Представлен анализ проблемы, которая долго неоднозначно принимается научным сообществом. Стимулирующее влияние слабых воздействий на биологические системы разнообразных химических и физических факторов, ингибирующих эти системы при больших концентрациях или дозах, было обнаружено очень давно. Первые эксперименты, показывающие в малых дозах стимулирующее влияние различных химических соединений на развитие разнообразных биологических объектов, были опубликованы еще в конце XIX века. Этот феномен был назван гормезисом. Позднее стимулирующее воздействие аналогичного характера было обнаружено и для ионизирующего излучения и было названо радиационным гормезисом. На различных биологических моделях было показано, что, зависимость ответа на уменьшающуюся концентрацию активного вещества или дозу облучения имеет немонотонный характер и может характеризоваться несколькими экстремумами. При исследовании действия слабых неионизирующих электромагнитных полей также были обнаружены немонотонные эффекты, зависящие от интенсивности и частоты электромагнитных полей, в том числе естественного происхождения. Со второй половины 1970-х годов появляется нарастающий поток работ в которых исследуется широкий диапазон концентраций действующих биологически активных веществ на различные функции биологических и модельных систем. Более того, исследования физико-химических характеристик водных растворов в области малых и сверхмалых концентраций, проведенные в нашей стране и за рубежом, убедительно показывают появление аналогичных закономерностей. Качественной сходство биологических ответов на слабые воздействия различной природы, а также неклассическое проявление физико-химических свойств разбавленных растворов вынуждает к поиску единой причины наблюдаемых эффектов, вероятным кандидатом которой является вода.

Можно считать уже надежно установленным, что неклассическое поведение разбавленных водных растворов связано с образованием мезочастиц размером порядка сотни нанометров. Во многих случаях образование мезочастиц не наблюдается при выдерживании образцов водных растворов в условиях ослабленного магнитного поля Земли. Нами впервые была показана высокая корреляция между физическими характеристиками сильно разбавленных растворов и биологическим откликом одноклеточных, что было затем подтверждено другими исследователями. Наблюдаемые эффекты выходят за рамки классических представлений о растворах, что приводит к необходимости внимательного изучения свойств воды. В действительности реальная вода даже в лабораторных условиях является раствором и практически всегда неравновесна, что подробно описано в [1]. Природа гетерогенности разбавленных водных растворов и состав регистрируемых мезочастиц все еще не ясны. Наиболее вероятным кандидатом на эту роль являются нанопузырьки или их комплексы, стабилизированные ионами, находящимися в растворе [2]. Спонтанное или индуцированное внешними механическими и другими воздействиями схлопывание этих пузырьков влечет за собой эффекты кумуляции энергии в малом объеме, приводящие к высокоэнергетическим процессам. В результате генерации электронов появляются активные формы кислорода, азота, углекислого газа, регистрируемые в эксперименте даже при выдерживании воды при повышенной температуре [3]. Инициаторами таких процессов могут также служить источники естественного ионизирующего излучения на Земле. Как пример, появления активных форм кислорода регистрируются в виде повышенного содержания перекиси водорода в поверхностных водах океана и в изменении окислительно-восстановительного потенциала в микрокаплях тумана и облаков [4]. Ясно, что в присутствие биологически активных веществ в растворе будут происходить еще более сложные химические процессы существенные для живых организмов и модельных систем.

Технология приготовления растворов малых и сверхмалых концентраций предполагает итерационную процедуру разбавления раствора с последующим интенсивным механическим воздействием. Измерения высокочастотного импеданса свидетельствуют о немонотонном сложном изменении электропроводности растворов с увеличением числа итераций разбавления. Качественный характер немонотонной зависимости сохраняется при степенях разбавления, при которых понятие концентрации теряет смысл. Этот результат подкрепляется экспериментом, в котором была использована эта технология разбавления воды первого класса без добавления каких-либо веществ. В результате была получена аналогичная немонотонная зависимость электропроводности от числа итераций разбавления [5]. Полученные и частично описанные результаты свидетельствуют о процессах самоорганизации в сложной неравновесной системе, называющейся вода и преобразующей слабые воздействия разной природы в активные химические соединения.



1. В.И. Лобышев. Биологическая активность растворов веществ в малых

и сверхмалых концентрациях. Биофизика, 2022, том 67, №4, с.658-670. DOI: 10.31857/S0006302922040044

2. Бункин Н.Ф., Бункин Ф.В. Бабстонные структуры воды и водных растворов электролитов. УФН, 2016, т.186, №9, с. 933-952

3. Bruskov V.I., A. V. Chernikova A.V., Ivanova V.E., Karmanova E.E., and S. V. Gudkov S.V. Formation of the Reactive Species of Oxygen, Nitrogen, and Carbon Dioxide in Aqueous Solutions under Physical Impacts, Physics of Wave Phenomena, 2020, Vol. 28, No. 2, pp. 103–106

4. Xu Yuan, Dongmei Zhang, Chiyu Liang, and Xinxing Zhang. Spontaneous Reduction of Transition Metal Ions by One Electron in Water Microdroplets and the Atmospheric Implications. Journal of the American Chemical Society. Article ASAP, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c00037

