© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
«XXI ВЕК»
БИОСФЕРА
МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ НАУЧНЫЙ И ПРИКЛАДНОЙ ЖУРНАЛ
ПО ПРОБЛЕМАМ ПОЗНАНИЯ И СОХРАНЕНИЯ БИОСФЕРЫ
И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ РЕСУРСОВ
Том 7
№ 2
Санкт-Петербург
2015
BIOSPHERE
INTERDISCIPLINARY JOURNAL OF BASIC AND APPLIED SCIENCES
DEDICATED TO COMPREHENSION AND PROTECTION OF THE BIOSPHERE
AND TO USAGE OF RESOURCES THEREOF
Saint Petersburg
2015
Vol. 7
No. 2
Стр.1
Президент Фонда научных исследований «XXI век»:
Главный редактор:
Заместитель главного редактора:
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
А.И. Новиков
Э.И. Слепян
А.Г. Голубев
(Санкт-Петербург)
(Санкт-Петербург)
(Санкт-Петербург)
Российское представительство в редакционной коллегии
В.Н. Большаков (Екатеринбург)
Г.Г. Онищенко (Москва)
Почетные члены редакционной коллегии
T.Г. Авдеева (Москва)
А.В. Адрианов (Владивосток)
С.М. Алексеев (Москва)
В.Р. Болов (Москва)
Л.Я. Боркин (Санкт-Петербург)
Ю.С. Васильев (Санкт-Петербург)
Э.М. Галимов (Москва)
В.И. Данилов-Данильян (Москва)
Ю.Ю. Дгебуадзе (Москва)
В.А. Драгавцев (Санкт-Петербург)
Г.В. Жижин (Санкт-Петербург)
М.Ч. Залиханов (Москва)
И.А. Захаров-Гезехус (Москва)
Л.А. Ильин (Москва)
А.С. Исаев (Москва)
Г.А. Исаченко (Санкт-Петербург)
А.И. Кривченко (Санкт-Петербург)
Л.А. Кудерский (Санкт-Петербург)
А.П. Кудрявцев (Москва)
Ю.К. Новожилов (Санкт-Петербург)
Н.Н. Марфенин (Москва)
В.И. Осипов (Москва)
Г.В. Осипов (Москва)
К.М. Петров (Санкт-Петербург)
Ю.А. Рахманин (Москва)
В. Реген (Санкт-Петербург)
Г.С. Розенберг (Тольятти)
Р.Б. Рыбаков (Москва)
В.Б. Сапунов (Санкт-Петербург)
А.В. Селиховкин (Санкт-Петербург)
Г.А. Софронов (Санкт-Петербург)
С.А. Степанов (Москва)
М.Д. Уфимцева (Санкт-Петербург)
М.А. Федонкин (Москва)
М.П. Федоров (Санкт-Петербург)
М.В. Флинт (Москва)
А.И. Фокин (Москва)
В.Т. Ярмишко (Санкт-Петербург)
Международный редакционный совет
И. Алитало (Финляндия)
Я. Бадридзе (Грузия)
Д. Беккулова (Киргизия)
О. Брейдбах (Германия)
С. Вассер (Израиль)
Р. Гаглоев (Южная Осетия)
Ф. Гаджи-заде (Азербайджан)
М. Гашкова (Чехия)
М. Голубовский (США)
Верстка: Т.А. Слащева
Корректор: Н.А. Натарова
О. Голуша (Чехия)
Ч. Дугаржав (Монголия)
Ю. Канн (Эстония)
А. Карабанов (Беларусь)
М. Клявинш (Латвия)
В. Контримавичус (Литва)
А. Мелдебеков (Казахстан)
З. Миквабия (Абхазия)
Я. Олексин (Польша)
А. Петков (США)
А. Рафиков (Узбекистан)
Э. Рохинсон (США)
А. Сагателян (Армения)
С. Сатторов (Таджикистан)
Ф. Фурдуй (Молдавия)
О. Чертов (Германия)
В. Чехун (Украина)
П. Эсенов (Туркменистан)
Администратор сайта: Е.А. Говорушко
Логотип: О.Г. Бурова
Адрес редакции: 197110, Санкт-Петербург, Большая Разночинная ул., д. 28; Тел./факс: (812) 415-41-61
Эл. почта: biosphaera@21mm.ru
Электронная версия: http://www.biosphere21century.ru (ISSN 2077-1460)
Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций: ПИ № ФС77-32791 от 08 августа 2008 г.
