Рис. 7 Электрическая активность, одновременно зарегистрированная от локуса коры А (см. Рис. 6,1) и кусочка кости черепа вороны (А,2), Калибровка: 2,4 с. Б -- кросс-коррелограмма, характеризующая взаимозависимость между этими активностями. Обозначения как на рис. 4.
Зарегистрирована электрическая ритмическая активность у живых существ, различающихся по сложности строения и имеющих разную эволюционную историю. Частотные характеристики этой активности находятся в диапазоне от 0,5 до 45 Гц [Греченко и др. 2015, Харитонов и др. 2014]. Осцилляции обнаружены у цианобактерий Oscillatoria terebriformis, Geitlerinema sp. и Halothece sp., у одноклеточных эукариот - дрожжей Saccharomyces cerevisiae,, амебы обыкновенной Amoeba proteus, инфузории Paramecia caudatum; у многоклеточных малоподвижных эукариот - молочного гриба Zooaglea и плодового тела миксомицет Licogala epidendrum; у подвижных многоклеточных эукариот - пиявки Hirndo medicinael и улитки Helix lucornm, а также у срезов плодов огурца Cucumis sativus и яблони Malus domestica “Jonagold”.
Опыты показали, что феномен генерации потенциалов, включая индукцию потенциалов действия, является свойством не только живых систем, но и небиологических объектов. У неживых объектов обнаружены изменяющиеся потенциалы, но ритмическая электрическая активность, характеризующаяся устойчивыми частотами, отсутствовала (Рис. 2-7). Тем не менее, хорошо известно, что при определенных условиях у неживых объектов существует авторитмичность. Например, реакция железной проволоки с азотной кислотой проявляет иногда удивительно регулярную активность, состоящую из периодов повышения и снижения амплитуды и частоты [Lilli 1929]. В концентрированной кислоте частота колебаний от 40 до 100 в мин., которая постепенно изменяется вплоть до полного исчезновения. На примере кардиоритма исследователи обсуждали отличие этих колебаний от колебаний в живых системах.
Рис. 8 Электрические потенциалы, возникающие при растворении сахара: а -- фоновая активность жидкости, б -- растворение кристаллов сахара, в -- завершение растворения. Калибровка: 2,4 с.
Найдено, что в обоих случаях вмешательство внешнего фактора может изменять частоту колебаний потенциала, и возможен подбор материалов, показывающих авторитмичность при химических реакциях [Lilli 1929, Hedges and Myers 1926]. В проведенных нами опытах тоже наблюдались ритмические процессы у неживых объектов: они фиксировались при растворении солей в водной среде (Рис. 8).
Зарегистрированы изменения электрических процессов при растворении NaCl и KCl, веществ, выполняющих важнейшую роль в создании потенциала покоя и потенциалов действия у живых организмов. Растворение каждого вещества сопровождалось появлением спайкообразных смещений потенциала (Рис. 8, калибровка времени). Амплитуда и частота этих колебаний зависела от вида соли и ее количества. Полное завершение физико-химического процесса приводило к восстановлению исходного потенциала жидкостной среды (Рис. 8в). Также были зарегистрированы ритмические потенциалы при изменении внешней температуры (Рис. 5). По сравнению с ритмической активностью живых организмов эти изменения медленные по скорости и кратковременные по длительности - в опытах они наблюдались в течение 10-40 с. Еще одной особенностью осцилляторов неживых систем является отсутствие у них паттернов, наличие которых является “визитной карточкой” у живых систем [Греченко и др. 2016]. Ритмическая активность создает своеобразные пространственно-временные структуры - паттерны. Эксперименты показывают, что паттерны у одного и того же объекта являются устойчивыми и у каждого объекта можно найти несколько стабильных паттернов [Греченко и др. 2016]. Их обнаружение у столь разнообразных существ, как те, что были объектами наших опытов, говорит об их эволюционной консервативности. У неживых систем не удалось выявить какой-либо паттерниза- ции колебаний потенциала - их изменения носят непредсказуемый характер (Рис. 2-7).
