Магнитная восприимчивость организмов - Павлович С.А.
Скачать (прямая ссылка):
Спиновые моменты 8 ионов Fe3+, расположенных в тетраэдрических позициях, направлены противоположно спиновым моментам 8 ионов Fe3+, занимающих октаэдрические позиции, и упорядочены антиферромагнитно. Эти моменты компенсируют друг друга, и ионы Fe3+ не вносят своего вклада в суммарную намагниченность всего твердого тела. Она определяется магнитными моментами 8 ионов Fe2+, ориентированных в одном направле-
"нии. Таким образом, суммарная намагниченность тела ¦обусловлена неполной компенсацией спиновых систем антиферромагнитного упорядочения.
Намагниченность насыщения для Fe304 подсчитывается следующим образом. Каждый ион железа Fe2+ обладает суммарным моментом, равным 4 магнетонам Бора. Ребро элементарного куба Рез04, по данным рентгеноструктурного анализа, равно 8,37 А. Следовательно, магнетит имеет в целом 4Х8/(8,37-10~10)3 магнетона Бора на 1 м3, а М = 0,5-106 Ампер-виток/м. В двойном феррите ионы металла занимают в решетке те же позиции, что ионы Fe2+, и все их моменты параллельны друг другу. Отсюда легко вычислить суммарную намагниченность любого феррита. Например, намагниченность феррита NiFe204 составляет ~0,25-166 Ампер-виток/м.
Следовательно, все разнообразие магнитных свойств элементов и соединений объясняется особенностями взаимодействия орбитальных и спиновых моментов электронов. В зависимости от ориентации спинов, их упорядоченности, скомпенсированности спиновых моментов и свободной энергии системы вещества проявляют неодинаковую спонтанную намагниченность, по-разному ведут себя в магнитном поле и при изменении энергетического состояния под действием внешней температуры. Так, диамагнетизм, присущий почти всем веществам, особенно органическим, составляющим основу биологических объектов, не зависит от температуры, диамагнетики при намагничивании выталкиваются из внешнего магнитного поля, в то время как парамагнетики под действием магнитного поля втягиваются в него, увеличивая его своей намагниченностью, которая зависит от температуры, т. е. свободной энергии системы. Особое состояние парамагнетизма обнаруживается у ферромагнетиков и антиферромагнетиков, которые представляют собой своеобразные кристаллы, имеющие доменную структуру, характеризующиеся спонтанной намагниченностью, очень легкой намагничиваемостью со смещением доменов и спинов внутри них, что в свою очередь сопровождается изменением их размера, формы и магнитной восприимчивости. Можно допустить, что живая система содержит ионные соединения металлов и металлоидов, аналогичных ферримагнетикам, которые тоже обладают ферромагнитными свойствами.
- 2
ГЛАВА
ПРИРОДА БИОМАГНЕТИЗМА
Со времен М. Фарадея известно, что диамагнетизм клеток, органов и тканей — величина очень непостоянная, значительно варьирующая у разных видов организмов. Логично было предположить, что степень намагничиваемое™ биологических объектов должна определяться соотношением содержащихся в них диа- и парамагнитных веществ или элементов, а применительно к живой системе — типом метаболизма и характером биохимических реакций (Дубров, 1974; Холодов, 1975). В общих чертах такую концепцию биомагнетизма принимал в расчет П. В. Савостин (1937), объясняя магниторостовые реакции у растений.
Прямое измерение магнитной восприимчивости биомассы истинных дрожжей, кишечной палочки и вульгарного протея, проведенное Е. Bauer, A. Raskin (1936), выявило возрастание диамагнетизма у погибших микробов и непосредственную связь биомагнетизма с обменом веществ. Правда, изложенные в резюме результаты этих исследований не дают какого-либо представления об истинной величине диамагнетизма у бактерий и говорят лишь о том, что магнитная восприимчивость живых и мертвых микробов различна и не зависит от способа разрушения клеток (разбивание, повторное замораживание и оттаивание).
В 1960 г. А. Сент-Дьёрдьи, объясняя эффект Пастера, т. е. механизм перехода дрожжей от ферментации глюкозы к окислению при смене анаэробиоза на аэробиоз, предположил, что сдвиг баланса производства энергии дрожжевых клеток зависит от возмущения электромагнитного поля и парамагнитную составляющую надо искать среди продуктов биологического окисления. С этой целью предлагалось измерить магнитную восприимчивость аэробов, живых размножающихся клеток и
сравнить ее с восприимчивостью анаэробов и погибших; клеток.
Поставленные в этом аспекте исследования В. Н. Жолкевича и др. (1971) полностью подтвердили предсказания Сент-Дьёрдьи. Измеренная методом М. Фарадея магнитная восприимчивость тионовых бактерий Thiobacillus thiooxidans, окисляющих тиосульфат кислородом, корней, листьев и семян высших растений оказалась большей, чем у факультативных и облигатных анаэробов Saccharomycod.es tudvigi и Clostridium butyricum. При убивании аэробных бактерий и растительных клеток их диамагнетизм возрастал. Так, например, у отмерших высших растений он увеличивался более чем в два раза. Магнитная восприимчивость убитых факультативно анаэробных дрожжей снижалась незначительно, а у погибших клостридий с облигатно анаэробным типом обмена и у вируса табачной мозаики, лишенного энергообмена, не изменялась. Кроме того, авторы показали, что парамагнитная составляющая магнитной восприимчивости растущей клетки положительно коррелирует с энергетической эффективностью окисления, а не с интенсивностью обмена вообще.
