Рис 1. Сосна с правовинтовой закруткой (Красногорск, Московская обл); кедры на склоне горы в Саянах; берёза на склоне берега канала Москва-Волга в районе г. Долгопрудного.
В соответствие с принципом Кюри внешний фактор, обусловливающий спиротропизм деревьев, должен иметь спиральную симметрию и переменный знак, то есть быть хиральным (J-фактор [2]). Роль J-фактора, в принципе, могут играть вихревое магнитное поле, циркулярно поляризованный свет и нейтрино.Закручивание дерева может быть внутренним и наружным, при котором ствол закручен как целое и нет закручивания текстуры древесины. Примерами наружного закручивания служат обвивание виноградной лозой опоры или изгибание сосен в правые спирали на Куршской косе. Данные явления, также как причудливые формы сосен в скалистой местности или изломы карельских берёз следует отнести к аномалиям геотропизма, обусловленным внешними факторами иной, чем J-фактор природы.
В полной мере спиротропизму отвечает внутреннее закручивание, которое проявляется спиральностью на текстуре древесины. Закручивание наблюдается в основном у хвойных деревьев, хотя и скрыто корой. Оно может быть следствием нарушения режима водоснабжения дерева, но не действия таких неблагоприятных факторов среды, как интенсивность света, ионизирующая радиация и длина дня [1].Следует отметить, что спиротропизм деревьев и ресурс функциональной асимметрии мозга человека [2] могут быть обусловлены действием биогенных квантов одной и той же космической природы (J-фактор). В работах [2, 3] для обоснования нейтринной природы J-фактора предложен механизм биогенизации квантов нейтринной энергии сплошными кристаллическими и жидкими средами в составе геосфер и живых организмов. Биогенность, хиральность и вездесущность квантов солнечного и галактического нейтрино позволяют принять его за глобальный фактор асимметрии, отвечающий в частности за генезис спиротропизма и полового диморфизма у растений и животных.
В настоящей работе изучали зависимость спиротропизма от электрофизических свойств деревьев различных пород с целью выявления физико-химических особенностей в адаптации живых систем, свидетельствующих о чувствительности деревьев к J-фактору.2. Методика и результаты
Изучили электрофизические свойства древесины и почвы, измеряя разность потенциалов (V) между деревьями различной породы и землей тестером (MAS838) и используя в качестве контактных электродов железные гвозди. Электрическая система представляла гальванический элемент {Fe|почва||мембрана||древесина|Fe} с разными электролитами, разделенными полупроницаемой мембраной кутикулы корневой системы дерева. В древесину электрод углубляли на 1,5 – 2 см вплоть до твердых слоев ксилемы. Величины V для хвойных деревьев (сосна, ель, лиственница) менялись в пределах 0,11 – 0,30 В, а лиственных (берёза, дуб, липа) в диапазоне 0,18 – 0,50 В для стволов диаметром (D) от 10 до 70 см. Для комнатного кактуса (D = 2 см) V = 0,13 В. Для берёзы (D = 20 см) при величине V = 0,37 В ток (I) был равен 33 мкА.Для данной системы величины V и I оставались стабильными в течение часа. Величина V (берёза, кактус) уменьшалась в 2-3 раза, если измерения проводили спустя сутки при неизменном положении электродов. При этом на части гвоздя находящейся в растении образовывался слой ржавчины. При замене гвоздей на полоски из нержавеющей стали величина V для берёзы снижалась от ~0,3 В почти до нуля за время порядка 15 мин. Начальный ток в такой системе был существенно меньше (~10 мкА), чем в элементе с контактами из гвоздей, и он снижался до нуля за время порядка ~3 секунд.
Значение V оставалось практически неизменным при изменении высоты гвоздя в дереве и расстояния между берёзой гвоздем в земле в пределах 10 – 100 см. Для мертвых (лишенных зелени, с сухими ветвями), но еще сохраняющих влагу деревьев величина V была, как правило, незначительно ниже, чем для живых. У полностью высохших деревьев величина V равнялась нулю.
