперпозиции. Интерференция волн колебаний одной и той же частоты, но с разными фазами, которые распространяются независимо друг от друга, а в точке наблюдения они складываются, что является опытным фактом и носит название принципа суперпозиции. Принцип суперпозиции демонстрирует, каким образом внутренняя энергия гидросреды связана с угловым искривлением оси (рис.1) атомов молекулы воды «водород-кислород-водород» (два одноименно заряженных иона водорода должны быть максимально удалены друг от друга в молекуле воды, то есть диаметрально противоположны по отношению к центральному атому кислорода).

Рис. 1

Здесь требуется внести некоторую ясность в факт, каким образом был измерен угол в молекуле воды. Данное измерение производилось по принципу интерференции волн рентгеновского излучения проходящего сквозь твердую форму воды - лёд. Но, тем не менее, этот факт проливает свет на причину биоактивного действия талой воды и воды подвергнутой воздействию фактора механической или лучевой энергии. Это свойство было известно ещё средневековому целителю Ганеману и используется сегодня активно, к примеру, в гомеопатии.

Появление такого угла придаёт молекуле воды свойство полярности, что позволяет воде образовывать полимерные структуры под воздействием внешних же силовых полей - других соединений, гравитация, температура, инерция вращения и т.д. В качестве примера применения принципа суперпозиции полей, на рис. 2 изображена картина силовых линий поля электрического диполя - системы из двух одинаковых по модулю зарядов разного знака +q и -q, расположенных на некотором расстоянии l.

Рис. 2

Силовые линии поля электрического диполя

Важной характеристикой электрического диполя является так называемый дипольный момент, где вектор силы направлен от отрицательного заряда к положительному заряду, которым обладает нейтральная молекула воды (H₂O), так как центры двух атомов водорода располагаются не на одной прямой с центром атома кислорода, а под углом 105° (Рис. 3).

Дипольный момент молекулы воды p = 6,2·10^-30 Кл * м.

Рис. 3

Таким образом, под воздействием, в нашем случае, (когда величина p вырастает от первоначального значения 6,2·10-³⁰ Кл * м, до p = 12,4·10-³⁰ Кл * м) электромагнитного поля ультракоротких длин волн, формируются внутримолекулярные напряжения межатомных связей, увеличивающие внутреннюю энергию гидросреды. Чтобы переместить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (т. е. увеличить площадь поверхности жидкости, что крайне необходимо в некоторых областях пищевого производства), надо затратить положительную работу внешних сил пропорциональную изменению площади поверхности.

В результате, коэффициент поверхностного натяжения воды равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу. В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м²) или в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м²).

Попадая в условия взаимодействия сред с меньшим уровнем энергии, молекулы воды проявляют энергетически более выраженные свойства, передавая свою энергию для усиления проявления свойств органической и биологической материи.

В качестве доказательства достоверности открытия ниже приведены результаты экспериментальных исследований изменения культуральных свойств (выживаемость, образование колоний, морфология колоний, количество живых клеток в колониях, продукция ферментов - гемолизина, бета-лактамаз, частота переноса плазмид) микроорганизмов, культивированных в питательных водных средах, подвергнутых структуризации не фильтрованным ультрафиолетовым излучением.

Приготовление воды методом обработки ультрафиолетом.

Объем воды необходимый для работы обрабатывается не фильтрованным светом источника ультрафиолетового излучения, с содержанием в лучистом потоке ультрафиолетовых квантов с длиной волны 190 - 250 нм, не менее 30% (ДРТ-400). Поток света мощностью 0,4 вт/см моделируется с помощью электромагнитного поля дополнительного устройства. Обработка производится до увеличения внутренней энергии воды в 2 раза, что определяется с помощью вискозиметра.

На основе воды, обработанной ультрафиолетом, приготовляли следующие стандартные питательные среды:

- среда МРС для культивирования лактобацилл;

- среда "Бактофок" для культивирования бифидобактерий;

- среда LB для культивирования аэробных тест-культур;

- мясо-пептонный бульон для исследования частоты переноса плазмид при конъюгации.

Контролем явились аналогичные среды, содержащие воду, не обработанную ультрафиолетом.

В исследованиях использовались коллекционные культуры видов Lactobacillus casei, Bifidobacterium longum, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Saccharomyces cerevisiae из коллекции ГНЦ РФ ИМБП РАН.

Исследование выживаемости культур лактобацилл и бифидобактерий в питательных средах, содержащих воду, обработанную ультрафиолетом: тестируемые культуры изначально находились в лиофилизированном состоянии. Культуры регидрировались и 10-кратно раститровывались в питательных средах. Инкубировали 48 часов при 37⁰С. Выживаемость оценивали по количеству выросших колоний.

Исследование количества живых клеток в колониях лактобацилл и бифидобактерий, выросших в питательных средах, содержащих воду, обработанную ультрафиолетом: колонии микроорганизмов, выросших в толще агара, изолировали, разводили в стерильном физрастворе и раститровывали в пробирках, содержащих стандартную ростовую среду. Среды с посевами инкубировали в термостате при 37⁰С в течении 24 часов, после чего производили учет выросших колоний.

Исследование микробного антагонизма в питательных средах, содержащих воду, обработанную ультрафиолетом: культура тест-штамма лактобацилл выращивалась в течение 24 часов при 37⁰С на поверхности питательного агара в форме макроколонии. По окончании инкубации макроколония стерилизовалась парами хлороформа и заливалась полужидким агаром, содержащим культуры следующих видов:

- Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк);

- Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка);

- Escherichia coli (кишечная палочка).

Посевы инкубировались в течение 24 часов.

По окончании инкубации антагонистическая активность оценивалась по диаметру зоны задержки роста вокруг макроколонии тестируемого штамма лактобацилл.

Исследование частоты переноса генетического материала в жидкой питательной среде, приготовленной на основе воды, обработанной ультрафиолетом проводилось следующим образом:

Свежие агаризированные культуры штамма Е. Coli J 5-3 содержащие плазмиды pR1, несущие детерминанты резистентности к антибиотикам широкого спектра действия различных химических групп: ампициллину, карбенициллину, канамицину, и свежая агаризированная культура штамма Е. coli С-600, чувствительного ко всем антибиотикам, кроме налидиксовой кислоты, инкубировались в воде, обработанной ультрафиолетом, при температуре 37⁰С. Контроль: инкубация в обычных средах при температуре 37⁰С. После инкубации культуры пересевались на бульон и помещались на 24 часа в условия, соответствующие преинкубационным. По окончании инкубации приготовляли коньюгационные смеси: 1 мл культуры донора, содержащие 1х10⁹ GFU/мл, были смешаны с 1 мл культуры реципиента той же концентрации. Были приготовлены следующие коньюгационные системы:

- доноры и реципиент R-плазмид, выращенные в воде, обработанной ультрафиолетом, и осуществляющие конъюгацию в воде, обработанной ультрафиолетом;

- доноры и реципиент R-плазмид, в воде, обработанной ультрафиолетом, и осуществляющие конъюгацию в обычной среде;