Оглавление:

Что известно о связях молекул воды?
Почему мы плохо знаем воду?
Поливодный разгром
Память воды

Вода – это основа жизни, никто не станет с этим спорить. Ученый-биохимик Альберт Сент-Дьердьи сказал: «Жизнь – это танец воды под мелодию твердых тел». Этот танец необходим для всего живого.

Многие полагают, что в XXI веке о воде известно все, ведь это самое распространенное вещество на планете. Кажется, что у нас есть ответы на все вопросы. Однако, это далеко не так.

Автор книги «Н2О: Биография воды» Филипп Болл утверждает: «Никто на самом деле не понимает воду. В этом стыдно признаться, но вещество, которое покрывает две трети нашей планеты, все еще остается загадкой. Хуже того, чем пристальнее мы смотрим на воду, тем больше накапливается вопросов: новые методы углубленного излучения молекулярного строения жидкой воды порождает все больше загадок».

Безусловно, о самой молекуле воды известно очень много. Фон Гумбольдт и Гей-Люссак описали ее состав более двухсот лет назад. Все детали ее строения сейчас хорошо известны. Каждый школьник знает, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Конфигурация их связи изображена в каждом учебнике химии и физики.

При этом мы не так уж много знаем, как эти молекулы взаимодействуют друг с другом и с молекулами других веществ. И такие вопросы поднимаются очень редко. Считается достаточным знать, что молекулы воды и иных веществ просто связаны каким-то образом. Мы почти не задумываемся о том, что могут существовать какие-то особые связи и взаимодействия.

Например, капля воды. Известно, что она состоит из миллиардов молекул воды. Но что за связи они образуют, в результате которых формируется именно капля, такой удивительной формы? И будут ли появляться капли при других способах связи водных молекул? Эти связи не могут быть статичными, ведь капли объединяются или растекаются по поверхности. И это поведение капель можно объяснить только в том случае, если есть понимания особенностей взаимодействия молекул воды.

Что известно о связях молекул воды?

Теории молекулярного взаимодействия вода-вода достаточно сложны, это объясняет то, что даже в научном сообществе есть разногласия по этому вопросу. Автор книги «Четвертая фаза воды» Джеральд Поллак приводит несколько научных точек зрения, объясняющих взаимодействие водных молекул.

Модель Франка и Вена

В 1957 году Франком и Веном был представлен классический взгляд, названный моделью «мерцающих кластеров». Другими слова, по мнению авторов этой модели, соседствующие молекулы воды образую кластеры. Благодаря положительной обратной связи эти кластеры растут до критических размеров, после чего самопроизвольно рассеиваются. Все это происходит в настолько короткие циклы времени, что кластеры «мерцают». Сегодня эта модель считается устаревшей, однако нередко встречается в некоторых учебниках.

Модель Мартина Чаплина

Сотрудник Лондонского Саут Бэнк университета Мартин Чаплин предлагает модель более высокого уровня организации. Он считает, что жидкая вода состоит из двух видов сосуществующих друг с другом нанокластеров.

Первый вид является пустым, сжатым, несколько напоминающим раковину. Второй вид нанокластеров намного жестче и имеет более регулярную структуру. Молекулы воды постоянно обмениваются между двумя этими фазами, однако при заданном наборе условий среднее число молекул в каждой группе остается неизменным.

Модель Андерса Нильсона и Ларса Петтерсона

Совершенно иную картину мы видим в работах ученых Андерса Нильсона из Стэнфордского университета и Ларса Петтерсона из Стокгольмского университета. Предложенная ими модель также предусматривает два взаимно сосуществующих типа воды, которые представляют собой льдоподобные цепочки (или сгустки), включающие в себя до 100 молекул, а также беспорядочные молекулы, окружающие эти сгустки. Авторы сравнивают свою модель со своего рода неупорядоченным морем, в котором плавают цепочки атомов водорода и кислорода.

Модель Эмилио дель Джудиче

Джеральд Поллак также знакомит нас с моделью Эмилио дель Джудиче, сотрудника Миланского университета. Его система отличается гораздо большим масштабом кластеризации. Взяв за основу квантовую теорию поля, дель Джудиче описывает субмикронные когерентные домены, содержащие огромное количество молекул воды.

Связи между молекулами в этих доменах дель Джудиче рассматривает как своеобразные антенны, получающие электромагнитную энергию извне. Получая энергию, молекулы воды высвобождают электроны, которые становятся доступными для химических реакций.

Модель Юджина Стэнли

Ученый из Бостонского университета Юджин Стэнли предложил достаточно популярную модель, основанную на ассоциациях, которые в той или иной степени присущи всем предыдущим вариантам. Стэнли предполагает, что вода имеет два абсолютно разных состояния: с низкой плотностью и с высокой плотностью.

