Вода, глубоко обеднённая дейтерием

PDF Печать E-mail

Загадки возникновения воды на планетах солнечной системы, в том числе и на Земле, скрываются в тайнах возникновения нашей Галактики, нашей солнечной системы, ее планет, в том числе и Земли. Вода на Земле - свободная и связанная с минералами, возникла в недрах протовещества, из которого образовалась наша планета. Ювенильная вода (вода на ранних этапах образования Земли была чистой, имела такую же формулу Н2О, что и современная вода. Атом водорода также имел три изотопа: Н (протий) - легкий, состоящий из протона и электрона, Д (дейтерий), в два раза тяжелее протия (два протона и один электрон), Т (трития), тяжелого водорода, в ядре которого имеется нейтрон, за счет чего он становится радиоактивным изотопом водорода с периодом полураспада девять лет. Атом кислорода в воде имеет шесть изотопов: 014, 015, 016, 017, 018, 019, из них 014, 015 и 019 - радиоактивны.

Учитывая свободное комбинирование изотопов водорода и кислорода, выделяют 36 изотопных разновидностей природной воды, 27 разновидностей радиоактивны и лишь 9 стабильны. Тяжелые и радиоактивные изотопы водорода и кислорода вредны для нормального функционирования растений, животных, в том числе и человека. Они сами по себе вызывают мутации клеток и организмов, являясь основной причиной эволюции клеток и организма, их болезней, старения и смерти.

В тонне речной воды содержится 150 г вредной для обмена веществ тяжелой воды.


Трития на Земле очень мало. Всего его на планете в настоящее время около 25-30 кг и содержится он в основном в водах мирового океана (около 20 кг). Раньше его было меньше. Его количество в водах Земли,, так же как количество дейтерия, непрерывно возрастает, так как они образуются при бомбардировке ядер азота и кислорода атмосферы космическими лучами. В результате этого содержание трития и дейтерия в первоначальных (ювенильных) водах непрерывно увеличивается. Я подсчитал: за 70 лет потребления 3 л питьевой воды в день через организм человека пройдет около 80 тонн воды, содержащей 12 кг дейтерия и значительное количество коррелирующих с ним радиоактивных изотопов водорода и кислорода. Такое значительное количество тяжелых и радиоактивных изотопов водорода и кислорода воды, являющейся матрицей жизни, уже к наступления половой зрелости человека повреждает его гены, вызывает различные болезни, рак, инициирует старение организма. Массовое повреждение генофонда радиоактивными и тяжелыми изотопами водорода и кислорода воды обуславливает вымирание видов растений, животных и человека. По подсчетам доцента Томского медицинского института В.И.Стреляева, виду Homo sapiens также грозит вымирание, если он не перейдет на употребление воды, обедненной радиоактивными и тяжелыми изотопами О2 и Н.

Вода с пониженным, по сравнению с материковыми водами, содержанием дейтерия рассматривается в настоящее время как стимулятор жизни. Дейтерий тормозит, а протий способствует обмену веществ в биологических объектах. Удаление дейтерия из воды активизирует ее и активизирует биологические процессы.

Дейтерий неблагоприятно действует на все живое. Тяжёлая вода ингибирует жизненно-важные функции роста и развития многих микроорганизмов. Некоторые бактерии выносят 70%-ную и выше концентрацию тяжёлой воды в среде, в то время как растительные клетки могут нормально развиваться при концентрациях тяжёлой воды не более 50-75%, а клетки животных не более 35% тяжёлой воды. Однако, впоследствии было показано, что несмотря на биостатический эффект тяжёлой воды на клетку, многие клетки бактерий, растений и животных могут быть адаптированы к тяжёлой воде.

Сейчас работы по улучшению качества воды ведутся во всех странах мира. Однако существующие очистительные сооружения и технологии водоподготовки не справляются со своими задачами. Поэтому и возникли различные способы и устройства для доочистки питьевой воды. В общих чертах все эти устройства, какой бы совершенной ни была очистка, ничего не могут поделать с генетической памятью воды, проявляющемся в способности воды сохранять след действия на ее молекулярную структуру всех примесных соединений.