II
Стр.2
EDITORIAL BOARD
President of XXI Century Research Foundation
Editor-in-Chief
Deputy Editor-in-Chief
A.I. Novikov
E.I. Slepyan
A.G. Golubev
(Saint-Petersburg)
(Saint-Petersburg)
(Saint-Petersburg)
RUSSIAN REPRESENTATION
V.N. Bolshakov (Yekaterinburg)
G.G. Onischenko (Moscow)
Honorary Members of the Editorial Board
T.G. Avdeyeva (Moscow)
A.V. Adrianov (Vladivostok)
S.M. Alexeyev (Moscow)
V.R. Bolov (Moscow)
L.Ya. Borkin (Saint-Petersburg)
Yu.S.Vasiliyev (Saint-Petersburg)
E.M. Galimov (Moscow)
V.I. Danilov-Daniliyan (Moscow)
Yu.Yu. Dgebuadze (Moscow)
V.A. Dragavtsev (Saint-Petersburg)
G.V. Zhizhin (Saint-Petersburg)
M.Ch. Zalikhanov (Moscow)
I.A. Zakharov-Gezehus (Moscow)
L.A. Ylyin (Moscow)
A.S. Isayev (Moscow)
G.A. Isachenko (Saint-Petersburg)
A.I. Krivchenko (Saint-Petersburg)
L.A. Kuderskiy (Saint-Petersburg)
A.P. Kudriavtsev (Moscow)
Yu. K. Novozhilov (Saint-Petersburg)
N.N. Marfenin (Moscow)
V.I. Osipov (Moscow)
G.V. Osipov (Moscow)
K.M. Petrov (Saint-Petersburg)
Yu. A. Rakhmanin (Moscow)
V. Regen (Saint-Petersburg)
G.S. Rosenberg (Togliatti)
R.B. Rybakov (Moscow)
V.B. Sapunov (Saint-Petersburg)
A.V. Selikhovkin (Saint-Petersburg)
G.A. Sofronov (Saint-Petersburg)
S.A. Stepanov (Moscow)
M.D. Ufimtseva (Saint-Petersburg)
M.A. Fedonkin (Moscow)
M.P. Fedorov (Saint-Petersburg)
M.V. Flint (Moscow)
A.I. Fokin (Moscow)
V.T. Yarmishko (Saint-Petersburg)
FOREIGN REPRESENTATION
I. Alitalo (Finland)
Ya. Badridze (Georgia)
D. Bekkulova (Kyrgyzstan)
O. Breidbach (Germany)
S. Wasser (Israel)
R. Gagloev (South Ossetia)
F. Gadzhi-zade (Azerbaijan)
M. Haškova (Czechia)
M. Golubovsky (USA)
O. Holuša (Czechia)
Ch. Dugarjav (Mongolia)
U. Kann (Estonia)
A. Karabanov (Belarus)
M. Klavinsh (Latvia)
V. Kontrimavichus (Lithuania)
A. Meldybekov (Kazakhstan)
Z. Mikvabiya (Abkhazia)
J. Oleksyn (Poland)
A. Petkov (USA)
A. Rafikov (Uzbekistan)
E. Rokhinson (USA)
A. Sagatelian (Armenia)
S. Sattorov (Tadjikistan)
F. Furduy (Moldova)
O. Chertov (Germany)
V. Chekhun (Ukrain)
P. Esenov (Turkmenistan)
Layout: T.A. Slascheva
Proofreading: N.A. Natarova
WWW site administrator: E.A. Govorushko
Logotype: O.G. Burova
Address: 28 Bolshaya Raznochinnaya, 197110, Saint Petersburg, Russia
Phone/fax: +7(812)415-41-61; E-mail: biosphaera@21mm.ru
Online version: http://www.biosphere21century.ru (ISSN 2077-1460)
Registered by RF Federal Service for Communication and Mass Media Surveillance on 08 August 2008 as PI No FS77-32791
III
Стр.3
СОДЕРЖАНИЕ
ТЕОРИЯ
РАЗМЕРНОСТЬ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Г.В. Жижин
ЭВОЛЮЦИЯ ПАРАДИГМ НАСЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ
И ИХ ВЕДУЩАЯ РОЛЬ В СОЗДАНИИ ИННОВАЦИОННЫХ
СЕЛЕКЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В.А. Драгавцев, С.И. Малецкий
ПРАКТИКА
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В РАЙОНЕ ПАДЕНИЯ
ОТДЕЛЯЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ «СОЮЗ»
НА ТЕРРИТОРИИ СЕВЕРНОГО УРАЛА
В.Н. Большаков, И.А. Кузнецова
ВОЗДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ
ФАКТОРОВ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ
БАШКИРСКОГО ЗАУРАЛЬЯ
М.Г. Опекунова, В.В. Сомов, Ю.С Сокульская,
С.Ю. Кукушкин, Л.Ю. Цапарина, Э.Э. Папян
БИОРЕМЕДИАЦИЯ ПОЧВ:
ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА
М.И. Янкевич, В.В. Хадеева, В.П. Мурыгина
ПРИРОДА
БОРЩЕВИКИ (род Heracleum L): PRO ET CONTRA
К.Г. Ткаченко
ОБЩЕСТВО
ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ БИОСФЕРЫ
Г.Г. Оганезова
ЗДРАВООХРАНЕНИЕ
ИНФЕКЦИЯ HELICOBACTER PYLORI – ГЛОБАЛЬНАЯ
ПРОБЛЕМА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ
А.Б. Жебрун
НАУКА О ЛЕКАРСТВЕННЫХ ШЛЯПОЧНЫХ ГРИБАХ:
СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ, ДОСТИЖЕНИЯ,
ДОКАЗАТЕЛЬСТВА И ВЫЗОВЫ
C.П. Вассер
НАСЛЕДИЕ
А.С. ФАМИНЦЫН И В.И. ВЕРНАДСКИЙ:
СОВМЕСТНЫЙ ПРОЕКТ, ЕГО РЕАЛИЗАЦИЯ
К.В. Манойленко
ПЕРВЫЙ КЛАСТЕР ВУЗОВ РОССИИ ПО ОХРАНЕ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Ю.С. Васильев
ПРИЛОЖЕНИЕ
Сведения об авторах
.....i.....
.....249.....
.....255.....
.....227.....
.....238.....
.....220.....
.....209.....
.....169.....
.....181.....
.....199.....
.....IV.....
.....149.....
.....155.....
CONTENTS
THEORY
THE DIMENSIONALITY OF SUPRAMOLECULAR COMPOUNDS
G.V. Zhizhin
THE EVOLUTION OF PARADIGMS OF HEREDITY AND DEVELOPMENT
AND THEIR LEADING ROLE
IN DESIGNING OF INNOVATIVE BREEDING TECHNOLOGIES
V.A. Dragavtsev, S.I. Maletskiy
PRACTICE
ENVIRONMENTAL MONITORING IN THE AREA OF FALLING OF
THE DETACHABLE PARTSOF CARRIER ROCKET SOYUZ
IN NORTHERN URALS
FACTORS ON THE ELEMENT COMPOSITION OF PLANT SPECIES
IN BASHKIRIAN TRANSURAL REGION
BIOREMEDIATION OF SOILS:
M.I. Yankevich, V.V. Khadeyeva, V.P. Murygina
NATURE
YESTERDAY, TODAY AND TOMORROW
GIANT HOGWEEDS (GENUS HERACLEUM L): PRO ET CONTRA
K.G. Tkachenko
SOCIETY
THE LEGAL FOUNDATIONS OF THE BIOSPHERE
G.H. Oganezova
PUBLIC HEALTH
HELICOBACTER PYLORI INFECTION
AS A GLOBAL HEALTH-CARE PROBLEM
A.B. Zhebrun
MEDICINAL MUSHROOM SCIENCE:
CURRENT PROSPECTS, ADVANCES, EVIDENCES,
AND CHALLENGES
S.P. Wasser
HERITAGE
A.S. FAMINTSYN AND V.I. VERNADSKY: THEIR JOINT PROJECT
AND ITS REALIZATION
K.V. Manoylenko
THE FIRST CONSORTIUM OF RUSSIAN COLLEGES INVOLVED IN
ENVIRONMENTAL PROTECTION
Yu.S. Vasil’yev
APPENDICES
Author references
V.N. Bolshakov, I.A. Kuznetsova
THE INFLUENCE OF NATURAL AND ANTHROPOGENIC
M.G. Opekunova, V.V. Somov, Yu.S. Sokulskaya, S.Yu.