Различие становится особенно явным в переохлажденной воде. Вода с низкой плотностью имеет тетраэдрическую структуру, а вода с высокой плотностью обладает более компактной структурой. Оба состояния динамически переходят одно в другое.

Модель Сергея Першина, Меира Шиницкого и Йоси Скольника

Широко известна еще одна модель с двумя состояниями, согласно которой молекулы воды могут существовать в виде зеркальных изображений. Другими словами, одна фракция воды является левосторонней, а другая – правосторонней. Причем на определенные особенности воды влияет именно соотношение этих двух видов.

Основоположниками этой идеи являются российский ученый Сергей Першин и израильтяне Меир Шиницкий и Йося Скольник.

Модель Рустума Роя

Это наиболее сложная модель, которая подчеркивает то, что структура воды неоднородна, и очень трудно привести ее компактное и понятное широкому кругу читателей описание. При этом в этой сложной модели процесс обмена молекулами воды между различными структурами протекает достаточно просто, а на обмен расходуется мало энергии.

Джеральд Поллак привел в своей книге лишь несколько наиболее распространенных структурных моделях воды как вещества. Но даже этот набор свидетельствует о том, что в понимание воды до сих пор остается нерешенной проблемой, или, как утверждает Филипп Болл, «загадкой».

При этом у всех моделей явно прослеживается нечто общее: несколько состояний. Общепринятое мнение гласит, что жидкая вода имеет только одно состояние, но все приведенные модели говорят о том, что существуют некоторые дополнительные устойчивые состояния, которые можно обнаружить визуально и дать им вполне определенные характеристики.

Почему мы плохо знаем воду?

Почему так мало ученых заняты изучением воды? Общепринятое мнение гласит: вода является вездесущим веществом, и о ней все известно. Следовательно, лучше заниматься чем-то новым, например, молекулярной биологией или нанотехнологиями, но уж точно не скучной водой.

Но это только одна причина. Существует и другая. Издавна вода имеет почти мистический характер. Еще в древности считалось, что она обладает непостижимой целительной силой. Изучение вещества, окруженного некоей мистической аурой, зачастую воспринимается как мракобесие, а не серьезная научная работа, что останавливает ученых от того, чтобы посвятить науке о воде свою жизнь.

Тем не менее, было время, когда вода занимала одно из центральных мест в научных изысканиях. Например, в первой половине ХХ века. Тогда ученые стремились раскрыть общие принципы природы воды, что казалось важнее, чем исследование молекулярной части.

Особое внимание ученых того времени привлекали коллоиды, субмикроскопические частицы, взвешенные в жидкости. Это связано с тем, что коллоидные растворы рассматривались как основа жизни, и ожидалось, что знание особенностей взаимодействия коллоидов с водой позволит понять основы химии жизни. Как раз акцент на коллоидах вместе с целостным подходом поставил воду в центр научных изысканий.

К середине ХХ века интерес к изучению воды угас по нескольким причинам. Одна из них была связана с ростом популярности молекулярного подхода, постижение которого обещало приблизить человечество к научной истине. Вторая причина, которая заставила научное сообщество «оставить воду в покое», связана вовсе не с научными предпочтениями, а объясняется социально-политическими событиями.

Поливодный разгром

Эта история началась с открытия советских ученых в конце 1960-х гг., которое сочли провокационным. Поведение воды, заключенной в узкие капиллярные трубки, отличалось от поведения обычной воды. Ее плотность была необычно высокой, молекулы вибрировали по-другому, она плохо подвергалась заморозке и испарению.

Такие особенности подразумевают высокую стабильность, которая свойственна многим полимерам, в связи с чем химики сделали вывод, что это вода в полимерной форме. Был введен термин «поливода».

Это открытие вызвало неподдельный интерес научного сообщества, ведь это была новая фаза воды! Однако, очень скоро к поливоде стали относится со скептицизмом. Дело в том, что западные исследователи нашли коварную проблему: примеси. Предполагалось, что в капиллярах находится абсолютно чистая вода, однако исследования показали, что она содержит соли и кремнезем, выщелоченные из стенок стеклянных трубок. Именно эти примеси и придали воде такой экзотический вид.

Первооткрывателей подняли на смех, они были вынуждены опровергнуть результаты своих экспериментов. Наличие примесей признал даже Борис Дерягин, знаменитый физик-химик, выполнивший большинство исследований.

Однако, автор «Четвертой фазы воды» говорит, что в этой истории не все так просто. Он называет «загрязняющие вещества» проклятьем, наложенным на все области науки. Каждый ученый рассчитывает на чистоту объекта исследования, но абсолютной чистоты очень трудно достичь. С водой это практически невозможно, так как она растворяет почти все.

