Электродвигатель бактерий

Движение бактерий — одно из самых поразительных явлений природы. Результаты его исследования нанесли сокрушительный удар по нашему высокомерному снобизму вроде того, что биологическая эволюция, имея в своём распоряжении миллиарды лет, так и не смогла изобрести колесо, пока не появился человек.

Давно известно, что многие виды бактерий способны плыть сквозь толщу воды. Скорость такого движения может достигать 150 микрон в секунду, то есть за одну секунду бактерия покрывает расстояние, в сто раз превышающее её длину.

Выяснилось, что бактерии, древнейшие и наиболее просто устроенные живые клетки, «изобрели» для своего движения устройство, куда более сложное, чем колесо, а именно ротор, вращающийся под действием электрического поля. По существу речь идёт об электродвигателе субмикронного размера, собранного из нескольких белковых молекул.

Этот электродвигатель локализован в так называемом базальном теле, к которому крепится жгутик (жёсткая полая трубка длиной до 20 мкм). Он сделан из нескольких белковых молекул и встроен в стенку бактериальной клетки. Ротор мотора приводится в движение потоком заряженных частиц: ионов Н+ или Na+, перемещающихся через клеточную мембрану внутрь клетки.

Разность электрохимических потенциалов создаётся дыханием за счёт откачки ионов Н+ или Na+ из бактериальной клетки во внешнюю среду. Возвращаясь назад, ионы движутся «под гору», то есть в сторону их меньшей концентрации и от плюса к минусу.

Вот некоторые «параметры» мотора:

— скорость вращения обычно колеблется между 5 и 50 оборотами в секунду;

— для одного оборота жгутика необходимо пронести в клетку несколько сотен ионов Н+ ( Na+);

— мотор снабжён переключателем направления вращения, так что бактерия может плыть как жгутиком вперёд, так и жгутиком назад.

Подтверждение этому может найти любой старшеклассник, наблюдая под микроскопом движение бактерий. Бактерии, плавая в капле воды, иногда цепляются своим жгутиком за какие-то микроскопические неровности предметного стекла, после чего их поступательное движение становится невозможным и она, как бы пойманная за жгутик, начинает вращаться сама.

В США запатентовано российское изобретение, преобразующее механическую энергию «нажатия» в электрическую. Зачем нужны недолговечные и экологически вредные батарейки, если окружающий мир полон дармовой механической энергией, производимой самим человеком. Используется энергия нажатия. Та самая, которая действует в пьезозажигалке. Пьезоэффект был открыт полтора столетия назад: если давить на некоторые кристаллы, ни их поверхности возникают электрические заряды. Но это электричество «неудобное»: напряжение более тысячи вольт, а заряд ничтожен. Для электроники нужны, наоборот, большой заряд и напряжение не более 5 вольт. Именно этого добились россияне. Электронные замки в гостиницах, беспроводные выключатели. Пьезоприборы абсолютно герметичны — их можно помещать в воду или оставлять навечно без обслуживания. Пьезоконвертер можно поместить в подошву ботинка и слушать плеер на ходу или заряжать мобильный телефон. Можно заасфальтировать, чтобы проезжающие машины обеспечивали работу светофора. Наши лишние движения — это огромная энергия по сравнению с той, которая требуется современной электронике.

Российские учёные обнаружили, что усталостные повреждения металла сильно зависят от магнитного поля. Усталость металла связана с образованием и движением в нем дефектов кристаллической решётки металла. Перемещаясь, дефекты скапливаются, а дальше возникают трещины, и металл разрушается. Как оказалось, металлы и сплавы реагируют па магниты по-разному: свинец, латунь и цирконий разрушались в магнитном поле очень быстро. Для алюминиевой проволоки — что в поле, что без него.

Живая природа «освоила» электричество давным-давно. Древние греки и римляне лечили головную боль электрическими разрядами средиземноморских рыб-скатов.

Нильский слоник — одна из рыб, которая не только чувствует электричество, но и сама электричество генерирует с помощью «батареек», расположенных в основании хвоста. Рыба эта донная и нередко оказывается в мутной воде. Ориентироваться слонику помогает электрическое поле. С его помощью он минует препятствия и находит добычу. Слоник различает разные виды рыб, их размеры, определяет пол своих родичей. У электрических сомов в Ниле «электростанции» с напряжением более 300 вольт. Это не только навигационное устройство, но и оружие, оглушающее жертву. В Амазонке, мутной от ила, тоже искали «электрических» рыб. И нашли. Здешние трёхметровые угри имеют три электрических органа — два для навигации и обнаружения добычи, а третий, самый большой, — безотказное оружие с напряжением 550 вольт. Опыты показали, что разряд амазонского угря зажигает двести неоновых ламп.

