Энергия наших мыслей

Примечательно, что в дыхательных путях птиц не обнаружено никаких клапанов и все причудливые движения воздуха происходят по законам гидродинамики. Интенсивности газообмена способствует наличие противоточной системы кровообращения в легких птиц, т. е. кровь и воздух движутся в противоположных направлениях, навстречу друг другу. Из-за этого “более свежие” порции воздуха контактируют с “более артериальной” кровью, что обеспечивает эффективный газообмен. Птицы из 1 литра воздуха извлекают 40 мл кислорода (млекопитающие — 30 мл), при этом напряженность кислорода в артериальной крови больше, а двуокиси углерода меньше, чем в выдыхаемом воздухе!

Молекула кислорода обладает рядом уникальных свойств. Она имеет два электрона с параллельными спинами на валентной молекулярной орбитали (М ^^, где значок ^ обозначает электрон с определенным направлением спина). Такое состояние внешней электронной оболочки называется триплетным. Триплетный кислород является потенциальным источником энергии, однако она не может быть спонтанно реализована, ибо в соответствии с законом сохранения Вигнера прямая реакция с молекулами в синглетном состоянии невозможна. Это одно из условий стабильности триплетного кислорода. Существует несколько путей активации кислорода, и один из них — одноэлектронное размножение. При захвате электронов кислородом возникают промежуточные продукты — активные формы кислорода (АФК). Некоторые из них являются свободными радикалами — молекулами, имеющими нечетное число электронов на внешних орбиталях. Для получения второго электрона эти молекулы активно взаимодействуют с окружающими молекулами, служащими в качестве доноров электронов. Свободный радикал захватывает электрон и превращается в молекулу, в то время как его донор начинает искать своего донора. Таким образом, свободные радикалы могут инициировать цепную реакцию в растворах органических молекул, таких, как липиды, протеины, карбогидраты. Оптимальной средой для таких процессов является кровь.

Радикальные цепные реакции действительно могут повреждать биологические молекулы ин-витро, поэтому АФК рассматриваются в биологической и медицинской литературе как вредный для здоровья фактор. Однако большой объем данных заставляет предположить, что в действительности АФК являются важным элементом биологического процесса. По различным оценкам, 10-15% потребляемого кислорода в покое преобразуется по одноэлектронному механизму, в ходе которого генерируются АФК. В условиях стресса или активной работы, когда активность энзимов, генерирующих АФК, увеличивается, потребление кислорода увеличивается на 20-40%, и весь этот избыток преобразуется по одноэлектронному механизму. Следовательно, АФК должны играть важную роль в нормальной физиологии.

Принципиально важно, что в процессе рекомбинации выделяются кванты энергии, эквивалентные энергии видимого или ультрафиолетового диапазона. Основной донор в этих процессах — это молекулы воды, имеющей наименьший потенциал ионизации. А. Гурвич и Э. Сент-Дьерди независимо показали, что в живых системах энергия электронного возбуждения не диссипирует в тепло, а передается макромолекулам или их ансамблям. Порции энергии, эквивалентные энергии фотонов, реализуемые в реакциях рекомбинации радикалов, могут служить триггерами биохимических реакций, обеспечивая ритмический характер протекания метаболических процессов.

В каждой цепной реакции освобождается до 8 эВ энергии. Для птицы, дышащей влажным воздухом во время полета, это создает дополнительный источник энергии для генерации АТФ в мышцах. 1 эВ равен 1.6х10-19 Дж, в 1 см3 воздуха находится примерно 1016 молекул, поэтому для генерации 100 кДж энергии птица должна переработать примерно 106 см3 воздуха. Частота дыхания птиц в полете составляет 60-160 циклов в минуту. В среднем это обеспечивает пропускание 103-104 см3 воздуха в минуту. Поэтому для пропускания воздуха птице потребуется 102-103 минут, или от 2 до 16 часов. Это время сравнимо с длительностью миграционного полета.

Описанный механизм не претендует на полноту деталей, но он позволяет сделать несколько заключений:

1. Современные биофизические концепции еще находятся в процессе формирования, окончательная картина далека от завершения.

2. Биологические организмы извлекают энергию не только из пищи, но непосредственно из воздуха, воды и света.

3. Внешние стимулы играют фундаментальную роль в активации внутренних процессов жизнедеятельности. Иными словами, сверхслабые информационные стимулы активируют каскады цепных гомокинетических реакций.