| № |
|
Вт/(м К) |
|
|
| 1 |
|
|
|
|
| 2 |
(аморфное, Na2OCaO 6SiO2) |
|
|
|
| 3 |
Сапфир (кристалл, Al2O3) |
|
|
|
| 4 |
|
|
|
|
| 5 |
кварц (кристалл, SiO2) |
|
|
|
Исходя из этого, можно заключить, что, хирализация теплового излучения либо отсутствует, либо процесс плавления кристаллической структуры сахара не чувствителен к спиральной анизотропии потока теплового излучения (ИК-фотоны). Разница в Тпл сахара на подложках и на болванке зависит от коэффициента теплопроводности материала подложки. Свой вклад в неё вносят и тепловые потери в воздушном зазоре между подложками и болванкой.3. Обсуждение результатов
3.1. Электрофизика геотропизмаСилу тяжести в растительных клетках воспринимают рецепторы (тяжелые частицы, крахмальные зерна). Полагают [4], что избыточное давление рецепторов на нижние клеточные мембраны приводит к сдвигам в их проводимости и поляризации клеток и органа в целом. На анизотропию межклеточного электрического поля реагирует механизм движения отрицательно заряженного гормона роста (ауксина), и его концентрация возрастает у положительно заряженных стенок. Ауксин притягивает питательные вещества, и деление клеток ускоряется именно в нижней части. При этом вертикально стоящий стебель растет вверх, а горизонтально расположенный – изгибается кверху. В корнях механизм геотропизма обратный, что связывают с участием в нем другого гормона – абсцизовой кислоты [4].
В основе тропизма растений лежит физический механизм усиления потоков энергии и метаболитов к участкам, которые подвержены действию того или иного физического фактора. За тропическую реакцию отвечают главным образом живые ткани камбия, то есть цилиндрической латеральной меристемы, локализованной между ксилемой и флоэмой ствола, ветвей и корней. В камбии образуются новые клетки ксилемы и флоэмы, его активность регулируется гормонами, которые синтезируются в апексе и движутся вниз по флоэме.
Очевидно, что эффект поляризации жидкой среды дерева зависит от её диэлектрической постоянной (e) и концентрации заряженных метаболитов в ней, а также от величины напряженности и направления внешнего электрического поля. Установлено, что интенсивность фотосинтеза в листьях возрастает при подачи на растение отрицательного потенциала внешнего электрического поля (~103 В), тогда как при подаче положительного потенциала интенсивность фотосинтеза снижалась [5].Наибольшее содержание воды и живицы достигается в слоях камбия и заболони (до 80-90% масс [4]). Соответственно, максимальная величина V наблюдается при глубине погружения гвоздя в ткань древесины сравнимой с глубиной залегания камбия. Характер зависимости V и I во внешней цепи гальванического элемента от материала электрода и времени позволяет заключить, что в основе механизма генерации V в элементе с электродами из гвоздей лежит образование равновесного двойного слоя электрических зарядов на границе контакта Fe|электролит. Положительный слой формируется из гидратированных катионов железа, выходящих из гвоздя, а отрицательный – из избыточных электронов в электроде.
Жидкие среды дерева и почвы в силу неразрывности их водной фазы будут составлять единое целое, поэтому электролиты элемента поляризуются со скоростью распространения электрического поля в водной среде и ток разрядки элемента протекает только во внешнем его участке. Окисление поверхности гвоздя снижает интенсивность процесса гидратации катионов железа и плотность зарядов в двойном слое уменьшается, что и приводит к неизбежному снижению величин V и I со временем. Генерация V в элементе с электродами из нержавеющей стали может идти по такому же механизму, но с участием примесных катионов металлов на поверхности электродов. При этом отрицательных зарядов в электроде практически не образуется, на что и указывает низкий ток в таком элементе и быстрая кинетика его спада.Известно [5], что поверхность земли имеет отрицательный заряд, которому отвечает электрическое поле с вектором напряженности ортогональным поверхности земли. Его величина составляет в среднем 150 В/м, однако в некоторых местах и при неустойчивых погодных условиях она может возрастать до ~1000 В/м. Поляризация жидкой среды дерева во внешнем электрическом поле и её влияние на метаболизм будет зависеть от величины e. У берёзы ткань камбия насыщена пасокой, являющейся слабым электролитом с диэлектрической постоянной, близкой к воде (e ~ 80). У сосны в поверхностных тканях древесины (камбий, заболонь) жидкая среда включает практически равные количества воды и живицы. Основу живицы составляет скипидар, имеющий e ~ 2. Можно полагать, что средняя величина e жидкой среды камбия хвойных деревьев будет существенно ниже, чем у лиственных. Поэтому поляризация во внешнем электрическом поле и её влияние на метаболизм у лиственных деревьев (берёзы, дуба) будет сильнее, чем у хвойных пород (сосна, ель). Данный вывод согласуется с тем фактом, что величины V у лиственных пород, как правило, выше, чем у хвойных.
