Калиевые пруды и натриевые океаны. Физические свойства протоклеток

Nur · марта 19, 2015, 07:47:31

В принципе, солитоны, как явление, можно думать, характерны для волн любой природы. Читал, что еще в 1972 году А. Хасегава (сотрудник компании «Белл») предсказал возможность существования солитонов в волоконной оптике. Специалистам «Белл» предсказание своего физика показалось заманчивым, но, в результате работ выяснилось, что в их распоряжении на тот момент не имелось световодов с низкими потерями энергии в диапазонах, в каких экспериментально можно было наблюдать солитоны. В конце концов, они пришли к выводу о том, что оптические солитоны могут устойчиво распространяться только в световодах с небольшими и конечными по абсолютному выражению значениями дисперсии. На практике это означает, что для того, чтобы солитон, представляющий сигнал с объемом информации 1 терабит и более (со скоростью передачи до 10 тысяч гигабит/секунда) устойчиво проходил световод, через каждые 500-600 км необходимо устанавливать ретрансляционные устройства, стоимость которых, в современном исчислении составляет около 200 млн. долларов каждый. До последнего времени просто не существовало волокна, сохраняющего требуемые значения дисперсии на расстояниях в 10 раз больше приведенных выше, т.е. солитоны были непригодны для использования в сетях с длинными каналами передачи данных...

Nur · марта 19, 2015, 08:02:37

Какие-то странные вещи со статистикой по данной теме. По количеству ответов и страниц она является одним из лидеров раздела. Но по количеству просмотров в пересчете на 1 ответ - положение просто удручающее, тема явно находится в глубоком арьергарде. Темы, содержащие слова вроде "климат" или "культура" - на порядки более просматриваемые. Уважаемый Владимир Васильевич, может быть, в название темы нужно было бы ввести какое-нибудь расхожее понятие, чтобы повысить ее популярность среди форумчан.
Но, с другой стороны, есть еще одна странность. В течение минувших суток число просмотров вдруг увеличилось почти на 200 (можно сказать, за один день!). Совсем неплохо и для "раскрученных" тем. Понять бы, что так заинтересовало участников и гостей форума...

Nur · марта 19, 2015, 08:32:57

Возвращаясь к проблеме передачи данных с помощью солитонов. По заявлению Л. Молленауэра, ведущего специалиста Отдела оптических технологий Bell Laboratories, США, штат Нью-Джерси, его группой показано, что «...сигнал при объеме информации более 1 терабита может пройти без ретрансляции до 6 тысяч километров со скоростью передачи 10 гигабит в секунду на канал без каких-либо искажений. Подобная технология сверхдальней связи по оптическим линиям уже близка к стадии реализации...» (http://www.nkj.ru/archive/articles/7337/). Согласно пояснениям специалистов, в этом случае «...величина дисперсии по длине волоконного световода периодически изменяется между отрицательным и положительным значениями. В первой секции световода импульс расширяется и сдвигается в одном направлении. Во второй секции, имеющей дисперсию противоположного знака, происходят сжатие импульса и сдвиг в обратном направлении, в результате чего его форма восстанавливается. При дальнейшем движении импульс опять расширяется, затем входит в следующую зону, компенсирующую действие предыдущей зоны, и так далее - происходит циклический процесс расширений и сжатий. Импульс испытывает пульсацию по ширине с периодом, равным расстоянию между оптическими усилителями обычного световода - от 80 до 100 километров...» (источник тот же). Еще ранее ему же с соавторами удалось показать возможность передачи информации посредством солитона на расстояние более 14 000 км (2,5 Гбит/с) с уровнем ошибок меньше 10^-10 степени, проведя измерения по новой методике, подходящей для использования в ретрансляционном контуре. L.F. Mollenauer, M.J. Neubelt, M. Haner, E. Lichtman, S.G. Evangelides, B.M. Nyman. Demonstration of error-free soliton transmission at 2.5 Gbit/s over more than 14,000 km. Electronics Letters, Volume 27, Issue 22, 24 October 1991, p. 2055 – 2056.
Хотел, кстати, эту новость выложить в тему «Золотой век», однако, получается, что она уместна и здесь...

