Калиевые пруды и натриевые океаны. Физические свойства протоклеток

[Nur]

И в дополнение к волновому пакету солитона. По моему мнению, его можно представить как аналогию световым конусам в модели Минковского, в которой наиболее длинноволновые составляющие (поверхностные) распространяются с наибольшей скоростью... Выражаясь почти поэтически, это замечание, по моему, наиболее простым образом подчеркивает соответствие солитонов и частиц. Т.е. солитон, это частица, одновременно существующая в прошлом, настоящем и будущем - и двигающаяся одновременно вдоль оси времени. А вот это, уважаемый Владимир Васильевич, и есть лирика в моем исполнении.

[Vladimir Matveev]

Механические изменения гигантского аксона кальмара связанны с генерацией потенциала действия. Японцы показали, что ПД вызывает набухание аксона. Школа Тасаки. Iwasa, K., & Tasaki, I. (1980). Mechanical changes in squid giant axons associated with production of action potentials. Biochemical and biophysical research communications, 95(3), 1328-1331.

А Коэн и др. показали изменение параметров двойного лучепреломления при ПД. Cohen, L. B., Hille, B., & Keynes, R. D. (1970). Changes in axon birefringence during the action potential. The Journal of physiology, 211(2), 495-515.

Работы такого рода свидетельствуют, что ПД сопровождается сложными структурными изменениями поверхности клетки.

[Nur]

Уважаемый Владимир Васильевич!
Бегло прочитал материал в приложениях. Первое, что вспомнилось, то, что читал о том, что оболочка клеточного ядра, например, преобразует энергию волн химических реакций в энергию акустических колебаний, скорость распространения которых около 1,5 км/с. Аксон, по сути, это заполненный электролитом капилляр со стенками, обладающими изолирующими свойствами (клетки Шванна с миелиновой оболочкой). По идее, сигнал от отдельной клетки может передаваться по нему также быстро, как и в металлическом проводнике, но, тем не менее, этого не происходит. Замеры показывают, что у человека скорость распространения нервного импульса по афферентным нейронам не превышает 150 м/с, по эфферентным – немного больше. В свою очередь, в ядрах и коре головного мозга она снижается в десятки раз (практически на два порядка), не превышая, если не ошибаюсь, 2-3 м/с.  При поверхностном взгляде на эту картину, появляется соблазн представить нервную цепь между полярными терминалами аксона в виде структуры, поддерживающей пару солитоноподобных волновых спектров возбуждения и отражения, в соответствующих частях цепи. Может, это выгодно с точки зрения меньшего искажения сигнала...
Кажется, в свое время И. Мюллер отказался поддержать публикацию статьи своего ученика, Германа Гельмгольца, не поверив в то, что измеренная Г. Гельмгольцем скорость перемещения импульса по нерву лягушки оказалась равной всего 30 м/с...

[Vladimir Matveev]

Аксон, по сути, это заполненный электролитом капилляр со стенками, обладающими изолирующими свойствами (клетки Шванна с миелиновой оболочкой). По идее, сигнал от отдельной клетки может передаваться по нему также быстро, как и в металлическом проводнике, но, тем не менее, этого не происходит.

Nur, на всякий случай напомню, что перехваты Ранвье значительно увеличивают скорость распространения нервного импульса: http://www.owoman.ru/med/3202_neyronyi.html
Скорость ПД в "голых" аксонах (без миелиновой оболочки) невелика.

[василий андреевич]

Уважаемый Нур, просто в данной теме я не могу пока сформулировать для себя посильную задачу. В мыслях же перехожу от физики к натурфилософии и далее к метафизике и даже к религии, как соединении материи и поля (информационного?).
  Пусть будет хоть глицерин выстроенный по типу полимера. Там, где -ОН окончания - образуется водо-адсорбционная структура с включениями катионов. С "обратной" как бы внутренней стороны -СН связи. И этот естественный в водной среде "пакет" должен работать. Работать, значит, созидать консолидирующие (отрицательные) силы, за счет обесценивания какой-то иной потенциально энергетической структуры.