Kukushkin, L.Yu. Tsaparina, E.E. Papian
Журнал «Биосфера»
входит в Перечень российских рецензируемых научных журналов,
в которых должны быть опубликованы основные научные результаты
диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук
Правила подачи, оформления и рассмотрения рукописей
см. на сайте журнала http://biosphere21century.ru
IV
Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Áèîñôåðà», 2015, ò. 7, ¹ 2
Стр.4
ТЕОРИЯ
УДК 513.0 553.21
СОЕДИНЕНИЙ
Г.В. Жижин
Участник проекта «Сколково» ООО «АДАМАНТ», Санкт-Петербург, Россия
Эл. почта: genzhizhin@gmail.com
Статья поступила в редакцию 17.03.2015; принята к печати 13.05.2015
Рассмотрены геометрические особенности супрамолекулярных соединений, важных для функционирования живых систем. Показано,
что они имеют размерность больше 3.
Ключевые слова: супрамолекулярные соединения, размерность, политоп, гемоглобин, хлорофилл.
THE DIMENSIONALITY OF SUPRAMOLECULAR COMPOUNDS
G.V. Zhizhin
OOO “ADAMANT” participant in the Project “Skolkovo”, Saint Petersburg, Russia
E-mail: genzhizhin@gmail.com
The geometric features of supramolecular compounds known to be important for biological systems are considered to show that the
dimensionality of the compounds is higher than three.
Keywords: supramolecular compounds, dimensionality, polytope, hemoglobin, chlorophyll.
ВВЕДЕНИЕ
Впервые термин «супрамолекулярная химия» был
введен в 1978 г. лауреатом Нобелевской премии ЖанМари
Леном и определен как «химия за пределами
молекулы, описывающая сложные образования,
которые являются результатом ассоциаций двух
(или более) химических частиц, связанных вместе
межмолекулярными силами» [9]. Супрамолекулярные
соединения представляют собой сложные конструкции
заданной архитектуры. Они строятся самопроизвольно
из комплементарных компонентов.
Среди этих компонентов выделяются «хозяин» –
большая молекула, имеющая внутреннюю полость,
и «гость» – соединение, помещаемое в эту полость.
Истоки супрамолекулярной химии лежат в химии
живых организмов [3]. Супрамолекулярные хозяева
в биологической химии – это рецепторные участки
ферментов, ионов, антител иммунной системы, а гости
– это субстраты, ингибиторы, медицинские препараты.
Молекулярно-биологические системы – это
совершенные супрамолекулярные соединения, обладающие
способностью к распознаванию, самосборке
и самоорганизации. Моделирование процессов в таких
системах имеет большое значение для понимания
этих процессов и возможностей их использования
в медицинских целях.
В настоящее время супрамолекулярные соединения
делятся на два класса в зависимости от соотношений
между молекулами хозяина и гостя [6].
