Вечный sapiens. Главные тайны тела и бессмертия - Александр Никонов

Но молекул в стакане миллиарды миллиардов. В океане – побольше. Им тесно, и они постоянно «трутся», на краткий миг образовывая друг с другом димеры, тримеры и даже более длинные цепочки и «комки». Так?

Вроде так. Вечный хаос без всяких устойчивых структур. Но…

За счет того, что угол Н-О-Н в молекуле воды составляет 104,5 градуса, чисто геометрически могут образоваться пятичленные циклы. Комплекс из 17 молекул, например, образует шесть таких циклов, что открывает дорогу к дальнейшей стабилизации. Как? Следите за мыслью.

Разумеется, конгломерат аж из семнадцати молекул жить будет совсем недолго, но его образование весьма вероятно. Вы только представьте себе водный массив из триллионов тетраэдрических «молочных пакетов», которые контактируют друг с другом вершинками. В этом массиве всегда будет огромное число димеров, поменьше тримеров, еще поменьше «многомеров» и некоторое число вышеупомянутых тетраэдров. А что это значит?

Это значит, что чисто геометрически у получившегося конгломерата молекул появляется единая плоскость с шестью свободными водородными связями. Которые могут сцепиться с аналогичной плоскостью другого подобного конгломерата.

– Становится возможным одновременное участие шести водородных связей! – радуется Зенин. – И тут незнание химической кинетики сыграло с физиками злую шутку. Физики всю жизнь говорили, что больше, чем 6–8 молекул воды, сцепиться между – не могут: слишком мала вероятность для короткоживущих водородных связей… Но есть такое понятие – константа димеризации, которая характеризует соединение одной молекулы воды с другими. Концентрация димеров делится на произведение концентрации мономеров. Эта константа равна 10 л/моль. Если спросить людей, не знакомых с химической кинетикой: вот в одной плоскости оказалось шесть связей, константа каждой из них равна 10. А константа шести связей чему равна? В лучшем случае скажут, что 60. А их надо перемножать! И тогда получится 106. Миллион! На шесть порядков увеличивается время жизни! Тут как в бизнесе – с червонца дело не начнешь, а с миллиона уже можно.

…Еще раз повторю читателю – здесь срабатывает чистая геометрия. Из-за характерного угла Н-О-Н молекулы могут образовывать такие короткоживущие объемные фигуры, в которых водородные связи лежат в одной плоскости. А реагирование фигур плоскостями сразу с шестью сцепками на порядки увеличивает время жизни ассоциатов.

– А дальше между собой начинают соединяться уже тетраэдрические додекаэдры. Их геометрия такова, что в одной плоскости получаются уже три по шесть связей. А это дает нам 1018. И это число на шесть порядков превышает обычное время жизни водородной связи, равное, как вы помните, 10-12с. Мы проскочили хаос и застабилизировались! Расчеты показывают, что минимальный стабильный кристаллик воды состоит из 912 молекул и геометрически напоминает ромбический куб с углом в 60 градусов. Длина ребра этого кристаллика 29 ангстрем. И 99,6 % воды состоит из таких образований.

Увеличение времени жизни все более крупных ассоциатов происходит, по Зенину, «вследствие углубления ямы потенциальной энергии». Сначала образуются циклы (примерно как в бензольном кольце), потом сферы, похожие на футбольный мяч, состоящий из пятиугольников и шестиугольников, потом тетраэдрический додекаэдр. И так далее.