Характерное искривление ствола берёзы в некоторых местах на склонах (Рис 1) можно связать с электротропизмом, который на малых высотах в местах с аномально высокими значениями напряженности электрического поля земли превалирует над геотропизмом, в силу чего ствол берёзы ориентируется по направлению силовых линий электрического поля, то есть перпендикулярно поверхности земли. Для реализации механизмов гео- и электротропизма потенциальная энергия соответствующего рецептора в гравитационном или электрическом поле должна превышать его тепловую энергию (kT). Оценки показали, что для рецептора – зерна крахмала имеющего единичный положительный заряд эффект электротропизма может конкурировать с геотропизмом в случае если внешнее электрическое поле достигает величины Е ~ 2 103 В/м, что хорошо согласуется с аномальными величинами напряженности электрического поля земли [5].Нечувствительность деревьев хвойных пород к электрическому полю земли можно связать с низкой поляризуемостью их жидкой среды, а также с возможным отсутствием заряда на частице-рецепторе силы тяжести. Поэтому ориентация этих деревьев на любом склоне определяется только геотропизмом, и они растут строго по радиусу Земли (Рис 1). Из электростатики следует, что электрическое поле поверхностных зарядов не проникает вглубь земли, поэтому ориентация корней у хвойных и лиственных пород на склонах определяется только геотропизмом.
3.2. Структурный фактор спиротропизмаКлючевую роль в метаболизме растения и механизмах транспортировки метаболитов (воды, гормонов) играет катион калия (К+), содержание которого в тканях составляет в среднем 0,5 – 1,2 % от сухой массы [4]. Это обусловлено, прежде всего, тем, что в силу отрицательности энергии гидратации К+, молекулы воды в водных растворах калия имеют большую подвижность, чем в чистой воде. С другой стороны специфика взаимодействия К+ с водой способствует увеличению его собственной подвижности в гетерогенных средах с амфифильными свойствами, к которым можно отнести пектиновые каналы в кутикуле. Пектиновые каналы наряду с высокой адсорбционной способностью могут иметь свойственную полисахаридам оптическую анизотропию. В дополнение к этому из корневых волосков периодически выделяется в почву содержащие сахара выделения (слизь). Считают [4], что слизь размягчает почву, это способствует диффузии веществ из неё к корню и облегчает движение растущего корня в почве.
В основе механизма спиротропизма деревьев, очевидно, лежит чувствительность к J-фактору электродинамической постоянной жидких сред камбия (пасоки, живицы), а также механизмов движения хиральных метаболитов по ксилеме и флоэме. Действие J-фактора на хиральную среду можно проиллюстрировать обратным эффектом Фарадея. А в случае потока заряженных метаболитов закручивающее действие на них J-фактора можно сравнить с действием на двигающийся в магнитном поле заряд силы Лоренца. Скорость передвижения воды по ксилеме для лиственных пород равна в среднем 0,2 м/час, а для хвойных – 0,05 м/час. Скорость потока веществ по флоэме составляет 0,2 - 1 м/час и ~90 % в нем приходится на сахарозу [4]. Поскольку она практически не участвует в метаболизме растения, её можно считать носителем гормонов, аналогичным воде в восходящем потоке метаболитов.
Таким образом, в сплошных потоках вещества в самом дереве и в его корневой системе присутствуют хиральные и заряженные метаболиты. Это позволяет предполагать возможность действия на них J-фактора по механизмам аналогичным эффектам Фарадея и Лоренца. О наличии чувствительности к J-фактору жидких сред древесины можно судить по суточным и сезонным изменениям угла вращения раствора декстрана и скипидара, моделирующих среды, содержащие сахара, а также живицу (Рис 2). Снижение их уровня хиральности к моменту появления зеленых листьев, очевидно, обусловлено уменьшением к этому времени интенсивности J-фактора.Чувствительность к J-фактору насыщенных водой тканей камбия и флоэмы будет возрастать в период весеннего пробуждения деревьев при низких положительных температурах по ночам (1 – 5оС), поскольку при этих условиях в воде эффективно образуются динамичные хиральные кластеры, играющие важную роль в механизме активации биохимических реакций в растениях и семенах (стратификация) [6]. Кроме того, по ночам усиливается действие J-фактора неэлектромагнитной природы [3]. Сезонные вариации интенсивности J-фактора могут отвечать не только за пробуждение семян и растений от состояния зимнего покоя, но и за инициацию метаболических реакций, отвечающих за цветение и половое размножение растений. По-видимому, именно величиной ночного вклада J-фактора в физиологию растений определяется их фотопериодизм и разделение на “растения длинной и короткой ночи” [4].
