vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 928 10.31429/vestnik-17-4-33-42 Научная статья Original article Физика Physics О механизмах, обуславливающих влияние модификации изотопного состава сред на физические параметры гетерогенных систем About mechanisms conditing the influence of modification of the isotope composition of media on the physical parameters of heterogeneous systems Елкина А.А. Елкина Анна Анатольевна Elkina Anna A. 013194@mail.ru

аспирант кафедры теоретической физики и компьютерных технологий Кубанского государственного университета, младший научный сотрудник Научно-исследовательской части Кубанского государственного университета

 Яковенко Н.А. Яковенко Николай Андреевич Yakovenko Nikolay A. yna@phys.kubsu.ru

д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой оптоэлектроники Кубанского государственного университета

 Барышев М.Г. Барышев Михаил Геннадьевич Baryshev Mikhail G. baryshev_mg@mail.ru

д-р биол. наук, профессор РАН, профессор кафедры радиофизики и нанотехнологий Кубанского государственного университета

 Малышко В.В. Малышко Вадим Владимирович Malyshko Vadim V. intro-2@rambler.ru

канд. мед. наук, научный сотрудник лаборатории распределения стабильных изотопов в живых системах Южного научного центра РАН

 Лясота О.М. Лясота Оксана Михайловна Lyasota Oksana M. artsybashevao@mail.ru

специалист научно-исследовательской части Кубанского государственного университета

 Джимак С.С. Джимак Степан Сергеевич Dzhimak Stepan S. jimack@mail.ru

канд. биол. наук, доцент кафедры радиофизики и нанотехнологий Кубанского государственного университета

 Кубанский государственный университет, КраснодарKuban State University, Krasnodar Южный научный центр РАН, Ростов-на-ДонуFederal Research Center the Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Rostov-on-Don 27 12 2020 17 4 33 42 21 12 2020 27 12 2020 27 12 2020 Copyright (c) 2020 Елкина А.А., Яковенко Н.А., Барышев М.Г., Малышко В.В., Лясота О.М., Джимак С.С. 2020 Елкина А.А., Яковенко Н.А., Барышев М.Г., Малышко В.В., Лясота О.М., Джимак С.С. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

This paper considers an explanation of the physical mechanism of isotope fractionation associated with the predominance of a certain number of neutrons among nucleons and explaining the nonequilibrium accumulation of certain forms of stable isotopes of biogenic elements in heterogeneous systems. The change in the intensity of isotopic effects on natural heterogeneous systems occurs not only depending on the concentration of individual non-radioactive isotopes (25Mg, 29Si, 67Zn), but also their ability to form certain pairs (for example, 17O–2H, 18O–1H, 13C–18O, 12C–15N, 13C–2H, 15N–18O), through the chemical bonds of which, in addition to thermodynamic and kinetic isotope effects, neutron tunneling is realized, leading to the appearance of a paradoxical isotope effect caused by, probably by the neutron effect, which, together with the thermodynamic and kinetic components of the isotopic effect on the heterogeneous system, provides significant fluctuations in its functional activity when fractionation of a number of stable isotopes occurs. Therefore, the available facts of the selective accumulation of individual isotopes and their combinations in heterogeneous systems in comparison with the environment can serve as an indirect confirmation of the implementation of the neutron effect, which may be due to their interaction with each other.

В работе рассматривается объяснение физического механизма фракционирования изотопов, связанного с преобладанием среди нуклонов определенного количества нейтронов и объясняющего неравновесное накопление определенных форм стабильных изотопов биогенных элементов в гетерогенных системах. Причинами обнаруженного нейтронного эффекта могут являться следующие явления: взаимодействие магнитных моментов атомных ядер и валентных электронов, приводящее к изменению расстояния между ними, в том числе влияние измененного расстояния между атомами на энергию ковалентной связи между парами атомов.