Вода загрязнена многими примесями земного, космического и биоэнергоинформационного происхождения.

К земным загрязнениям воды следует отнести многочисленные вредные и ядовитые органические и неорганические примеси, прежде всего техногенного происхождения, а также микроорганизмы.

Космические загрязнения - это главным образом тяжелые и радиоактивные изотопы водорода (дейтерий и тритий) и кислорода - 18О , 19Ои др.

Под биоэнергоинформационными (БЭИ) загрязнениями учёные подразумевают прежде всего то энергополевое и информационное наполнение воздушного пространства, воды и земли, которое негативно влияет на все живое.

Существуют природные и техногенные БЭИ загрязнения. Первые возникают вследствие солнечной активности, магнитных бурь, землетрясений, электромагнитных аномалий и т. п.; вторые - результат технического прогресса человечества. К ним следует отнести не только отравление воды, земли и воздуха промстоками и выхлопными газами, повышенную радиацию, но и т. н. электромагнитный смог - колоссальное увеличение плотности электромагнитных излучений различных частот и интенсивностей, в том числе и глобальную компьютеризацию.

Сочетание природных и техногенных БЭИ загрязнений негативно воздействует на структуру воды, вследствие чего она приобретает мутагенные и канцерогенные свойства. Существующие ныне технологии получения питьевой воды (как у нас, так и за рубежом) осуществляют очистку воды только от земного типа загрязнений, не изменяя при этом ее изотопный состав и структурную память. Такая вода практически полностью сохраняет свою негативную структуру, и по этой причине не может быть полезной для здоровья, роста и развития живых организмов.

Для оздоровления воды, придания ей целебных биологических свойств прежде всего необходимо избавить ее от всех загрязнений - земных, космических и биоэнергоинформационных.

Классической водой следует считать протиевую воду 1H216O в чистом виде, то есть без малейших примесей остальных 134 изотопных разновидностей. И хотя содержание протиевой воды в природе значительно превосходит содержание всех остальных вместе взятых видов, чистой 1H216O в естественных условиях не существует. Во всем мире такую воду можно отыскать лишь в немногих специальных лабораториях. Ее получают очень сложным путем и хранят с величайшими предосторожностями. Для получения чистой 1H216O ведут очень тонкую, многостадийную очистку природных вод или синтезируют воду из исходных элементов 1H2 и 16O, которые предварительно тщательно очищают от изотопных примесей. Такую воду применяют в экспериментах и процессах, требующих исключительной чистоты химических реактивов.

Но самый большой эффект наблюдается для пары протий/дейтерий. Этим двукратным увеличением массы дейтерона относительно протона и обуславливаются так называемые изотопные эффекты тяжёлой воды - энергия связи, константа диссоциации, подвижность, длина связи и т.д.

С первых экспериментов американца Креспи и Даболла в 1940-х годах прошлого века, вплоть до конца 90-х годов установилось устойчивое представление, что тяжёлая вода несовместима с жизнью и что высокие концентрации тяжёлой воды могут приводить к ингибированию многих жизненно-важных мутаций, включая блокировку митоза в стадии профазы, и даже в некоторых случаях вызывать спонтанные мутации.

Клетки животных способны выдерживать до 25-30% тяжёлой воды в среде, растений (50%), а клетки простейших микроорганизмов способны жить на 80% тяжелой воде. Однако, потом было доказано, что многие организмы могут быть адаптированы к росту на тяжёлой воде.

Тяжёлая вода высокой концентрации токсична для организма; химические реакции в её среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных.

Тем не менее тяжелая вода играет значительную роль в различных биологических процессах. Систематическое изучение ее воздействия на животных и растения начато сравнительно недавно. Различные исследователи независимо друг от друга установили, что тяжелая вода действует отрицательно на жизненные функции организмов; это происходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным содержанием тяжелой воды.