На этапе пробуждения растения от зимнего покоя и в процессе активизации тканей камбия J-фактор может индуцировать спиральную анизотропию (градиенты) в радиальной диффузии живицы и в вертикальном потоке сахарозы, несущим гормоны по флоэме. Очевидно, что в условиях такой анизотропии кинетика метаболизма и пространственное распределение гормонов в меристеме камбия приобретут винтовую симметрию, что и обусловит формирование косослоя в структуре новых слоев клетчатки.Роль живицы в метаболизме активных тканей камбия до сих пор не установлена [4]. Учитывая упрощенность структуры клеток флоэмы у хвойных пород по сравнению с лиственными [2], можно полагать, что за спиротропизм хвойных деревьев ответственна главным образом живица. В силу гидрофобности основных компонентов живицы наиболее вероятно её участие именно в энергетике метаболизма меристемы. Этому могут способствовать оптически активные смоляные кислоты, содержание которых в живице достигает ~66 % масс. Благодаря смолам и скипидару живица может сенсибилизировать жидкую среду камбия к хиральной составляющей внешней биогенной энергии, способствуя тем самым активации хиральных центров молекул фитогормонов и других метаболитов [2].
Можно также предположить, что участие живицы в процессе биогенизации внешних хиральных квантов энергии хвойными (голосеменными) растениями могло сыграть ключевую роль в ранние геологические эпохи, характеризуемые повышенной интенсивностью потока солнечного нейтрино [3]. На этих этапах генезиса растений в них развился механизм аккумуляции квантов нейтринной энергии при активном участии земной коры и максимальной эффективностью в ночное время. Данное предположение согласуется с тем фактом, что самое высокое давление живицы в древесине наблюдают на рассвете [4].С выходом энергетики Солнца на стационарный режим в спектре его излучения стала превалировать электромагнитная энергия, что и обусловило зарождение наряду с голосеменными хвойными деревьями покрытосеменных или цветковых деревьев. Усложнение морфологии древесины у лиственных деревьев и водная основа её жидкой среды, очевидно, привело к изменению у них механизма аккумуляции нейтринной энергии и снижению её роли в энергетике метаболизма. У хвойных же деревьев механизм аккумуляции нейтринной энергии с участием живицы, очевидно, действует до сих пор.
3.3. Физическая природа J-фактораВозникновение и развитие живых систем на начальных этапах эволюции осуществлялось в рамках “основного принципа действия” (ОПД), требующего, чтобы на каждом шаге эволюции сохранялся баланс между действиями внешних поступательной и вращательной энергии, конкретные формы которых видоизменялись по мере возрастания сложности устройства живых систем [2, 7]. Для растений как одной из ранних форм живых систем форма проявления ОПД сохранилась на достаточно примитивном уровне – в основе их метаболизма лежит сочетание двух вещественно-энергетических пар: (СО2 + импульс фотона) и (Н2О + момент импульса J-фактора), поступающих в дерево через крону и корни соответственно.
С учетом известных и полученных данных можно полагать, что J-фактор, ответственный за спиротропизм деревьев генетически связан с ночной энергетикой, воздействующей на дерево через его корневую систему. Известно [4], что общая поверхность корней в 130 раз больше поверхности надземных частей того же самого растения. Такое отношение площадей надземной и подземной частей растения, очевидно, обусловлено различием интенсивностей обмена дерева энергией и веществом с атмосферой и почвой. В листьях в процессе фотосинтеза импульс фотона солнечного света, преобразуется в энергию химических связей, при этом СО2 дает углерод, а Н2О – водород.