Vladimir Matveev · марта 19, 2015, 08:58:02

Цитироватьможет быть, в название темы нужно было бы ввести какое-нибудь расхожее понятие

Nur, спасибо за статистику. Она всегда интересна. Конечно, можно было бы изобразить что-нибудь в таком роде: "Романтический вечер на берегу калиевого пруда и удар цунами натриевого океана".

Телевидение использует подобные приемы и потому заслужило прозвище "ящик".

Безусловно, название статьи - важная составляющая научного сообщения. В таких случаях я говорю: найди свою теорему. То есть в названии статьи должна быть отражена главная ее мысль, справедливость которой доказывается ее содержанием. Трудно писать статью, теорема которой еще не созрела. Прилагаю интересную публикацию "Общая теория заголовков".

Не менее важно правильно критиковать идеи и статьи. В подавляющем числе случаев "критика" сводится к навешиванию ярлыков. Самый известный из них: "Генетика - продажная девка империализма". Второй по популярности прием: такой проблемы вообще не существует и обсуждать тут нечего. Такая критика - удел тех, кто понимает, что сказать по существу им нечего, а промолчать - нет сил (поскольку "кипит наш разум возмущенный"). Чтобы не быть голословным, приведу примеры своей критики.
1. "Виагра по интернету? Пожалуйста!" http://maxpark.com/community/5302/content/2162357
2. "Мышление - лекарство от измышлений" http://maxpark.com/community/5654/content/3028362

Nur · марта 19, 2015, 09:22:53

Уважаемый Владимир Васильевич, доброго Вам утра!

Как по Вашему, перехваты Ранвье можно сравнить с оптическими усилителями по результату своего функционирования... Тогда соседние миелинизирующие клетки можно уподобить периодическим структурам, ограничивающим пульсацию электрического сигнала по длине.
Если это так, становится понятным, почему я задавал вопрос уважаемому василию андреевичу о том, могут ли фононы, пересекающие перпендикулярно траекторию движения солитона, ограничивать последний по длине периода (т.е. придавать конечное значение его дисперсии) и играть, таким образом роль ретрансляторов. Очень хочется, чтобы это было возможным. Чем тогда предстанет клеточная мембрана. По сути, проводником с большим горизонтальным сечением, в объеме которого можно уместить значительное количество ретрансляционных контуров с периодической структурой. При этом мы знаем, что интенсивность работы ионных каналов зависит от концентрации определенных веществ в плазме. Можно говорить и том, что циклический характер движения сигналов упорядочивает картину их распространения, а значит – может закономерно влиять на изменения означенной концентрации...
Понимаю, что забегаю вперед всякой теории, но если Вы согласитесь с представленной картиной хотя бы в части периодичности ее структурного выражения, аналогия с, например, Солнечной системой и, забегая вперед, с динамикой изменения параметров простых объемных тел, становится, в этом случае элементарной и совершенно закономерной в своей элементарности...

С искренним почтением,
Nur.

Nur · марта 19, 2015, 09:31:37

Уважаемый Владимир Васильевич, я Вас пока не критикую, не дорос еще в плане обладания тем базисом специальных знаний, который есть у Вас. Пока просто пытаюсь найти какие-то точки соприкосновения, а заодно тестирую собственные предположения и догадки. Как только таковые найдутся (точки соприкосновения), появится возможность, скажем так, с позиций "объективной критики" полемизировать с Вами не то, чтобы на равных, а попросту не очень рискуя показаться в Ваших глазах откровенным "школяром".
Сейчас у меня по отношению к Вам настоящий "пиетет", основанный на солидарности во мнении, что о том, в чем нет физики. то и говорить серьезно не стоит...

Nur.

Vladimir Matveev · марта 19, 2015, 10:07:05

ЦитироватьКак по Вашему, перехваты Ранвье можно сравнить с оптическими усилителями по результату своего функционирования... Тогда соседние миелинизирующие клетки можно уподобить периодическим структурам, ограничивающим пульсацию электрического сигнала по длине.