  Вполне может выходить так, что не протоклетка "создалась" для производства потенциала действия, а наоборот, потенциал действия, как естественная разрядка напряжений в адсорбционном слое, является той действенной силой, которая организует протоклетку.
  Над тем и мысль, которую пока думаю. Впереди же стоят адсорбция и, как следствие, осмос. И уже затем разрядка в виде потенциала действия... А солитон в виде самодостаточности должен рождаться по типу сложения случайных турбулентностей. Т.е. копятся турбулентности в адгезионном слое, которые разряжаются "действующем тором" имеющим "спин". Вот и выходит, что надо вводить квантовые состояния, а это уже за гранью обычных физико-химий. А религию с метафизикой необходимо оставлять при себе, как только ступеньку "туда и обратно".

[василий андреевич]

Т.е. солитон, это частица, одновременно существующая в прошлом, настоящем и будущем - и двигающаяся одновременно вдоль оси времени.

И Вы не побаиваетесь говорить так? Лично я допускаю подобное только на "богословских" форумах. Здесь же, как максимум, что настоящее содержит элементы как прошлого, так и будущего. Потому важно "состряпать" модель, желательно математическую, распределения состояний в протяженности, т.е. статику. И уже потом в этой статике выбрать "синусоидальность", что бы присудить ей шкальность времени.
  В теме о философии эволюции я надеялся дойти до подобного. Но это надо мозги сломать, а потом умудриться восстановить.

[Nur]

Уважаемый василий андреевич, доброе утро!

Вы верно заметили, я, как правило, стараюсь быть осторожным в выражениях. Это просто, если можно так выразиться, "поэтизированный" образ, в одном русле с замечанием уважаемого Владимира Васильевича о ловеласе. Правда, стоит признать,  это первый я попробовал, разрядки ради, пошуть немного над собой, а потом вот пришлось выкручиваться...

Nur.

[Nur]

Уважаемый василий андреевич,
у меня вопрос. Может ли фонон, пересекающий плоскость перпендекулярно вектору движения солитона, выполнять роль ретранслятора...
Если да, это было бы очень любопытно, поскольку добавляло бы веса аналогии с нервной цепью, о которой я говорил немного ранее...
И, повторяясь - подскажите, пожалуйста, выполняет ли ионистор функции сопротивления...

[Nur]

Уважаемый Владимир Васильевич, добрый день!
Возможно ли мембрану представить подобием твердых кристаллических тел... Для таких тел известны так называемые дислокации - солитоны, канализирующие решетку наподобие дыр... Не уместно ли провести аналогию между такими дислокациями и ионными каналами в мембранах. Можно было бы попробовать представить себе модель самопроизвольной генерации таких каналов, как Вы считаете...

[Nur]

Уважаемый василий андреевич,, цитирую: "...Вполне может выходить так, что не протоклетка "создалась" для производства потенциала действия, а наоборот, потенциал действия, как естественная разрядка напряжений в адсорбционном слое, является той действенной силой, которая организует протоклетку..." (Ответ #124 : Март 17, 2015, 22:38:25, абзац третий сверху Вашего поста) - идея, которуя безоговорочно поддерживаю.

[Nur]

Именно в таком направлении и необходимо искать решение задачи организации генетического кода...

[Vladimir Matveev]

Возможно ли мембрану представить подобием твердых кристаллических тел... Для таких тел известны так называемые дислокации - солитоны, канализирующие решетку наподобие дыр... Не уместно ли провести аналогию между такими дислокациями и ионными каналами в мембранах. Можно было бы попробовать представить себе модель самопроизвольной генерации таких каналов, как Вы считаете...

Здравствуйте, Nur! К своему ответу #107 я прикрепил PDF этой статьи:
Appali, R., van Rienen, U., & Heimburg, T. (2012). A comparison of the Hodgkin–Huxley Model and the Soliton Theory for the Action Potential in Nerves. Advances in Planar Lipid Bilayers and Liposomes, 16, 275-299.
В ней авторы показали, что потенциал действия является адиабатическим явлением (что противоречит модели ХХ), это уподобляет его распространение распространению механической волны. С точки зрения физики, средой распространения такой волны может быть что угодно, а не только липидная мембрана. Важен не материал мембраны, а тот физический механизм, который она способна реализовать.