Современные представления о генезе ритмической активности у живых существ опираются на множество экспериментальных данных: существование клеток-генераторов, имеющих эндогенный механизм осцилляторной активности, доказано опытами на клетках разнообразных организмов, как вообще не имеющих нервной системы, так и с простой нервной системой, а также на клетках мозга высокоорганизо-ванных животных [Соколов 1975, Leznik and Llinцs 2006, Ba ar 2008]. Перевод эндогенной активности в форму электрических осцилляций происходит при необходимом участии селективных ионных каналов в жидкостно-мозаичной мембране. У неживых объектов, естественно, плазматическая мембрана отсутствует. Объяснение происхождения электрических потенциалов в этом случае возможно на основе абсорбционной теории Линга. Физическая теория Линга представляет собой альтернативу общепринятой мембранной теории Сингера-Никольсона, которая объясняет фундаментальные свойства клетки особенностями ее плазматической мембраны [Зенгбуш 1982]. Мембранные потенциалы могут генерироваться вдоль непроницаемой мембраны, а потенци- ал-подобные изменения уровня поляризации способны индуцироваться даже неживыми системами, не содержащими ни ионных каналов, ни насосов [Линг 1986]. Электрические свойства клеток объяснимы без функционирования ионных каналов и насосов. Теория Линга приписывает мембранный потенциал и генерацию подвижности ионов, которые абсорбируются на местах связывания, и это происходит независимо от того, проницаема мембрана или нет [Tamagawa et al. 2016, Toko et al. 1990]. Абсорбционная теория применима и к живым, и к неживым системам для объяснения их электрических свойств.
И, если физические явления, приводящие к возникновению электрических явлений у неживых организмов, имеют объяснения, то нерешенным до сих пор остается вопрос: как же возникли живые систе-мы из неживого материала? Несмотря на отсутствие ритмической осцилляторной активности у протестированных объектов окружающей среды (среди них были и фрагменты породы из разных мест России, и различные материалы - бумага, нитки, дерево), исторические факты свидетельствуют: именно при участии таких несхожих по своим электрическим свойствам компонентов был инициирован абиогенез - про-цесс превращения неживой природы в живую, образование органических соединений, получивших распространение в объектах живой природы. Согласно гипотезе Опарина-Холдейна [Опарин 1985] в рас-творах высокомолекулярных соединений могут возникать коацерваты - зоны повышенной концентрации, которые отделены от внешней среды, но могут поддерживать обмен с ней. Было сделано предположение, что эволюционный прорыв может произойти в определенном состоянии из коацерватов. Экспериментальная проверка данной гипотезы была предпринята Миллером и Юри [Miller 1953]. В ходе эксперимента при пропускании электрических разрядов через сосуд с определенной газовой смесью образовывались аминокислоты, что происходило, когда смесь H2O, NH3, CH4, CO2, CO поместили в замкнутый сосуд и при температуре 80°С подвергли электрическим разрядам. В более поздних опытах были получены сахара и нуклеотиды. Также в опытах изучалась роль и относительный вклад разных форм физических воздействий в синтез аминокислот и других органических компонентов на примитивной Земле, на углеродистых хондритах и в солнечной туманности [Miller et al. 1976, Mille, 1986]. Электрические разряды вызывали появление аминокислот более эффективно, чем другие источники энергии, а состав синтезированных аминокислот качественно был подобен тем, которые нашли в метеоритах-хондритах [Miller et al. 1976]. По всей вероятности, важную роль в пребиотиче- ском синтезе играл и ультрафиолетовый свет [Miller et al. 1976]. Современные исследования в области моделирования условий происхождения живого вещества из неживого приводят к предположению о том, что для физико-химических систем должно существовать определение минимального живого, основанное на трех взаимосвязанных функциях. Новые функциональные возможности возникают при наличии метаболизма, информационной системы и приемника, которые в контро-лируемой среде способны собирать внешние воздействия разной физической природы для преобразования ресурсов в строительные “бло-ки”. Такая система может расти и делиться, частично контролируя наследуемую информацию [Rasmussen et al. 2016].