Уважаемый Nur! Мне кажется, что сравнения и аналогии хороши тогда, когда они помогают решить какую-нибудь, пусть небольшую, проблему. К сожалению, я далек от мира солитонов и не могу высказывать суждения на эту тему. Зато Филиппов, например, считает, что нервный импульс - это и есть солитон:
https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CCUQFjAB&url=http%3A%2F%2Fvk.com%2Fdoc2717171_286841782%3Fhash%3Db82573642f063850de%26dl%3D0737c22362125a96ae&ei=x3AKVZz-OaatygOZhYJg&usg=AFQjCNHznsoDJtPNuYK2fpXPzc5qWJNs-w&sig2=0h1IXAZmwnBU1NLnRnfZvg&bvm=bv.88528373,d.d24&cad=rja

Возможно, кто-то заинтересуется солитонами, поэтому на этот случай привожу популярную и не очень литературу:

Солитоны
http://www.nkj.ru/archive/articles/7337/

Нелинейные волны и солитоны
http://www.akin.ru/spravka/docs/nonlin_waves.pdf

Оптические солитоны
http://photonics.phys.msu.ru/Materials/SazonovSolitons.pdf

Nur · марта 20, 2015, 06:31:51

Уважаемый Владимир Васильевич, добрый день!

Прочитал первую из статей о критике, предложенную Вами. Можно осторожно поинтересоваться: "фононный механизм поверхностных сил дисперсных тел"... Так авторы какие-то электростатические эффекты в адгезивном слое называют, что ли... Мало что сумел вообще понять, с первого раза, из их статьи...
Стиль изложения почему-то напомнил о "волновом геноме" П. Гаряева... А «механизм» передачи свойств воде – по моему, похож на манипуляции по «заряжению воды энергией». Извините, что все беру в кавычки, мне даже неловко упоминать об этом... Еще припоминаю информацию о том, что «кому-то удалось добиться того, что из куриных яиц или вылупились утята, или цыплята с перепонками на ногах после того, как эти яйца в процессе инкубации подвергали обработке акустическими сигналами, представлявшими из себя запись кряканья утки»... В данном случае вообще не берусь утверждать, что точно воспроизвожу вышесказанное. И даже не упоминал бы о таких вещах, но материал о «механизмах поверхностных сил» как-то заставил огорчиться – может быть, ученые упускают нечто более важное, чем им известно в настоящий момент...

Nur.

Nur · марта 20, 2015, 07:02:16

Что касается материала "Технологии, которые делают вызов современному мышлению: ...". По моему, Вы справедливо заметили, что самое яркое в данной статье - это ее заголовок... А то, что выдается за теоретическое обоснование - чистой "воды", по моему мнению, "гомеопатия". В плане возможных результатов - надежный способ заявить о чем-то, что не поддается фальсификации. Идея для бизнеса, одним словом. (Я, кстати, извиняюсь за ранее сделанное предложение о введении в заголовок темы растиражированного слова. Прием, заимствованный из практического маркетинга и малоприемлемая для науки вещь).

Nur · марта 20, 2015, 07:17:54

Также приношу извинения за то, что, практически солируя на данном этапе развития темы, пытаюсь вести речь о вещах, далеких от сферы Ваших интересов и, возможно, содержания вопроса, решение которого Вы пытаетесь найти, участвуя в форуме. Понимаю, что эти посты представляют из себя, говоря "офизиченно", наибольшую амплитуду колебаний мнений и пора делать крутой разворот назад. Обещаю сделать это в ближайшее время, оставив для развития только несколько замечаний о проблеме, решение которой пытаюсь найти с помощью подобных рассуждений...

С искренним почтением лично к Вам, уважаемый Владимир Васильевич,
Nur.

Nur · марта 20, 2015, 07:36:13

Кстати, о статистике. Еще более 120 просмотров за день. В течение 2-х последних суток относительное количество просмотров увеличилось с 11,6 до 12,2, в пересчете на ответ. К тому же, за предшествующий период в 50 суток тему просматривали, в среднем, 28 раз за день, за эти же 2 дня – по 160. Рост в 5,7 раза. Что же происходит, почти «ежкин свет»... Ведь если тенденция сохранится, то получится почти по 30 просмотров в сутки на 1 ответ всего через месяц. Это же важно, на мой взгляд, понять...