Кавитанды могут быть описаны как хозяева с внутримолекулярными
полостями, способные связывать
гостя внутри этих полостей. Клатранды – хозяева
с межмолекулярными полостями. Агрегат хозяингость,
образованный кавитандом, называют кавитатом,
а клатранды образуют клатраты. В современной
литературе наблюдается тенденция называть все
эти соединения словом комплекс.
Для того чтобы хозяин мог связывать гостя, он
должен иметь центры связывания с подходящими
© 2015: Г.В. Жижин; ФНИ «XXI век»
РАЗМЕРНОСТЬ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ
электронными характеристиками (полярность, эффективность
донора и т. д.). Более того, центры связывания
должны быть размещены в молекуле хозяина
таким образом, чтобы обеспечить их взаимодействие
с гос тем. Если хозяин удовлетворяет всем этим требованиям,
то говорят, что он комплементарен гостю.
Супрамолекулярная химия начиналась с изучения
связывания катионов металлов макроциклическими
лигандами, называемых криптандами. Криптанды
совместно с ионами металлов образуют очень прочные
комплексы криптаты, в которых ион металла
прочно экранируется окружающими атомами акцептора
(хозяина).
При рассмотрении молекул с внутренними полостями
по умолчанию полагают, что они суть трехмерные
образования [3]. Однако в работах автора [2,
15], например, было доказано, что молекула адамантана
С10
с достаточно большой внутренней полостью
имеет размерность 4. Доказательство проводилось с
помощью построения сечений политопа на 10 атомах
углерода как вершинах политопа с учетом естественного
расположения атомов углерода в элементарной
ячейке алмаза и естественно возникающих
при этом построении. При таком подходе оказалось,
что числа элементов различной размерности удовлетворяют
уравнению Эйлера [11, 8] для политопа
размерности 4. Существование локальной области
с размерностью пространства, отличной от размерности
окружающего пространства, не противоречит
принципам неевклидовой геометрии, допускающей
существование неоднородного пространства [1, 4].
Известно определение выпуклого политопа как пересечения
конечного числа полупространств [8, 14].
Причем существенным в этом определении является
условие ограниченности политопа как выпуклой оболочки
конечного числа точек, называемых вершинами
политопа. Однако данное определение политопа
как ограниченного многообразия точек получено с
помощью введения бесконечных полупространств.
Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Áèîñôåðà», 2015, ò. 7, ¹ 2
149
Стр.5
ТЕОРИЯ
В этом можно видеть противоречие данного определения.
По Б. Риману [4] n-мерный политоп как
n-мерная протяженность определяется без введения
бесконечных пространств. Даже более того, бесконечность
пространства явно противоречит представлениям
Б. Римана о n-мерной протяженности. При
ее определении Б. Риман изначально рассматривает
некоторую конечную область, и в качестве признака
n-мерности многообразия положение на этом многообразии
характеризуется изменением n одномерных
(простых) протяженных величин. Далее мы будем
придерживаться определения геометрических фигур
n-мерной протяженности согласно с Б. Риманом.
При рассмотрении структуры политопа как ограниченного
многообразия будем использовать результаты
более поздних исследований [7, 8, 10, 13] и др.
Так как политоп любой конечной размерности есть
ограниченное многообразие точек, то можно ввести
понятие о границе многообразия этих точек так же,
как в топологии вводится понятие о границе множества
точек А [5]. Согласно этому определению, точка
n-мерного множества A называется граничной, если
ее окрестность имеет как точки множества А, так и
точки, не принадлежащие множеству А (внешние
по отношению к множеству А). С учетом того, что
мы рассматриваем n-мерное многообразие, такому
определению граничных точек соответствуют прежде
всего точки двумерных граней политопов. Это
определение граничных точек не следует смешивать
с определением граничного комплекса политопа,
введенного Б. Грюнбаумом [8], которое включает все
грани политопа размерности n – 1 и меньше. Таким
образом, в качестве границы n-мерного политопа мы
можем рассматривать замкнутую совокупность двумерных
граней, с одной стороны которой расположены
внешние точки, а с другой стороны – внутренние
точки политопа как множества точек. Причем, отказавшись
от использования полубесконечных пространств
при определении политопа, мы и внешние
к данному политопу точки не обязаны рассматривать
до бесконечности, то есть внешняя область может
быть как конечной, так и бесконечной. Кроме того,
в соответствии с этим определением размерность
непрерывного множества внешних точек не обязана
быть равной размерности множества точек политопа.