Таким образом, потоку солнечных фотонов должен соответствовать исходящий из земли поток дискретных энергоформ (ЭФ), суммирующий в себе кванты полей различной природы (гравитационной, магнитной, нейтринной) [2, 7]. Из данных квантов образуются квазинепрерывные соленоидальные трубки, подобные вихревым трубкам Фарадея, моделирующим силовые линии магнитного поля. Винтовое движение квантов по этим трубкам отвечает переносу импульса и момента импульса. Базовая геометрия трубок ЭФ отвечает изотропной метрике гравитационного поля, которая модулируется метриками ЭФ магнитного поля и квантов нейтринной энергии. Направление переноса импульса и момента импульса задается градиентом плотности вещества и для описания динамики их потоков применимы модели гидро- и электродинамики (например, уравнение Бернулли и явление самоиндукции). Очевидно, что метрика потоков квантов, исходящих из недр земли обусловила цилиндрическую форму элементов деревьев (корней, ствола, ветвей).По-видимому, некоторые из энергетических составляющих исходящего из земли потока квантов могут играть роль J-фактора. Прежде всего, отметим, что за вращательную компоненту энергетики метаболизма дерева и за природу J-фактора не может отвечать тепловая энергия почвы. Об этом свидетельствует и отрицательный результат в опыте по выявлению возможности хирализации теплового излучения оптически активной средой.
Маловероятно также, чтобы J-фактор, ответственный за спиротропизм, имел магнитную природу. Например, в случае горизонтальной составляющей магнитного поля земли (~10–5 Тл), для ощутимого эффекта закручивания заряженных метаболитов их скорость должна быть на три-четыре порядка выше наблюдаемых скоростей [4]. Для влияния аномального магнитного поля на магнитные моменты метаболитов его значение должно на четыре порядка превышать магнитное поле земли.Опыты по выращиванию растений на космической станции в условиях невесомости показали, что замена силы тяжести на равнозначную ей силу инерции восстанавливала вегетативный цикл растения, но при этом функция полового размножения претерпевала специфические изменения. Менялся химический состав пахучих веществ цветущей розы, а семена пшеницы, вызревшие в космосе имели сдвиги на уровне генома. Учитывая эти результаты, нельзя полностью исключить возможность вклада квантов гравитационного поля в формирование J-фактора.
В работе [2] на роль внешнего фактора, инициирующего формирование ресурса функциональной асимметрии у человека в процессе ночного сна, были предложены вихревые возмущения стационарного потока солнечного нейтрино, интенсивность которого составляет порядка 3% от интенсивности электромагнитного излучения Солнца. Очевидно, такое соотношение двух биогенных форм солнечного излучения и обусловило превалирующее развитие у растений корневой системы для соблюдения баланса вкладов в метаболизм растений нейтринной (ночной) и световой (дневной) энергий. Источником возмущений потока солнечного нейтрино, по-видимому, являются вихревые магнитные трубки, которые проявляются на поверхности Солнца пятнами. Вихревые возмущения потока нейтрино, проходя сквозь Землю, фокусируется на её ночной поверхности, и приводят к различным аномальным явлениям в биосфере. У людей эти импульсные возмущения могут инициировать творческую деятельность и скачки в духовной эволюции общества, а у хвойных деревьев локальные вихри нейтринного потока вполне могут играть роль J-фактора, ответственного за спиротропизм.Как было отмечено в [2], концентрации и биогенизации вихревого потока нейтрино способствует керамзит. В почве такую функцию могут выполнять силикаты, которые составляют от 30 до 80% от общей массы почвы. Они являются энергетической матрицей почвы и оказывают влияние практически на все её свойства. Большой процент в силикатах составляют микрокристаллы оптически активного кварца. Переносу квантов нейтринной энергии от кристаллов кварца на хиральные структуры корневых волосков будет способствовать почвенная вода и сахар, содержащийся в слизи, выделяемой волосками и кончиками корней.
Снижение плотности потока солнечного нейтрино может приводить к уменьшению корневого давления и как следствие этого к падению интенсивности водоснабжения дерева. Особенно чувствительны в этом смысле будут дубы с их кольцесосудистой системой водоснабжения, сосуды которой достигают у зрелых дубов 3 м. Эффективная работа такой системы требует высоких значений корневого давления, а значит, и плотности потока нейтринной энергии. С её снижением в ХХ столетии [2,3] можно связать глобальное усыхание зрелых дубов в северном полушарии, объяснения которому до сих пор нет.Литература