Механизм гравитационной чувствительности

Не вызывает сомнения, что организм, вернее мозг, способен анализировать и различать источники сигналов и даже создавать картины их расположения в пространстве. В качестве примера можно назвать зрение и слух. В последнем случае анализируются звуковые волны, которые являются возмущением плотности атмосферного воздуха. По смыслу физического влияния звуковые волны похожи на влияние небесных тел через возмущения гравитационного потенциала, который также является скалярной величиной. Но что же является приемником этих сигналов?

В работе /5/ были исследованы фундаментальные процессы, типа реакции синтеза или распада с участием гормонов и ферментов. Было установлено, что уже на таком уровне можно зафиксировать изменение скорости реакции, обусловленное влиянием гравитационного потенциала. Но в организме такого рода реакции находятся под контролем мозга (гипоталамо-гипофизарной системы в случае тиреоглобулина, гормонов Т3, Т4 и вазопрессина, которые рассмотрены в работе /5/), что означает наличие сложной цепи регулирования, включающей большое число рецепторов. Выброс гормонов происходит автоматически, в ответ на изменение потенциала, что приводит к годичным колебаниям содержания гормонов в крови.

В качестве модели реакции с участием белков (ферментов) в работе /5/ рассмотрено уравнение МИХАЭЛИСА-МЕНТЕН. Это простейшая ферментативная реакция, в которой участвует субстрат (S) и фермент (E), в результате появляется фермент-субстратный комплекс (ES), при распаде которого образуется продукт (P). Формула реакции имеет вид:

Здесь k₁, k_-1 — константы скоростей прямой и обратной реакций образования фермент-субстратного комплекса; k₂ — константа скорости образования продукта. При определенных предположениях находим уравнение изменения концентрации конечного продукта и субстрата.

(3).

Где Е₀ — начальная концентрация фермента, k_M — константа Михаэлиса. Если фермент E участвует во всех стадиях реакции, имея при этом наибольшую массу, тогда константы k_i во внешнем гравитационном поле определяются согласно уравнению:

(4).

Здесь m_E — масса молекулы фермента, k=1.372*10^-16 эрг/К — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура (для процессов, происходящих в организме человека температуру можно считать постоянной и равной приблизительно 309.7К или 36.6С).

Заметим, что отношение скоростей реакций в знаменателе в правой части уравнения (3) — константа Михаэлиса, не меняется во внешнем поле. Чтобы не изменилась и эффективная константа скорости реакции, необходимо потребовать, чтобы выполнялось соотношение:

Следовательно, для автоматического регулирования выхода продукта при любых отклонениях гравитационного потенциала от некоторой начальной величины, потребуется дополнительное количество фермента:

(5).

Таким образом, для сохранения скорости производства продукта в простых ферментативных реакциях при изменении гравитационного потенциала необходимо изменять концентрацию фермента пропорционально отклонению суммарного гравитационного потенциала. Возникает вопрос, на какой стадии происходит анализ сигналов отдельных небесных тел, т. е. каков механизм гравитационной чувствительности?

Рассмотрим уравнение (5) при условии, что изменение потенциала лимитировано временем реакции, т. е.

В этом случае находим следующую зависимость концентрации гормона:

(6).

Производную по времени от суммарного гравитационного потенциала можно представить в виде суммы производных потенциалов небесных тел:

(7).

Отметим, что в сумме в правой части выражение (7) некоторые слагаемые могут обращаться в нуль. Так, например, производная гравитационного потенциала Солнца вносит основной вклад в сумму в правой части выражения (7). Используя соответствующие Солнцу параметры, можно определить сезонную зависимость концентрации гормона вазопрессин, регулирующего величину осмотического давления жидкостей в организме — см. рис. 9. В качестве эффективного времени процесса была использована длительность реакции одного типа, с участием одного гормона — около 60 сек.

Аналогичная зависимость может быть получена для тиреоидных гормонов Т3 и Т4, осуществляющих перенос электронов в ферментных системах с молекулы донора на субстрат — рис. 9. В этом случае в качестве эффективного времени реакции выступает общее время участия одной молекулы гормона в реакции одного типа, что составляет 200 секунд. Для этих гормонов экспериментально установлена сезонная зависимость их концентрации в крови. Отметим основное действие тиреоидных гормонов /10/:

• — метаболическое, регуляция обменных процессов, увеличение синтеза белка, повышение распада жиров и углеводов, особенно в клетках нервной системы, регулируют энергетический обмен, обмен белков, жиров и углеводов, кальция во всех клетках организма, в том числе и нервной системе, регулируют уровень содержания сахара в крови;
• — контроль образования тепла, скорости поглощения кислорода клетками, поддержание нормального функционирования дыхательного центра, иммунитета;
• — наряду с гормонами коры надпочечников обеспечивают физиологическую адаптацию.