Vladimir Matveev · марта 20, 2015, 08:19:18

ЦитироватьПрочитал первую из статей о критике, предложенную Вами. Можно осторожно поинтересоваться: "фононный механизм поверхностных сил дисперсных тел"... Так авторы какие-то электростатические эффекты в адгезивном слое называют, что ли... Мало что сумел вообще понять, с первого раза, из их статьи...

Доброе утро, Nur! Не стоит пытаться понять что-либо в этой статье. Этот словесных хлам предназначен только для того, чтобы пудрить мозги. Такие статьи нужны для того, чтобы в лекциях для людей, далеких от науки (например, такой: https://youtu.be/zUg8VJlNrqE), можно было сказать: "Рассматриваемые нами явления описаны в научных статьях, данные которых еще никто не опроверг". А кому хочется опровергать такую "науку" - бредодинамику отстойных мыслей? Что до меня, то у меня были личные мотивы разобрать эту статью по косточкам, упомянутые в предисловии к "Виагре по интернету...".

ЦитироватьЧто касается материала "Технологии, которые делают вызов современному мышлению: ...". По моему, Вы справедливо заметили, что самое яркое в данной статье - это ее заголовок... А то, что выдается за теоретическое обоснование - чистой "воды", по моему мнению, "гомеопатия". В плане возможных результатов - надежный способ заявить о чем-то, что не поддается фальсификации.

В статье "Мышление - лекарство от измышлений" я как раз предложил простой способ проверить реальность существования "информационных копий лекарств". Эти люди упорно доказывают, что их копии обладают убедительным лечебным эффектом. Я же предложил им сделать информационную копию цианистого калия или кураре и проверить, способны ли эти копии убивать мышей, например. Ответа на мое предложение не последовало, хотя соответствующее предложение я направил лично каждому из команды "Фонд ДСТ" (http://www.dst-fund.ru/).

Nur · марта 21, 2015, 05:39:34

Уважаемый Владимир Васильевич, доброе утро!

Так, за 20 прошедших часов статистика по посещаемости в разделе следующая (первая пятерка тем):

1. Интересные новости и комментарии, + 107 просмотров / + 6 ответов;
2. Калиевые пруды и натриевые океаны. Физические свойства протоклеток, + 62 просмотра / + 1 ответ;
3. Биоэтика, + 15 просмотров / + 0 ответов;
4. Опровержение телегонии, + 2 просмотра / + 0 ответов;
5. Как очистить наш форум?, + 1 просмотр / + 0 ответов;
и еще одна, с зазывным заголовком -
6. "Культура" выступила против Дарвина в его юбилей, + 5 просмотров / + 0 ответов.

Скорее всего, дело в активности участников форума. Похоже, чем чаще название темы появляется в информационном центре на главной странице форума, тем и больше будет просмотров. С другой стороны, Вы и уважаемый Питер весьма активно обменивались мнениями в теме, но такого всплеска вроде не наблюдалось. Все же лелею надежду, что в дополнение к активности определенную роль играет и то, что обсуждается. Может быть, все дело в том, что мы несколько подробнее коснулись такого явления, как солитоны. При этом вдруг описали его, например, понятнее, чем обычно это делают...

Попробую немного оживить свои посты, внести по ходу изложения больше информации...