Влияние концентрации дейтерия на рост высших растений


Выживаемость различных организмов в воде с различными концентрациями дейтерия.


Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой состава HDO. Через недолгое время начиналось расстройство обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды животные погибали.

На развитие высших растений тяжелая вода также действует угнетающе; если их поливать водой, на половину состоящей из тяжелой воды, рост прекращается.



Поливка помидорной рассады 30, 50 и 60%-ной тяжёлой водой ингибирует рост растения (по данным Креспи и Катца, 1972).

Пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы. Такие данные получили Бердышев Г.Д., Варнавский И.Н. Они долгое время наблюдали за растениями и животными, потреблявшими воду, в которой содержалось дейтерия на 25% ниже нормы. Оказалось, что, потребляя такую воду, свиньи, крысы и мыши дали потомство, гораздо многочисленнее и крупнее обычного, яйценоскость кур поднялась вдвое, пшеница созрела раньше и дала более высокий урожай.

Первые результаты изучения тяжелой воды показывают, сколько необычных свойств таит такое обыкновенное вещество, как вода.

Российские исследователи давно обнаружили, что тяжелая вода тормозит рост бактерий, водорослей, грибов, высших растений и культуры тканей животных. А вот вода со сниженной до 30% концентрацией дейтерия (так называемая "бездейтериевая" вода) способствует увеличению биомассы и количества семян, ускоряет развитие половых органов и стимулирует сперматогенез у птиц.

За рубежом пробовали поить тяжелой водой мышей со злокачественными опухолями. Но та вода оказалась по настоящему мертвой: и опухоли губила, и мышей. Различные исследователи установили, что тяжелая вода действует отрицательно на растительные и живые организмы. Подопытных собак, крыс и мышей поили водой, треть которой была заменена тяжелой водой. Через некоторое время начиналось расстройство обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды животные погибали. И наоборот, снижение содержания дейтерия на 25% ниже нормы в воде, которую давали животным, благотворно сказалось на их развитии: свиньи, крысы и мыши дали потомство, во много раз многочисленнее и крупнее обычного, а яйценосность кур поднялась вдвое.

Тогда учёные во главе с профессором Г.Д. Бердышевым взялись за "облегченную" воду. Эксперименты проводили на 3 моделях перевиваемых опухолей: карцинома легких Льюис, быстро растущая саркома матки и рак шейки матки, который развивается медленно. "Бездейтериевую" воду исследователи получали по специальной технологии электролизом дистиллированной воды. В опытных группах животные с перевитыми опухолями получали воду с пониженным содержанием дейтерия, в контрольных группах - обычную. Животные начали пить "облегченную" и контрольную воду в день перевивки опухоли и получали ее до последнего дня жизни.

Вода с пониженным содержанием дейтерия задерживала появление первых узелков на месте перевивки рака шейки матки. Однако, на время возникновения узелков других типов опухоли облегченная вода не действовала. Но во всех опытных группах с тяжёлой водой, начиная с первого дня измерений и практически до завершения эксперимента, объем опухолей был меньше, чем в контрольной группе. К сожалению, хотя тяжёлая вода и тормозит развитие всех исследованных опухолей, жизнь экспериментальным мышам она не продлевает.

Как это всё происходит на уровне метаболизма? При попадании клеток в дейтерированную тяжёловодородную среду из них не только исчезает протонированная вода за счет реакции обмена Н2О-D2О, но и происходит быстрый H±D обмен в гидроксильных, сульфгидрильных и аминогруппах всех органических соединений, включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды, сахара. Только С-Н-связь не подвергается обмену и соединения типа С-D синтезируются "de поvo".