Таким образом, наличие загрязнителей – это естественное свойство воды, и если они присутствуют в незначительном количестве, это не значит, что стоит безоглядно отбрасывать наблюдаемое явление.

Однако ущерб науке был нанесен. К началу 1970-х гг. в адрес советских ученых уже без смеха были произнесены обвинения в небрежном подходе к научному эксперименту. Дело вышло за рамки научного спора, масла в огонь подлила пресса, жаждущая тем для сенсационных публикаций.

Вот один из примеров разгромных публикаций: «Только представьте: капля поливоды, попавшая в море, может сработать как обычный полимерный катализатор – эта единственная капля может полемеризовать весь запас воды на Земле в единую желеобразную массу, которая уничтожит жизнь. Опасная штука, что и говорить».

Люди, настроенные не так категорично, были разочарованы тем, что научное открытие оказалось не более чем болтовней. Тот факт, что исследователи поливоды так быстро отказались от своих выводов, говорил в пользу несостоятельности эксперимента. В любом случае исследователи воды получили репутацию некомпетентных.

Неудивительно, что никто больше не испытывал желания продолжать исследования воды. Если в такой комичной, если не сказать больше, ситуации оказался легендарный советский ученый, что говорить об обычных специалистах? Исследователи решили заняться более безопасными объектами изучения. «Лишь кучка несгибаемых храбрецов продолжала исследования, прежде всего в области биологической воды, но стимул к движению вперед был уничтожен».

Память воды

Через двадцать лет наука о воде показала первые признаки оживления, и почти сразу получила еще один сокрушительный удар. Речь идет о разгроме «памяти воды». В центре внимания оказался французский ученый, известный иммунолог Жак Бенвенист, который вместе со своими коллегами получил доказательства свойства воды сохранять информацию, полученную от других молекул.

Доказательства «памяти» воды были получены в результате экспериментов, заключающихся в последовательном разведении биологически активных веществ. Причем разведение должно быть многократным настолько, что в результате должна остаться просто вода, в которой по статистике уже не может быть ни одной молекулы исходных веществ.

Даже после этого для полной чистоты эксперимента Бенвенист произвел еще несколько разведений. Полученная вода оказывала такое же воздействие, как если бы в ней все еще присутствовали биологически активные вещества. Концентрированное исходное вещество и многократно разбавленный раствор оказывают на клетки одинаковое молекулярное воздействие. Разбавленная вода сохранила «память» о молекулах, с которыми она контактировала.

Общество встретило это открытие с большим скептицизмом. Исключение составили только гомеопаты, которые давно использовали аналогичную процедуру для приготовления своих лекарств. Более того, они отнеслись к новости восторженно: наконец-то появилось подтверждение серьезности их метода.

Однако Бенвениста интересовала наука, а не гомеопатия. Так как журнал Nature отказался публиковать его статью, ученый попросил коллег еще раз повторить эксперимент в трех независимых лабораториях. В результате было получено три таких же, как у Бенвениста, результата. Однако журнал, помня историю с поливодой, вновь отказался писать об этом.

После долгих споров было решено создать специальную комиссию, которая будет наблюдать за ходом экспериментов французских ученых. Наблюдатели прилетели в Париж. Первые опыты прошли хорошо, они подтверждали слова Бенвениста. Но когда один из членов комиссии провел эксперимент самостоятельно, результаты не были столь обнадеживающими. Комиссия посовещалась и вынесла вердикт: если французы добились нужного им результата, а независимые эксперты нет, значит здесь замешан какой- то трюк. Естественно, трюк разгадать не удалось, поэтому доклад наблюдательной комиссии провозгласил, что «память» воды – это не более чем заблуждение.

В результате этого поражения Бенвенист перенес крах научной карьеры, потерял грантовую поддержку своих исследований, ему пришлось закрыть большую и очень продуктивную лабораторию, он испытывал невероятные трудности с дальнейшей публикацией своих работ. Кроме этого, ему пришлось испытать публичный позор: ему дважды присуждалась «Шнобелевская» премия за самые нелепые исследования. Это было поистине печальное время для французской науки.

Но главное здесь даже не крах научной карьеры знаменитого ученого, а то, что наука о воде была забытв. Память воды стала настоящим посмешищем в научном сообществе. Кто же после этого станет заниматься «водными» изысканиями?

И все-таки позже нобелевский лауреат Люк Монтанье подтвердит результат Бенвениста. Он будет опираться на память воды для объяснения явления передачи информации, хранящейся в ней. Этой теме посвятит долгие годы работы японский исследователь Масару Эмоту. Но никаких масштабных разработок в этой области больше не проводилось.

Память воды чаще является темой для шуток, чем предметом серьезных научных исследований. Остается надеяться, что пробуждающийся интерес к тайнам воды даст новый толчок к изучению самого важного вещества на планете.

-7%Новинка