Согласно приведенным концепциям жизнь и среда - две части единой системы [Вернадский 1989, Опарин 1985, Free and Barton 2007, Walde 2007]. Эволюция биоты [всех биологических организмов планеты] настолько тесно связана с эволюцией физического окружения в масштабе планеты, что вместе они составляют единую саморазвиваю- щуюся систему, которая обладает саморегуляторными свойствами, напоминающими физиологические свойства живого организма [Вернадский 1989, Мархинин 1980]. Живые существа возникли из неживых веществ в ходе пребиотической эволюции - этапа в развитии жизни, результатом которого стало получение органических соединений из неорганических при необходимом влиянии определенных внешних факторов. Данные, полученные в опытах на живых и неживых объектах, приводят к выводу о том, что ритмические процессы живых систем сформировались под влиянием гелиогеофизических колебаний окружающей среды, а у Земли как планеты, на которой живут и развиваются эти организмы, ритмические характеристики системы Земля - ионосфера, в свою очередь, стали новым качеством, порожденным интеграцией электрических свойств неживых объектов, из которых она состоит. Новым качеством живых систем, имеющих организованную в паттерны осцилляторную активность, является психика.
Выводы
1. Электрическая ритмическая активность живых существ разного таксономического положения и эволюционного возраста характеризуется частотами от 0,5 до 45 Гц. Электрические свойства неживых объектов не имеют такой характеристики.
2. Электрическая ритмика живых существ организована в устойчивые характерные для данного вида организмов пространственновременные структуры - паттерны. У неживых систем не удалось выявить какой-либо паттернизации колебаний потенциала - их изменения носят непредсказуемый характер.
3. Ритмические процессы живых систем сформировались под влиянием гелиогеофизических колебаний окружающей среды.
4. Планета Земля получила свои ритмические характеристики как интегративное качество от неживых объектов, из которых она состоит.
5. Новым качеством живых систем, имеющих организованную в паттерны осцилляторную активность, является психика.
Литература
Бару и др. 2013 -- Бару Н.А, Колосков А.В, Рахматулин Р.А. Зависимость характеристик ионосферного альфвеновского резонанса от состояния геокосмоса по данным синхронных наблюдений в Антарктике и Евразии // Український антарктичний журнал. 2013. № 12. C. 177-185.
Бреус и др. 1995 -- Бреус Т.К, Халберг Ф, Корнелиссен Ж. Влияние солнечной активности на физиологические ритмы биологических систем / / Биофизика. 1995. Т. 40. Вып. 4. С. 737-749.
Вернадский 1989 - Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М.: Наука, 1989.
Греченко и др. 2015 -- Греченко ТН, Харитонов АН. Жегалло А.В., Александров Ю.И. Психофизиологический анализ осцилляторных процессов в поведении биосоциальных систем // Психологический журнал. 2015. Т. 36. № 6. С. 75--87. Греченко и др. 2016 -- Греченко ТН, Харитонов АН. Жегалло А. В. Электрические знаки биокоммуникаций [Электронный ресурс] // Психологические исследования. 2016. Т. 45. № 9. URL: http://psystudy.ru_ (дата ображения 28 декабря 2018)
Гринцов, Гринцова 2002 -- Гринцов МИ. Гринцова В.М. Механизмы биологических эффектов гелио-геофизических возмущений / / Успехи современного естествознания. 2002. № 1. С. 96-118.
Жданов 1986 -- Жданов М.С. Электроразведка. Учебник для вузов. М.: Недра, 1986.
Зенгбуш 1982 -- ЗенгбушП. Молекулярная и клеточная биология. М.: Мир, 1982. Линг 2008 -- Линг Г Физическая теория живой клетки. Незамеченная революция. СПб: Наука, 2008.