5. V. I. Lobyshev, Evolution of High-Frequency Conductivity of Pure Water Samples Subjected to Mechanical Action: Effect of a Hypomagnetic Filed. Physics of Wave Phenomena, 2021, Vol. 29, No. 2, pp. 98–101, 2021

The analysis of the problem, which has long been ambiguously accepted by the scientific community, is presented. The stimulating effect of weak impacts on biological systems of various chemical and physical factors that inhibit these systems at high concentrations or doses was discovered a long time ago. The first experiments showing in small doses the stimulating effect of various chemical compounds on the development of various biological objects were published at the end of the XIX century. This phenomenon was called hormesis. Later, a stimulating effect of a similar nature was found for ionizing radiation and was called radiation hormesis. It was on various biological models that the dependence of the response to the decreasing concentration of the active substance or the radiation dose has a non-monotonic character and can be characterized by several extremes. When studying the effects of weak non-ionizing electromagnetic fields, non-monotonous effects were also found, depending on the intensity and frequency of the fields, including those of natural origin. Since the second half of the 1970s, there has been an increasing stream of studies in which a wide range of concentrations of active biologically active substances on various functions of biological and model systems is being investigated. Moreover, studies of the physico-chemical characteristics of aqueous solutions in the field of small and ultra-small concentrations, conducted in our country and abroad, convincingly show the appearance of similar patterns. The similarity of biological responses to weak impacts of different nature, as well as the non-classical manifestation of the physical-chemical properties of dilute solutions, forces us to search for a single cause of the observed effects, the likely candidate of which is water.

It can be considered reliably established that the non-classical behavior of dilute aqueous solutions is associated with the formation of mesoparticles of a hundred’s nanometers in size. In many cases, the formation of mesoparticles is not observed when holding samples of solutions in conditions of a weakened magnetic field of the Earth. For the first time, we showed a high correlation between the physical characteristics of highly diluted solutions and the biological response of unicellular ones, which was then confirmed by other researchers. The observed effects go beyond the classical concepts of solutions, which leads to the need for careful study of the properties of water. In fact, real water is a solution even at laboratory conditions and is always nonequilibrium, which is detailed in [1]. The nature of the heterogeneity of dilute aqueous solutions and the composition of the recorded mesoparticles are still unclear. The most likely candidate for this role are nanobubbles or their complexes stabilized by ions in solution [2]. Spontaneous or induced by external mechanical and other impacts, the collapse of these bubbles entails the effects of energy accumulation, leading to high-energy processes. Because of electron generation, reactive forms of oxygen, nitrogen, and carbon dioxide appear which are recorded in the experiment even when water is kept at an elevated temperature [3]. The initiators of such processes can also serve as sources of natural ionizing radiation on Earth. As an example, the appearance of an increased amount of hydrogen peroxide is recorded in the surface waters of the ocean and in a change in the redox potential in microdroplets of fog and clouds [4]. It is clear that in the presence of biologically active substances in the solution, even more complex chemical processes essential for living organisms and model systems will occur.

The technology of preparation of solutions of small and ultra-small concentrations involves an iterative procedure of dilution followed by intensive mechanical impact. Measurements of the high-frequency impedance indicate a non-monotonic complex change in the conductivity of solutions with an increase in the number of dilution iterations. The qualitative nature of the non-monotonous dependence persists at dilution steps, at which the concept of concentration loses its meaning. This result is supported by an experiment in which the first-class water dilution technology was used without adding any substances. As a result, a similar non-monotonous dependence of conductivity on the number of dilution iterations was obtained [5]. The results obtained and partially described indicate the processes of self-organization in a complex nonequilibrium system called water and transforming weak impacts of various nature into active chemical compounds.

1. V.I. Lobyshev. Biological Activity of Solutions of Substances at Low and Ultra Low Concentrations. Biophysics, 2022, Vol. 67, No4, pp. 523-533. DOI: 10.1134/S0006350922040145

2. Bunkin N.F., Bunkin F.V. Bubston structure of water and electrolyte aqueous solutions. Physics–Uspekhi, 2016, Volume 59, Issue 9, Pages 846–865. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.2016.05.037796

3. Bruskov V.I., A. V. Chernikova A.V., Ivanova V.E., Karmanova E.E., and S. V. Gudkov S.V. Formation of the Reactive Species of Oxygen, Nitrogen, and Carbon Dioxide in Aqueous Solutions under Physical Impacts, Physics of Wave Phenomena, 2020, Vol. 28, No. 2, pp. 103–106

4. Xu Yuan, Dongmei Zhang, Chiyu Liang, and Xinxing Zhang. Spontaneous Reduction of Transition Metal Ions by One Electron in Water Microdroplets and the Atmospheric Implications. Journal of the American Chemical Society. Article ASAP, 2023.DOI: 10.1021/jacs.3c00037

5. V. I. Lobyshev, Evolution of High-Frequency Conductivity of Pure Water Samples Subjected to Mechanical Action: Effect of a Hypomagnetic Filed. Physics of Wave Phenomena, 2021, Vol. 29, No. 2, pp. 98–101, 2021