Nur · марта 21, 2015, 07:07:12

Уважаемый Владимир Васильевич,
еще 18 марта Вы обращали мое внимание на следующее: "...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..."
Помню, лет пять назад один специалистов по химкатализу пытался объяснить мне существо «экстравертной модели» клеточной воды. Из его объяснений выходило, что равновесное распределение вещества между такой водой и внешней средой определяется обратной пропорцией по отношению к молекулярному объему вещества, т.е. может быть связано с явлением гидратации ионов и молекул органических веществ.
То есть, чем крупнее молекула вещества (или объемнее, если быть более точным), тем ниже уровень его растворимости в адсорбированной воде вследствие влияния ряда термодинамических факторов.
В частности, сеть молекул многослойно структурированной воды ограничивает вращательные движения растворенных в ней молекул других веществ. То есть потери энергии при совершении вращательных движений у них ниже, чем во внешней среде. В то же время известно, что вращательная энтропия - основная часть общей энтропии таких многоатомных образований, какими являются гидратированные ионы Na + , а также молекул целого ряда веществ, например сахарозы. Эти образования весьма объемны, так, что уменьшение их энтропии в сочетании с затратами энергии на организацию канала в слоях структурированной воды делает растворение подобных веществ в клеточной воде термодинамически невыгодным. Возникает положение, когда равновесная концентрация подобных веществ в клеточной воде ниже, чем в среде. К примеру, я читал, что для вытеснения из клеточной воды крупных ионов и молекул (тот же гидратированный ион натрия или молекула сахарозы) необходимо превышение энергии взаимодействия молекул воды в адсорбированных слоях по сравнению с объемной водой всего на 126 кал/моль. При этом, например, молекулярная масса сахарозы составляет примерно 342,3, а молекулярный объем — около 339 мл/моль. В тоже время, молекулярный объем воды равен 18,02 мл/моль. Рассчитав отношение молекулярных объемов объемной воды и сахарозы, получаем, что количество молекул воды, вытесняемых одной молекулой сахарозы — 19. Умножив 126 на 19, получим 2394 кал/моль или 2,39 ккал/моль. Это сопоставимо со скрытой теплотой парообразования, что позволяет объяснить явление непроницаемости клеточной мембраны для гидратированных соединений с точки зрения термодинамики физического состояния воды в клетках. То есть, энергия взаимодействия между молекулами воды в адсорбированных слоях выше, чем в объемной воде изза поляризации молекул адсорбированной воды, обусловленной взаимодействием между диполями (проще, зарядами).
Если говорить совсем просто, получается, что образование многослойных структур воды с усиленной поляризацией ее молекул в условиях внутриклеточной среды термодинамически выгодно. Взаимодействие молекул структурированной воды друг с другом сильнее, чем в объемной воде, поэтому на образование канала в клеточной воде для иона Na +, например, затрачивается больше энергии, чем ее выделяется при закрытии подобного канала в объемной воде при переходе Na + из среды в клетку.

Уважаемый Владимир Васильевич, вроде бы я ничего не напутал...
Где же уважаемый василий андреевич, он бы разобрал термодинамику более критично...

Vladimir Matveev · марта 21, 2015, 07:41:31

Цитироватьобразование многослойных структур воды с усиленной поляризацией ее молекул в условиях внутриклеточной среды термодинамически выгодно. Взаимодействие молекул структурированной воды друг с другом сильнее, чем в объемной воде

Доброе утро, Nur!
Вы совершенно правы. Что такое растворение? Для растворения молекулы в объеме воды должна образоваться полость, равная по объему этой молекуле/иону. Чем больше ион (с учетом гидратной оболочки), тем больше водородных связей между молекулами воды нужно разорвать, чтобы освободить нужный объем. По этой причине, чем больше ион или молекула, тем большую работу нужно совершить для ее размещения в адсорбционном слое воды, и с тем большей силой растворенная частица (частица в физическом смысле) выталкивается в "простую" объемную воду. Из всего этого следует, что из адсорбционного слоя выталкивается ЛЮБАЯ частица. Если ион гидроксония (Н3О+) больше ОН-, то диффузионное равновесие установится с дефицитом гидроксония в адсорбционном слое воды и уже по этой причине фаза связанной воды будет заряжена отрицательно по отношению к среде.

Однако, нужно помнить, что адсорбционный слой - структура динамичная, поэтому в нее "стремится" попасть (и попадает) любая частица, движимая концентрационным градиентом. По этой причине фаза адсорбированной воды всегда "загрязнена" примесями, проникшими в нее извне. Это "загрязнение" минимально в условиях установившегося диффузионного равновесия.

Наличие в коллоидных системах фракции воды со сниженной способностью к растворению была установлена еще в 19 веке, но ее роль в жизни клетки все еще остается мало изученной. До сих пор принято думать, что доля такой воды в клетке исчисляется единицами процентов, поэтому ей и не придается никакого значения.