При высокой проводимости солёной морской воды не могли не появится электрические рыбы. Эффективно электричество использует скат, электростанция которого расположена в плавниках. Генераторы состоят из элементов — железистой или мышечной ткани с «плюсом» и «минусом». Элементы последовательно соединены в столбики, а столбики — в батареи. В плавниках — крыльях ската они образуют сетчатую, напоминающую соты структуру. Разряд происходит, когда рыба, уловив изменения в окружающем электрическом поле, ощущает добычу или опасность.

Ихтиологи нашли более трёхсот морских и пресноводных рыб, генерирующих электричество, при том, что все рыбы без исключения к нему чувствительны.

Много лет назад при строительстве огромных гидростанций сварщики стали опускать в воду два оголённых провода, и разряд между ними убивал рыбу. Сегодня этот способ перерос в эпидемию. На любом водоёме жалуются — рыбы не стало из-за «электроудочек» Разряд электричества от автомобильных аккумуляторов убивает рыбу, лягушек, головастиков, козявок. Утверждают, что электроудочку изобрели японцы для морского промысла рыбы. Многие пищевые продукты и лекарства предназначены для длительного хранения. Обычно для этого используются ёмкости, покрытые изнутри тонким слоем полимеров. Полимерная плёнка надёжно защищает продукты и лекарства от контактов с металлом корпуса. Но чтобы предотвратить развитие бактерий, приводящих к быстрой порче продуктов, необходимо стерилизовать поверхность плёнки. Традиционные методы стерилизации — паром и горячей водой — неприменимы: высокая температура разрушает полимерное покрытие. Химическая обработка или портит плёнку, или требует больших затрат времени и антисептических средств. Нельзя обрабатывать токами высокой частоты — это приводит к перегреву плёнки.

Наилучшим обеззараживающим средством оказалось электрическое поле высокого напряжения промышленной частоты. Исследования показали, что переменное электрическое поле напряжением 12-15 киловольт вызывает гибель гнилостных бактерий и дрожжей, а полимерная плёнка после стерилизации сохраняет свои химические и механические свойства.

Впервые получить органические молекулы — аминокислоты — в лабораторных условиях, моделирующих те, что были на первобытной Земле, удалось американскому учёному Стэнли Миллеру в 1952 году, получившему в результате этих экспериментов мировую известность. Первая установка представляла собой систему колб, в одной из которых можно было получить электрический разряд при напряжении 100 000 вольт.

Миллер заполнил эту колбу природными газами — метаном, водородом, аммиаком, которые присутствовали в атмосфере первобытной Земли. В колбе, расположенной ниже, было небольшое количество воды, имитирующей океан. Электрический разряд по своей силе приближался к молнии, и Миллер ожидал, что под его действием образуются химические соединения, которые, попав затем в воду, прореагируют друг с другом и образуют более сложные молекулы.

Результат превзошёл все ожидания. Выключив вечером установку и вернувшись на следующее утро, Миллер обнаружил, что вода в колбе приобрела желтоватую окраску. То, что образовалось, оказалось бульоном из аминокислот — строительных блоков белков.

Некоторые учёные склонны считать, что древняя атмосфера Земли отличалась от той, которую моделировал Миллер, и состояла из углекислого газа и азота. Использование этой газовой смеси в установке Миллера также приводило к получению органических веществ, но в чрезвычайно малой концентрации — как если бы каплю краски растворить в плавательном бассейне. Жизнедеятельность организмов сопровождается работой миллионов живых клеток. По нервным волокнам движутся токи возбуждения, электрическая активность особенно велика в головном мозге и нервных ганглиях, в ритмично сокращающемся сердце. Вся электрическая деятельность нервных клеток, нервных волокон, всех живых структур приводит к появлению вокруг человека и других животных сложного поля, сотканного из всех известных (возможно, неизвестных) полей.

В 60-ых годах 20-го столетия появилась возможность регистрировать и измерять слабые низкочастотные электромагнитные поля вокруг биологических объектов.

Для регистрации биополя испытуемого специальным экраном защищали от различных помех. Вокруг головы человека размещали детекторы — катушки из калиброванной проволоки с количеством витков от 2 тысяч до 2 миллионов; токи, наведённые биологическим магнитным полем подавались на усилители с низким уровнем шумов. Магнитное поле вокруг головы возникает в процессе электрических колебаний головного мозга с частотой 8 — 12 Гц, которые называются альфа-ритмом. Магнитные силовые линии головы человека направлены елевой половины на правую. Вокруг других частей тела тоже есть магнитное поле. Все магнитное поле, окутывающее человека примерно на расстоянии 25 см, можно условно назвать магнитоаурой. Специальными усилителями зарегистрировано электрическое поле на расстоянии 10 — 25 см вокруг человека. Магнитное и электрические поля вокруг человека образуют как бы общую пульсирующую оболочку — физическое биополе. Любые патологические изменения сказываются на этом поле, даже на самых начальных стадиях заболевания, когда болезнь себя внешне ещё не проявляет. Создаваемые живыми существами поля строго упорядочены в пространстве, информационно насыщенны.