Мартынюк и др. 2001 -- Мартынюк В.С. Темурьянц НА. Москвочук О.Б. Корреляция биофизических параметров биологически активных точек вариаций гелиоге- офизических факторов // Биофизика. 2001. Т. 46. №. 5. С. 905--909.
Мархинин 1980 -- Мархинин Е.К. Вулканы и жизнь: проблемы вулканологии. М.: Мысль, 1980.
Опарин 1985 -- Опарин А.И. Происхождение жизни. Тб.: Мецниереба, 1985. Орлеанский и др. 2016 -- Орлеанский В.К. Васильева Л.В. Зенова ГМ. Жегалло Е.А, Харитонов АН, Греченко ТН. Биовулканология и микробиология / / Восьмая международная конференция “Вулканизм, биосфера и экологические проблемы”. Майкоп-Туапсе. 2016. С. 164--166.
Поляков 2003 -- Поляков С.В. Ионосферный альфвеновский резонатор и его роль в электродинамике верхней атмосферы Земли: Дис. ... д-ра физ.-мат. наук. Нижний Новгород, 2003.
Соколов 1975 -- Соколов Е.Н. Пейсмекерный потенциал в организации ритмической активности нейрона / / Пейсмекерный потенциал нейрона / Под ред. Е.Н. Соколова и Н.Н. Тавхелидзе. Тб.: Мецниереба, 1975.
Хабарова 2002 -- Хабарова О.В. Биоэффективные частоты и их связь с собственными частотами живых организмов / / Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2002. №5. C. 56--66.
Харитонов и др. 2014 -- Харитонов АН. Греченко ТН. Сумина ЕЛ. Сумин ДЛ, Орлеанский В.К. Социальная жизнь цианобактерий // Дифференционно- интеграционная теория развития / Под ред. Н.И. Чуприковой и Е.В. Волковой. Москва: Языки славянской культуры: Знак, 2014. С. 283--303.
Чижевский 1976 -- Чижевский АЛ. Земное эхо солнечных бурь. Москва: Мысль, 1976.
Ba ar 2008 -- Ba ar E. Oscillations in “brain-body-mind” -- a holistic view including the autonomous system. Brain Res. 2008. Oct. 15. P. 1235--1242.
Christie, Binger 1928 -- Christie, R. V. Binger C.A.L. An experimental study of dia-thermy. iv. evidence for the penetration of high frequency currents through the living body // J Exp. Med. 1928. Vol. 48. no 2. P. 715--734.
Free, Barton 2007 -- Free A. Barton NH. Do evolution and ecology need the Gaia hypothesis? / / Trends in Ecology and Evolution. 2007. Vol. 22. no 11. P. 611--661. Gortner 1938 - Gortner R.A. Viruses-living or non-living? // Science. 1938. Vol. 87. no 2267. P. 529--530.
Hedge, Myers 1926 -- Hedges E.S. and Myers J.E. The Problem of Physico-chemical Periodicity. London: E. Arnold & Co., 1926.
Leznik, Llinds 2005 -- Leznik E, blinds R. Role of gap junctions in synchronized neuronal oscillations in the inferior olive // J. Neurophysiol. 2005. Vol. 94. 244 p. Lillie 1929 -- Lillie R.S. Resemblances between the electromotor variations of rhythmically reacting living and non-living systems / / The Journal of General Physiology. 1929. Vol. 13. P. 1-13.
Miller 1953 -- Miller S.L. A Production of amino acids under possible primitive Earth conditions // Science. 1953. Vol. 117. no 3046. P. 528--529.
Miller et al. 1976 -- Miller S.L, Urey H.C. Ory J. Origin of organic compounds on the primitive earth and in meteorites // J. Mol. Evol. 1976. Vol. 9. no 1. P. 59--72. Miller 1986 -- Miller S.L. Current status of the prebiotic synthesis of small molecules // Chem. Scr. 1986. Vol. 26B. P. 5--11.
Rasmussen et al. 2016 -- Rasmussen SS, Constantinescu A. Svaneborg C. Generating minimal living systems from non-living materials and increasing their evolutionary abilities / / Phil. Trans. R. Soc. 2016. Vol. B. P. 371--386.
Shumway, Stoffer 2011 - Shumway R.H. Stoffer D.S. Time series analysis and its applications / Springer Texts in Statistics. 2011.
Tamagawa, Funatani 2016 -- Tamagawa H. Funatani M. Ikeda K. Ling's Adsorption Theory as a Mechanism of Membrane Potential Generation Observed in Both Living and Nonliving Systems // Membranes. 2016. Vol. 6. P. 11--18.
Toko et al. 1990 -- Toko K, Souda M. Matsuno T, Yamafuji K. Oscillations of electrical potential along a root of a higher plant // Biophys. J. 1990. Vol. 57. P. 269-- 279.
Walde 2006 -- Walde P. Surfactant assemblies and their various possible roles for the origin[s] // Origins of Life and Evolution of Biospheres. 2006. Vol. 36. P. 109--150.
References
Baru, N.A., Koloskov, A.V. and Rakhmatulin, R.A. (2013), “Dependence of characteristics of ionospheric Alfwen resonance on the state of geocosmosis according to synchronous observations in Antarctica and Eurasia”, Ukrai'ns'kii antarktichnii zhurnal, no. 12, pp. 177--185.
Ba ar, E. (2008), “Oscillations in “brain-body-mind” -- a holistic view including the autonomous system”, Brain Res., 15 October, pp. 1235--1242.
Breus, T.K., Khalberg, F. and Kornelissen, Zh. (1995), “Effects of solar activity on physiological rhythms of biological systems”, Biofizika, vol. 40, no. 4. pp. 737--749. Chizhevskii, A.L. (1976), Zemnoe ekho solnechnykh bur [Earth echo of solar storms], Mysl', Moscow, Russia.
Christie, R.V. and. Binger, C.A.L. (1928), “An experimental study of diathermy. iv. evidence for the penetration of high frequency currents through the living body”, J Exp. Med., vol. 48, no. 2, pp. 715--734.
Free, A. and Barton, N.H. (2007), “Do evolution and ecology need the Gaia hypothesis?”, Trends in Ecology and Evolution, vol. 22, no. 11, pp. 611--661.
Grechenko, T.N., Kharitonov, A.N., Zhegallo, A.V. and Aleksandrov, Yu.I. (2015), “Psychophysiological analysis of oscillatory processes in the behavior of biosocial systems”, Psikhologicheskii zhurnal, vol. 36, no. 6, pp. 75--87.
Grechenko, T.N., Kharitonov, A.N. and Zhegallo, A.V. (2016), “Electric signs in biocommunications”, Psikhologicheskie issledovaniya [Electronic], vol. 9, no. 45, available at: http://psystudy.ru (Accessed 12 December 2018).
Grintsov, M.I. and Grintsova, V.M. (2002), “Mechanisms of biological effects of helio-geophysical perturbations”, Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya, no. 1, pp. 96-118.
Gortner, R.A. (1938), “Viruses-living or non-living?”, Science, vol. 87, no. 2267, June, pp. 529-530.
Hedges, E.S. and Myers, J.E. (1926), The Problem of Physico-chemical Periodicity, E. Arnold & Co, London.
Zhdanov, M.S. (1986), . Elektrorazvedka Uchebnik dlya vuzov [Electroinvestigation. Textbook for universities]. Nedra, Moscow, Russia.
Zengbush, P. (1982), Moiekulyarnaya i kletochnaya biologiya [Molecular and cellular biology], Mir, Moscow, Russia.
Khabarova, O.V. (2002), “Bioeffective frequencies and their relationship to the natural frequencies of living organisms”, Biomeditsinskie tekhnologii i radioelektronika, no. 5. pp. 56-66.