Это важно, так как множество внешних точек,
в частности, может характеризоваться изменением
одномерных величин в количестве меньшем, чем n.
В этом и будет состоять гетерогенность пространства
в противоположность представлениям геометрии
Евклида.
В данной работе в рамках изложенных представлений
рассматриваются супрамолекулярные соединения,
имеющие в своем составе молекулы с большими
полостями, и определяется их размерность. Решение
вопроса о размерности супрамолекулярных соединений
неразрывно связано с важнейшим понятием в
химии супрамолекулярных соединений – с комплементарностью
их компонентов.
Способ вычисления размерности
супрамолекулярных соединений
Супрамолекулярные соединения характеризуются,
как правило, большим количеством атомов, входящих
в соединения. Однако только некоторые атомы,
составляющие относительно небольшую часть
150
всех атомов, соединены ковалентной химической
связью. Остальные атомы связаны слабыми связями
(водородными, электростатическими и т. д.). Эти
связи мало стабильны и, подстраиваясь под особенности
молекулы гостя, служат для дополнительного
скрепления атомов хозяина и гостя. При определении
размерности пространства, ограниченного оболочкой
множества точек, являющихся атомами, необходимо
соединить эти точки ребрами. Чем больше
вершин, тем больше размерность пространства политопа
с вершинами в атомах соединения. Действительно,
если соединить каждую вершину множества
вершин со всеми остальными вершинами, то мы получим
политоп, называемый симплекс. При этом размерность
симплекса на единицу меньше числа вершин.
Межмолекулярные силы вовлекают все новые и
новые атомы в химическое соединение, распространяясь
на далекие расстояния. Если при построении
политопа учитывать все атомы супрамолекулярного
соединения, это приведет к резкому увеличению
размерности соединений. Такое положение представляется
маловероятным. В связи с этим следует
предположить, что размерность супрамолекулярных
соединений надо определять по атомам, связанным
только ковалентными химическими связями. Так как
хозяин и гость связаны межмолекулярными не ковалентными
связями, то размерность молекулы хозяина
и молекулы гостя надо определять врозь, только
по атомам хозяина и только по атомам гостя. При
этом размерности будут конечны и вычисляться по
формулам Эйлера для n-мерных политопов. При построении
политопов по заданному множеству вершин
будем ставить одно условие: из каждой вершины
данного политопа должно исходить одинаковое
число ребер. Это единственное условие однородности,
накладываемое на множество вершин. При этом
элементы одинаковой размерности в политопе могут
быть не совместимы движением.
Размерность супрамолекулярного соединения
можно считать равной размерности молекулы хозяина,
если супрамолекулярное соединение есть кавитанд,
так как в этом случае размерность гостя не может
быть больше размерности хозяина.
Размерность сферических
тетраэдрических криптатов
Селективное связывание тетраэдрических субстратов
требует создания молекул-рецепторов с тетраэдрическим
центром распознавания [3]. Это достигается
с помощью помещения центров связывания в
вершинах тетраэдров. Схема такого криптанда приведена
в [3] и показана на рис. 1.
На рис. 1 в шести вершинах октаэдра расположены
шесть атомов кислорода, а в четырех вершинах тетраэдра
– четыре атома азота.
ТЕОРЕМА 1
Размерность тетраэдрического криптанда равна 4.
Доказательство
При построении схемы тетраэдрического криптанда
на рис. 1 явно предполагалось, что пространство
криптанда трехмерно. Иначе на рис. 1 невозможно
объяснить изображение пересечения граней октаэдра
тетраэдром. Но при таком пересечении рождаются
новые вершины на гранях октаэдра, которых
Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Áèîñôåðà», 2015, ò. 7, ¹ 2
Стр.6