В периоды летнего и зимнего солнцестояния вклад Солнца равен нулю, поскольку в это время производная от расстояния до Солнца обращается в нуль (точки поворота). В этом случае становится заметным влияние других небесных тел. Среди них наиболее существенное влияние (после Солнца) может оказывать Юпитер. Но даже его поля недостаточно, чтобы заметно повлиять на концентрацию гормонов с небольшой молекулярной массой. Не исключено, однако, что Юпитер может повлиять на концентрацию в крови тиреоглобулина (ТГ), обладающего большой молекулярной массой (660 000 дальтон), при условии, что это соединение может принимать участие в длительных, порядка минуты ферментативных реакциях — рис. 10. В некоторых случаях в нуль может обратиться производная суммы гравитационных потенциалов Солнца и Юпитера (точки поворота для Юпитера и Солнца одновременно). Тогда заметным становится гравитационное воздействие Луны и Венеры, которые могут повлиять на концентрацию ТГ в крови в реакциях длительностью 200 сек. Наконец, в исключительных случаях, проявляют себя в ферментативных реакциях с участием тиреоглобулина, длительностью не менее 600 сек, гравитационные поля Марса, Меркурия и Сатурна — рис. 10.

Описанный механизм дифференциации влияния небесных тел является автоматическим, происходящим без участия памяти. В этом случае эффект, связанный с влиянием каждого небесного тела, проявляется эпизодически в редких ситуациях, когда влияние других небесных тел в сумме равно нулю. Однако если у системы регулирования имеется память, тогда редкие ситуации интегрируются в памяти, создавая у большой группы субъектов результирующие зависимости, типа приведенных на рис. 2−7. Действительно, механизм установления равновесной концентрации тиреоидных гормонов Т3 и Т4 является довольно сложным, поскольку они производятся с участием тиреоглобулина под влияние гипоталамо-гипофизарной системы. Снижение концентрации тиреоидных гормонов приводит к повышению концентрации тиреотропного гормона (ТТГ) гипофиза, что в свою очередь приводит увеличению скорости синтеза тиреоглобулина и высвобождению Т3, Т4. Регуляция осуществляется по принципу отрицательной обратной связи, однако секреция ТТГ тормозится не только Т3 и Т4, но и соматостатином и дофамином, а стимулируется тиреотропин-рилизинг-гормоном гипоталамуса — тиреолиберином /10/. Такая сложная цепочка не может быть описана одним уравнением, типа (3), но должна включать все стадии процесса регулирования, в том числе модель накопления сигнала в памяти.

Рассмотрим три модели накопления сигнала:

• 1) в случае, когда сигнал является очень слабым, что выполняется для Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона, тогда его накопление идет непрерывно, в соответствии с выражением (5);
• 2) в том случае, когда сигнал является очень сильным, что выполняется для Солнца, тогда его накопление происходит за ограниченное время, в соответствии с выражением (6), после чего происходит сброс сигнала;
• 3) для сигналов средней интенсивности, приходящих от Луны, Меркурия, Марса и Юпитера в окрестности точек поворота выполняется модель 1, а в средней части зависимости ИИ от расстояния выполняется модель 2.

Эти модели позволяют описать все основные особенности зависимости ИИ от расстояния до различных небесных тел, полученные в работах /2,4/.

Таким образом, можно утверждать, что гравитационная чувствительность появляется в системах с памятью в ответ на изменение скоростей биохимических реакций с участием гормонов.

Отметим, что полученные результаты носят предварительный характер, поскольку не указаны конкретные реакции, в которых могли бы проявиться гравитационные поля небесных тел. Общее требование к таким реакциям с участием ферментов заключается в том, чтобы молекулярная масса фермента была достаточно большой, а время реакции исчислялось бы секундами и минутами.

Наконец заметим, что влияние гравитационного потенциала Земли в состоянии динамической невесомости было впервые обнаружено при наблюдении за космонавтами во время длительных космических полетов /11/. Полученные выше результаты позволяют понять механизм этого влияния, связанный с изменением скоростей биохимических реакций во внешних гравитационных полях. Действительно, в этом случае сила, приложенная к телу космонавта, равна нулю, но гравитационный потенциал Земли не равен нулю. Поэтому гравитация продолжает действовать так, как будто космонавт находится на вершине горы эквивалентной высоты. При значительном удалении от Земли гравитационный потенциал падает по абсолютной величине. Обнаруженная в опытах статическая невесомость, вызывающая значительные физиологические изменения, наступает только на расстоянии более 37 тысяч километров от поверхности земли /11/.

Следует заметить, что потенциал гравитационного поля в нерелятивистском приближении описывается уравнением Лапласа. Но это уравнение не изменяется при переходе к неинерциальной системе координат, связанной с местом наблюдения на нашей планете или с кабиной космического корабля (в отличие от уравнения Ньютона, в котором появляются фиктивные силы инерции). Квантовая система молекул чувствует гравитационный потенциал, но не чувствует силы инерции, которые, вообще говоря, малы по сравнению с силами межмолекулярного взаимодействия. Таким образом, система молекул реагирует на изменение гравитационного потенциала, но не реагирует на систему сил, сумма которых равна нулю в лабораторной системе координат. Это и порождает эффекты, связанные с влиянием гравитационного потенциала /6/.