Первую искусственную мембрану создал Мориц Траубе (Moritz Traube) в середине 19 века. При взаимодействии сульфата меди с ферроцианидом калия ораразуется рыхлый осадок (гель), мембрана из которого обладала свойством полупроницаемости. Скелетом этого геля являются твердые частицы с кристаллической, скорее всего, структурой (подробности здесь: http://www.bioparadigma.spb.ru/revolution.htm).

А в моем ответе #114 приведена картинка, на которой показано, что "каналы" могут быть образованы в полимерных материалах путем их обработки в ускорителях потоком заряженных тяжелых ядер. Думаю, что "каналы" можно сделать таким же образом и в металлической мембране, и в мембране из кристаллического материала, но такие публикации мне не попадались.

Что касается непосредственно Вашего вопроса, то границу между полупроводниками с разной проводимостью (p- и n-) тоже можно рассматривать как мембрану при определенных граничных условиях. Для дальнейшего развития этой темы нужны знания физики твердого тела. Клеточные мембраны можно рассматривать как гели с достаточно жесткой структурой, поэтому подходы, развитые в физике твердого тела, могут быть к ним применимы. Примером такого подхода служит прилагаемая статья: Heimburg, T., & Jackson, A. D. (2005). On soliton propagation in biomembranes and nerves. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102(28), 9790-9795.

[Nur]

То, что потенциал действия уподобляется механической волне - просто замечательно...

[Nur]

Просто у меня давно существовало интуитивное желание уподобить друг другу транскрипцию и вращательные движения вала-проводника в генераторе. Ядерный компартмент – с хаосом индуктивной катушки. А циклические процессы поляризации в мембранах - с "...турбулентностью в адгезионном слое..." (по выражению уважаемого василия андреевича). Почему я думаю о том, что именно потенциал действия оказал решающее влияние на формирование генетической наследственности... Просто в цепочке, включающей транскрипцию и трансляцию и определяющей, в конечном итоге, дизайн клеточной поверхности, можно увидеть подобие перехода от коротких волновых процессов к длинноволновым. Нейронная электрическая цепь приводит меня к мысли о том, что должна быть и другая половина картинки с обратным направлением процесса. Тогда генетический аппарат становится похож на ретранслятор, в котором время от времени происходит генерация новых комбинаций. Согласитесь, молекула ДНК, известная нам в растиражированном виде, на отдаление напоминает пару повторяющихся осцилляций с небольшим сдвигом по фазе...
Поэтому я постоянно вопрошаю уважаемого василия андреевича об ионисторе как сопротивлении... Если да, то протоклетку в калиевом пруду можно уподобить, например, химическому источнику ЭДС, а сам калиевый пруд – сопротивлению. С учетом всего вышесказанного и, возможно, благодаря фононам, в результате формируется то, что можно представить в схеме как элементарную электрическую цепь...
Тогда что такое жизнь... самый простой ответ исходит из того, что получается в результате жизнедеятельности... Увеличение разнообразия форм, в которых могут существовать химические элементы, т.е. продолжение эволюции неживого... И потенциал действия, если теперь отдать небольшую дань любителям философии – это подобие той мистической «жизненной силы», так волновавшей умы эволюционистов несколько веков назад (уважаемый василий андреевич, вспомните, заикнулся об этом в соседней теме, но Вы посетовали потом на изобилие биологических терминов и я немножечко поостыл). Как напряжение, побуждающее произвести работу по переводу механической энергии в электрическую и т.д. (если лирично – превратить механику в электродинамику)...     

[Vladimir Matveev]

Если да, то протоклетку в калиевом пруду можно уподобить, например, химическому источнику ЭДС, а сам калиевый пруд – сопротивлению.

На белках с развернутой конформацией и на гидрофильных полимерах различной химической природы адсорбируется вода, образующая полимолекулярный адсорбционный слой. Слой адсорбированной воды заряжен отрицательно по отношению к окружающей воде. Разность потенциалов достигает -100 мВ. Физиологическая роль адсорбционного слоя в живой клетке мало изучена, не говоря уже о его роли в образовании первой клетки. Подробности в приложенном файле.