– Но поскольку идет процесс нарастающей стабилизации, открывается, как говорят кинетики, канал. Это значит, что если есть малая концентрация неких образований, среди которых вдруг возникает константа, которая стабилизирует соединение, процесс начинает идти именно по этому каналу. И по этому каналу все вещество постепенно перетекает в новое состояние. В реальности подобные структуры в воде собираются сразу – как только вода начинает превращаться из пара в жидкость. Иначе бы она просто жидкостью не была, как сероводород. Но поскольку минимальным структурным объектом воды является не молекула, как в сероводороде, а «льдинка» из 912 молекул, то есть объект на три порядка тяжелее одной молекулы, это и делает воду жидкостью… Когда мы все это публиковали и докладывали на конференциях, нам возражали: а почему тогда жидкостью, а не гелем? Почему бы этим кристаллам не соединиться в еще большие образования, полностью затормозив всякую текучесть и превратив воду в вязкий гель? Природа позаботилась об этом.

Геометрически эти кристаллы ничем не отличаются. Но на каждой грани каждого кристалла свой зарядовый рисунок – сочетание плюсиков и минусиков. Потому что на каждую грань вынесено 24 зарядовых центра – кислород или водород. И если вы хотите, чтобы кристаллы гранями соединились, нужна полная комплиментарность – чтобы зарядовый рисунок на одной грани негативно совпадал с зарядовым рисунков на грани другого кристаллика – напротив каждого плюсика должен быть минусик и наоборот. Это практически невероятно. При сборке ассоциатов растет их стабильность, но падает вероятность комплиментарного взаимодействия. Проще найти комплиментарную пару по шести центрам, труднее по 18, а по 24 практически невозможно. Таким образом, мы получаем минимальный структурный элемент воды. Водородные связи между кристаллами воды не образуются.

– А какие образуются?

– Дальние кулоновские взаимодействия. То есть обычные электростатические силы. Если на одной грани кубика плюсиков больше, чем минусиков, и она имеет в целом положительный заряд, кубик этой гранью может подтянуться к в целом отрицательно заряженной грани другого кубика. Водородная связь работает на дистанции 2,8 ангстрема. А здесь порядка 5 ангстрем. То есть между кристаллами больше расстояние, чем между молекулами, составляющими кристалл. Кристаллы висят в кулоновском поле. Они могут собираться в более крупные ячейки до тех пор, пока на поверхности этих скопищ не останутся электронейтральные грани. Как я уже говорил, согласно нашим расчетам, максимальной стабильной ячейкой является ромбический куб из 912 молекул воды, а ячейки воды, состоящие из группы таких кристаллов, достигают размера примерно в полмикрона и легко разрушаются.

– Расчеты – это лишь теория.

– Эксперименты подтверждают теорию. Причем подтвердить все это нам удалось несколькими методами – методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, методом оптической спектроскопии, методом контрастно-фазовой микроскопии и методом протонного магнитного резонанса. Впервые мы доложили об этом в 1995 году на втором Международном конгрессе по сверхслабым взаимодействиям. И только на пятом таком конгрессе, в 2009 году произошла психологическая подвижка: отдельные ученые начали постепенно, со скрипом признавать нашу теорию воды. Была большая дискуссия, и устроители даже попросили у меня разрешение вывесить результаты экспериментов на сайте конгресса.

…Однако признание одного конгресса еще не признание большой науки. Там психологический перелом еще не произошел. Новый взгляд на воду еще не выработан. Зенин на этот счет не обольщается:

– Из академической науки, помимо Бурлаковой, нас в этих исследованиях поддерживает директор пущинского Института биофизики клетки Евгений Евгеньевич Фесенко, который до последних пор получал гневные письма от комиссии Круглякова по лженауке. Я читал одно из них. Оно мне напомнило времена лысенковщины. Как же так, возмущается комиссия, вы публикуете работы о структуре воды, хотя Президиум АН такие вещи не признает… Осталось только выговор по партийной линии объявить! Помню, в 1997 году на очередном конгрессе перед тем, как идти выступать, Фесенко сказал мне, смеясь: «Сейчас я пойду и меня побьют. А потом вы выйдете, и вас побьют». Вот такая ситуация была до последнего времени. Но мы не сдаемся. И сейчас все больше людей понимают, что вода и молекула воды – это две большие разницы. Вода выступает как матрица для протекания биохимических процессов.