Интересно, что после обмена H±D ферменты не прекращают своей функции (Themson et al., 1966; Денько, 1974), но изменения в результате изотопного замещения за счет первичного и вторичного изотопных эффектов (Thomson, 1963; Halevy, 1963), а также действие тяжёлой воды как растворителя (большая структурированность и вязкость по сравнению с обычной водой) приводят к изменению скоростей (замедлению) и специфичности ферментативных реакций в тяжёлой воде.

Присутствие дейтерия в биологических системах приводит к изменениям структуры и свойствам жизненно-важных макромолекул таких как дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и белки. При этом различают первичные и вторичные изотопные эффекты дейтерия в зависимости от того, какое положение занимает атом дейтерия в молекуле. Наиболее важными для структуры макромолекулы связи являются динамические короткоживущие водородные (дейтериевые) связи. Они формируются между соседними атомами дейтерия (водорода) и гетероатомами кислорода, углерода, азота, серы и т.д. и играют главную роль в поддержании пространственной структуры макромолекулярных цепей и как эти структуры взаимодействуют с другими соседними макромолекулярными структурами, а также с тяжелой водной окружающей среды.

Структурно-динамические свойства клеточной мембраны, которые в большинстве зависят от качественного и количественного состава липидов, также могут изменяться в присутствии тяжёлой воды. Полученный результат объясняется тем, что клеточная мембрана является одной из первых органелл клетки, которая испытывает воздействие тяжёлой воды, и тем самым компенсирует реалогические параметры мембраны (вязкость, текучесть, структурированность) изменением количественного и качественного состава липидов.


Возможно эффекты, наблюдаемые при адаптации к тяжёлой воде связаны с образованием в тяжёлой воде конформаций молекул с иными структурно-динамическими свойствами, чем конформаций, образованных с участием водорода, и поэтому имеющих другую активность и биологические свойства. Так, по теории абсолютных скоростей разрыв СH-связей может происходить быстрее, чем СD-связей, подвижность иона D+ меньше, чем подвижность Н+, константа ионизации тяжёлой воды меньше константы ионизации обычной воды. Всё это отражается на кинетике химической связи и скорости хим. реакций в тяжёлой воде.

Связи, образованные атомами углерода с дейтерием немного прочнее, чем СН-связи из-за того, что частота колебания дейтерона, имеющего большую массу (в два раза большую, чем протон) и размер меньше частоты колебания протона и тем самым, это стабилизирует связь.

Другое важное свойство определяется самой пространственной структурой тяжёлой воды, которая имеет тенденцию сближать гидрофобные группы макромолекулы, чтобы минимизировать их эффект на водородную (дейтериевую) связь в присутствии молекул тяжёлой воды. Так что структура спирали, каковой является ДНК в присутствии тяжёлой воды стабилизируется. Кроме этого, отмечены радиопротекторные свойства тяжёлой воды на клетки печени обезьяны, в которой экспонировались эти клетки. Также было показано, что жизненный цикл плоских червей, выращенных на тяжёлой воде увеличивается в 1.5 раза по-сравнению с червями, выращенными на обычной воде (М.Шепенинов, 2006).

Вероятно, клетка реализует лабильные адаптивные механизмы, которые способствуют функциональной реорганизации работы жизненно-важных систем в тяжёлой воде. Так, например, нормальному биосинтезу и функционированию в тяжёлой воде таких биологически активных соединений, как нуклеиновые кислоты и белки способствует поддержание их структуры посредством формирования водородных (дейтериевых) связей в молекулах.

Связи, сформированные атомами дейтерия различаются по прочности и энергии от аналогичных водородных связей. Различия в нуклеарной массе атома водорода и дейтерия косвенно могут служить причиной различий в синтезах нуклеиновых кислот, которые могут приводить в свою очередь к структурным различиям и, следовательно, к функциональным изменениям в клетке.

Ферментативные функции и структура синтезируемых белков также изменяются при росте клеток на тяжёлой воде, что может отразиться на процессах метаболизма и деления клетки.