На короткое расстояние от организма распространяется биополе, связанное не с физиологическим состоянием, а с эмоциональными всплесками. Это поле может восприниматься другими живыми объектами на расстоянии метра и более. Хорошим приёмником эмоциональных биологических полей зарекомендовали себя электрические рыбы из семейства мормирид, например нильский слоник.

В Институте проблем эволюционной экологии РАН провели следующий опыт. Нильского слоника поместили в аквариум, закрытый непрозрачным экраном, чтобы он не видел движения оператора, проводящего опыт. Электрическая активность его живых батарей регистрировалась аппаратурой. В спокойном состоянии, в темноте, слоник даёт обычно 5-10 электрических импульсов с секунду. Нильские слоники особенно чувствительны к экспериментатору. Достаточно было оператору занести руку над аквариумом с экраном, как частота электрических импульсов у слоника возрастала в 2 раза. Если же экспериментатор мысленно ставил задачу поймать нильского слоника, частота электрических зарядов у него доходила до 40 — 50 в секунду. Рыба беспокойно вела себя, металась по аквариуму. Достаточно было экспериментатору мысленно успокоить нильского слоника, как возбуждение проходило, и частота электрических разрядов приходила в норму. Считается, что по структуре биополей рыба следит за намерениями человека и его эмоциональным состоянием. Не всякий человек может установить такой контакт с электрической рыбой. У ихтиологов нет сомнения, что электрические рецепторы (датчики) образовались у рыб в процессе эволюции из механочувствительных рецепторов. Некоторые рыбы воспринимают внешние электрические поля механическими рецепторами боковой линии.

Возможно, что сверхчувствительные к биологическим полям люди способны к целительству. Например, целитель ощущает место нарушения по искажению полей вокруг больного органа и полем своей руки как бы корректирует это искажение. Закон обратной связи никто не отменял. Мы спокойно относимся к сообщениям, что с возникновением болезненного процесса в ткани пли в целом органе изменяется поле, окружающее его. Но с трудом понимаем обратное — изменение или выправление поля может привести к изменению биохимических реакций клеток в сторону восстановления и нормализации жизненного процесса.

Обычно в пользу полей приводят факты — крысы бегут с тонущего корабля не тогда, когда корабль в море, а когда ему ещё предстоит отойти в последнее плавание. Наблюдения известного этолога К. Лоренца показывают, что собаки воспринимают эмоциональную информацию человека вне зависимости от его внешнего поведения. Человек может дружески говорить и улыбаться, но, если он замышляет что-то против хозяина, собака чувствует это. Способность бабочек-самцов находить самку на расстоянии более 10 километров. Некоторые самцы используют для этой цели химические анализаторы, некоторые — инфракрасное излучение, идущее от грудки бабочки. Но более 10 километров — это непонятно. Самку бабочки павлиний глаз заключали в стеклянную банку, что полностью исключало какие-либо запахи, а самец все-таки отыскивал её на расстоянии 11 километров. Тогда самку поместили в металлическую сетку, которая экранизирует электромагнитные волны; самец опять находил её. Может быть это волны, близкие к инфракрасной части спектра. Трудно сказать. Приёмники неизвестного излучения находятся у самки и самца в усиках — антеннах, достаточно их отрезать, биологическая связь между ними прерывается.

Муравьи и термиты также могут передавать и принимать информацию на расстоянии нескольких десятков метров, используя для этого неизвестную пока биологическую связь. Так, муравьи формика сангвинеа, обитающие в горах Тянь-Шаня, могут подавать сигналы о помощи. Учёные поместили муравьёв в железные стаканчики с отверстиями, через которые муравьи не могли выползти наружу. Стаканчики с муравьями и пустые стаканчики закопали в землю недалеко от муравейника. Муравьи моментально приняли сигнал бедствия от особей, закопанных в землю, и бросились раскапывать собратьев. Взрыхлённая земля не служила им сигналом местонахождения стаканчиков — ни один пустой металлический стаканчик муравьи не освобождали из-под земли. Запахи, звуки и электромагнитные волны из-под земли из металлических стаканчиков до спасателей дойти не могли. Может быть, муравьи в дырочки передавали сигналы о бедствии. Взяли сплошные металлические стаканчики из алюминия — «спасатели» все равно узнали, где находятся терпящие бедствие, и приходили на помощь. А вот когда экспериментальную группу муравьёв заключили в свинцовые стаканчики, связь с собратьями у них прекратилась.

Исследователей поражает голова муравья при рассмотрении её с помощью сканирующей электронной микроскопии. Помимо маленьких глаз и усиков на голове видны выступы, способные, как показали эксперименты, воспринимать самые незначительные электрические поля. Некоторые образования, недалеко от глаз, выполняют неизвестную роль.

Термиты совершенно лишены зрения, однако это не мешает им общаться между собой, возводить сложнейшие сооружения и принимать информацию за десятки метров от термитника. Отмечено, что термиты способны воспринимать возбуждение от муравейника, в котором готовятся к войне против них.

Другие статьи: