8. Высшим формам живой материи свойствен разум, это позволяет материи изучать, анализировать и познавать самоё себя.
Живое способно ассимилировать полученные извне вещества, то есть перестраивать их, уподобляя собственным материальным структурам, и за счет этого многократно воспроизводить их [1].
Словом, человеческий организм – совершенное творение природы. Это единая, сложная, автоколебательная[33], саморегулирующаяся, самонастраивающаяся биосистема, состоящая во взаимодействии с окружающей средой.
Жизнь протекает в режиме автоколебаний, которые являются ее свойством, проявляющимся на всех уровнях организации (клеточном, органном и организменном). Выживание обеспечивается взаимодействием организма и среды.
Сложный организм существует и выживает в режиме непрерывной автоматической перестройки множества процессов, перестраивая и регулируя их так, чтобы они обеспечивали эффективное выживание, оптимально соответствовали внутренним и внешним условиям [2].
В чудо-организме заложены программы жизнедеятельности, систем управления (генетическая, нервная, эндокринная) и связь с окружающей средой.
Главной системой, управляющей организмом с помощью электрических сигналов (нервных импульсов), является нервная система, главным центром, регулирующим все процессы – головной и спинной мозг, внешними регуляторами внутренних процессов – условия окружающей среды.
Центральная нервная система управляет всеми процессами. В головном и спинном мозге имеются программы управления функциями, центры синтеза и анализа информации, поступающей по нервным путям от всех внутренних органов и из внешней среды.
Изменение состояния внешней среды воспринимается нервной системой (колебания магнитного поля), жидкими средами организма (колебания гравитации), рецепторами кожи и сетчатки глаз (тепло, холод, свет), преобразующими внешние раздражения в нервные импульсы.
Головной и спинной мозг функционирует в режиме непрерывной автоматической перестройки. Мозг постоянно получает информацию об изменении внутренних и внешних условий, анализирует силу и характер раздражений, осуществляет синтез всех сигналов, формирует ответные реакции и обеспечивает оперативное изменение деятельности различных органов и систем (эндокринной, сердечно-сосудистой, дыхательной, мышечной и др.) и всего организма в целом.
Все процессы имеют ритмическую организацию. Они протекают в режиме автоколебаний, обеспечивающих согласование процессов между собой и с условиями существования. Целостный организм представляет собой единую автоколебательную систему, в которой все процессы закономерно изменяются во времени.
Согласованность колебательных процессов на клеточном, органном и системном (нервная, эндокринная, сердечно-сосудистая, пищеварительная и другие системы) уровнях обеспечивает нормальную работу организма как целого.
И при этом человек – часть общей картины Солнечной системы и подчиняется всем ее законам. И в первую очередь, закону смены дня и ночи и закону смены сезонов, которые напрямую связаны с вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца.
Живой мир и ритмы
Эта зависимость хорошо прослеживается на примере растений и животного мира, которые учитывают суточное и сезонное вращение Земли.
Еще в начале XVIII века французский ботаник Анри Луи Дюамель дю Монсо, проводя опыты с гелиотропом, обнаружил удивительную особенность: листья растения к восходу Солнцу поднимались вверх, а к закату опускались. Он установил растение в темной комнате, куда не пробивался солнечный свет, где постоянно были сумерки. И что же? Растение четко выполняло заложенную в нем программу. Как по часам листья вовремя поднимались и вовремя опускались вниз. Подобное явление Дюамель наблюдал и с фасолью. Вывод, который был сделан, таков: растения фиксируют суточное изменение.
Оставалось непонятным, каким образом растения определяли продолжительность светового дня, если смены дня и ночи в темной комнате для них не было.
Это же касается и сезонных изменений, ибо все мы знаем, как вовремя деревья сбрасывают свою листву с наступлением осени.
Хорошим примером учета сезонных изменений являются птицы. Например, зяблик (в переводе это слово означает «холостяк») прилетает к нам ранней весной, когда еще лежит снег. Прилетают только самцы, ибо самкам пока еще нечего делать, да и нечего есть. И этот маленький комочек никогда не ошибется и не прилетит осенью, ибо он «знает», когда весна обязательно придет.
Кстати, по птицам и растениям можно определять и время, правда, с некоторой неточностью. Знакомый нам зяблик начинает свою первую песню с 2-х часов ночи до 2 часов 30 минут, а малиновка – с 3 до 4 часов утра. Шиповник, например, раскрывает свои бутоны с 5 до 6 часов утра, а «укладывается спать» с 20 до 21 часа.
Наблюдение за миром растений и животных позволило сделать принципиально важный вывод: процессы, происходящие в мире растений и животных, – это периодические процессы. Следовательно, есть некие биологические часы, которые регулируются светом и практически не зависят от температуры. Именно по ним мир растений и животных регулирует свою жизнь. Но что они собой представляют и где находятся, оставалось неизвестным. Надо было найти «маятник» в биологических процессах (маятник олицетворяет ход времени в часах), который должен был быть высокочастотным. То есть надо было найти высокочастотный биохимический процесс, реагирующий на свет и не зависящий от температуры.
В XX веке начался интенсивный поиск часового механизма в человеке. И начался он с изучения колебательных химических процессов.
Химические колебания
Скорее всего, первые открытия химических колебаний носили случайный характер в работах ученых Древней Греции и Китая, а также алхимиков средневековой Европы.
Одна из первых публикаций по химическим колебаниям относится к 1828 году. В ней Т. Фехнер изложил результаты исследования колебаний электрохимической реакции. В 1833 году В. Гершель опубликовал подобное исследование колебаний каталитической гетерогенной реакции. Наиболее интересна публикация М. Розеншельда в 1834 году.
Ее автор совершенно случайно заметил, что небольшая колба, содержащая немного фосфора, в темноте испускает довольно интенсивный свет. В самом факте свечения фосфора не было ничего удивительного, но то, что это свечение регулярно повторялось каждую седьмую секунду, было интересно. В публикации Розеншельда приводилось детальное исследование мерцаний колбы.
Сорок лет спустя эти эксперименты с «мерцающей колбой» продолжил француз М. Жубер (1874 год). Ему удалось наблюдать в пробирке периодическое образование «светящихся облаков». Еще через 20 лет, и снова в Германии, А. Центнершвер исследовал влияние давления воздуха на периодические вспышки фосфора. В его экспериментах период вспышек начинался с 20 секунд и уменьшался с понижением давления. В то же время в Англии Т. Торп и А. Таттон наблюдали в запаянном стеклянном сосуде периодические вспышки реакции окисления триокиси фосфора.
Из теории колебаний известно, что для возникновения незатухающих колебаний, то есть автоколебаний, необходимы три условия: приток энергии или вещества, нелинейность протекающих в системе процессов и существование в ней обратных связей.
Всем этим условиям удовлетворяют химические открытые системы, которые обмениваются с окружающей средой энергией и материей, имеют обратные связи и нелинейности, хотя и скрытые на первый взгляд.
В 1928 году на Съезде русских физиков выступил с докладом молодой ученый, аспирант Московского университета А. А. Андронов. Доклад назывался «Предельные циклы Пуанкаре и теория колебаний».
А. А. Андронов предложил для исследования колебаний использовать математический аппарат теории дифференциальных уравнений, основы которой в конце XIX века разработал выдающийся французский физик и математик Анри Пуанкаре. Заслуга А. А. Андронова состояла в том, что он привлек этот новый для того времени математический подход для изучения физических периодических колебаний. Его интересовали нелинейные колебания, способные сохранять свою самостоятельность или независимость от внешней среды. Такие колебания, названные А. А. Андроновым «автоколебаниями», стали предметом многочисленных исследований, завершившихся созданием теории нелинейных колебаний.
В 1929 году Андронов опубликовал в Париже небольшую статью, в которой в качестве примеров автоколебаний среди прочих приводятся и периодические реакции в химии.
В 1938 году вышла в свет замечательная книга Ф. М. Шемякина и П. Ф. Михалева «Физико-химические периодические процессы», в которой главное внимание, как отмечали сами авторы, уделялось химическим периодическим процессам.
Словом, к концу 30-х годов прошлого столетия был накоплен большой теоретический материал по периодическим физико-химическим процессам. Существовало сотрудничество физиков с химиками по вопросам химических колебаний, физики были не только осведомлены о химических колебаниях, но даже имели к ним вполне серьезное отношение.
В 1947 году в Институте химической физики И. Е. Сальниковым была представлена к защите диссертация на тему «К теории периодического протекания гомогенных химических реакций», которая с громким треском провалилась. И провалилась на том основании, что она «преждевременна». Обсуждение прошло настолько бурно, что не оставалось никаких шансов на успешную защиту в этом институте.
Год спустя Сальников успешно защитил отвергнутую столичными химиками диссертацию в Горьковском университете [3].
Словом, к середине прошлого столетия колебательные химические процессы были хорошо исследованы теоретически! Научный мир жаждал экспериментальных результатов.
Реакция Белоусова – Жаботинского
В 1951 году появились экспериментальные результаты. Советский химик Борис Павлович Белоусов сумел организовать колебательную реакцию, протекающую с неорганическими веществами, которую просто было осуществить и просто изучить.