Изменения соотношения основных метаболитов в процессе адаптации к тяжеловодородной среде также может являться причинами гибели клеток. Клетки высших организмов погибают при содержании тяжёлой воды в составе тела свыше 30%, но микроорганизмы, легко приспосабливающиеся к резким изменениям среды обитания, способны жить и размножаться даже в 98%-ной тяжёлой воды (Мосин О.В, 1996).

Давно замечено, что адаптация к тяжёлой воде проходит легче при постепенном увеличении содержания дейтерия в среде (Денько Е.И, 1970), так как чувствительность к тяжёлой воде разных ключевых систем различна. Практически даже высокодейтерированные среды содержат протоны от 0,2-10%. Возможно, что остаточные протоны в момент адаптации к тяжёлой воде облегчают перестройку к изменившимся условиям, встраиваясь именно в те участки, которые наиболее чувствительны к замене. Если это так, то встраивание протонов должно приводить к накоплению легкого изотопа в органическом материале клеток и соответственно к обогащению тяжелым изотопом среды культивирования.

Способность к адаптации в высоких концентрациях тяжёлой воды связана с эволюционным уровнем организации, т. е. чем ниже уровень развития живого, тем выше способность к адаптации (О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В.И. Швец, 1996).

Дейтерированные клетки адаптированных к максимальной концентрации тяжёлой воды в среде микроорганизмов - весьма удобные объекты для исследования. В процессе роста клеток на тяжёлой воде в них синтезируются макромолекулы, в которых атомы водорода в углеродном скелете почти полностью замещены на дейтерий. Такие дейтерированные макромолекулы претерпевают структурно-адаптационные модификации, необходимые для нормального функционирования клетки в тяжёлой воде.

Эти факты позволяют видеть некоторую аналогию между адаптацией к тяжёлой воде и адаптации к низким температурам. Ещё Юнг (Jung, 1967) на клетках Escherichia coli, помещенных в 98,6%-ную тяжёлую воду, показал, что эффект торможения роста тяжелой воды может быть компенсирован повышением температуры роста. Аналогия с охлаждением позволяет рассматривать адаптацию к тяжёлой воде, как адаптацию к неспецифическому фактору, действующему одновременно на функциональное состояние большого числа систем: превращение энергии, биосинтетические процессы, транспорт веществ, структуру и функции макромолекул. Возможно, что наиболее чувствительными к замене Н+ на D+ оказываются именно те системы, которые используют высокую подвижность протонов и высокую скорость разрыва протонных связей. Такими системами в клетке могут быть дыхательная цепь и аппарат биосинтеза макромолекул, которые располагаются в цитоплазматической мембране или находятся под ее контролем.

Аналогия между адаптацией к тяжёлой воде и температурной адаптацией очень важна для конструирования дейтерированных ферментов, которые смогут функционировать в условиях высоких температур. Такие стабильные дейтерированные ферменты необходимы в биотехнологии, медицине и сельском хозяйстве.

Это привело бы к ускорению обменных процессов в организме человека, а, следовательно, к увеличению его физической и интеллектуальной активности. Но вскоре возникли опасения, что полное изъятие из воды дейтерия приведет к сокращению общей длительности человеческой жизни. Ведь известно, что наш организм почти на 70% состоит из воды. И в этой воде 0,015% дейтерия. По количественному содержанию (в атомных процентах) он занимает 12-е место среди химических элементов, из которых состоит организм человека. В этом отношении его следует отнести к разряду микроэлементов. Содержание таких микроэлементов как медь, железо, цинк, молибден, марганец в нашем теле в десятки и сотни раз меньше, чем дейтерия. Что же случится, если удалить весь дейтерий? На этот вопрос науке еще предстоит ответить. Пока же несомненным является тот факт, что, меняя количественное содержание дейтерия в растительном или животном организме, мы можем ускорять или замедлять ход жизненных процессов.

 
© Украинская академия наук
Научно-исследовательский
«Институт нанотехнологий»