 изотопный состав гетерогенные системы кислород водород углерод дейтерий нейтронный эффект isotopic composition heterogeneous systems oxygen hydrogen carbon deuterium neutron effect Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №19-44-233005). Yaglova N.V., Obernikhin S.S., Yaglov V.V., Nazimova S.V. Time-dependent effect of deuterium depletion on tumor growth and metastasis // Russian Open Medical Journal. 2020. Vol. 9. Iss. 2. P. 210. DOI: 10.15275/rusomj.2020.0210 Syroeshkin A., Levitskaya O., Uspenskaya E., Pleteneva T., Makarova M., Romaykina D., Ermakova D. Deuterium depleted water as an adjuvant in treatment of cancer // Systematic Reviews in Pharmacy. 2019. Vol. 10. Iss. 1. P. S26–S31. Basov A., Fedulova L., Baryshev M., Dzhimak S. Deuterium-depleted water influence on the isotope 2H/1H regulation in body and individual adaptation // Nutrients. 2019. Vol. 11. Iss. 8. P. 1903. DOI:10.3390/nu11081903 Basov A., Drobotenko M., Svidlov A., Gerasimenko E., Malyshko V., Elkina A., Baryshev M., Dzhimak S. Inequality in the frequency of the open states occurrence depends on single 2H/1H replacement in DNA // Molecules. 2020. Vol. 25. Iss. 16. P. 3753. DOI: 10.3390/molecules25163753 Basov A.A., Fedulova L.V., Vasilevskaya E.R., Dzhimak S. Possible mechanisms of biological effects observed in living systems during 2H/1H isotope fractionation and deuterium interactions with other biogenic isotopes // Molecules. 2019. Vol. 24. Iss. 22. P. 4101. DOI: 10.3390/ molecules2422410110.3390/molecules24224101 Елкина А.А., Тумаев Е.Н., Басов А.А., Моисеев А.В., Малышко В.В., Барышева Е.В., Чуркина А.В., Джимак С.С. Механизмы взаимодействия стабильных изотопов с биологическими объектами с учетом нескомпенсированного нейтрона в химических связях // Биофизика. 2020. Т. 65. № 5. С. 1034–1040. DOI: 10.31857/S0006302920050221 . Biofizika , 2020, vol. 65, no. 5, pp. 1034 1040. DOI: 10.31857/S0006302920050221 (In Russian)] Xie X., Zubarev R.A. Isotopic Resonance Hypothesis: Experimental Escherichia coli Growth Measurements // Scientific reports. 2015. Vol. 5. P. 9215. DOI: 10.1038/srep09215 Li X., Snyder M P. Yeast longevity promoted by reversing aging-associated decline in heavy isotope content // NPJ Aging and Mechanisms of Disease. 2016. Vol. 2. P. 16004. DOI: 10.1038/npjamd.2016.4 Buchachenko A. L., Kouznetsov D. A. Efficiency of ATP synthase as a molecular machine // Biophysics. 2008. Vol. 53. Iss. 3. P. 219–222. Andriukonis E., Gorokhova E. Kinetic 15N-isotope effects on algal growth // Scientific reports. 2017. Vol. 7. P. 44181. DOI: 10.1038/srep44181 Letuta U.G., Tikhonova T.A. Magnetic fields and magnetic isotope 25Mg effects on biofilms formation by bacteria E. coli // Doklady Biochemistry and Biophysics. 2019. Vol. 484. Iss. 1. P. 85–87. Lysenko O. B., Demikhov Y. N., Skul'skii N. A., Sobotovich E. V. The role of a magnetic effect in uranium isotope fractionation // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2014. Vol. 8. Iss. 6. P. 870–873. Xin Y.-B., Hu Q., Niu D.-H., Zheng X.-H., Shi H.-L., Wang M., Xiao Z.-S., Huang A.-P., Zhang Z.-B. Research progress of hydrogen tunneling in two-dimensional materials // Acta Physica Sinica. 2017. Vol. 66. Iss. 5. P. 056601. Drechsel-Grau C., Marx D. Exceptional isotopic-substitution effect: breakdown of collective proton tunneling in hexagonal ice due to partial deuteration // Angewandte Chemie International Edition. 2014. Vol. 53. P. 10937–40. DOI: 10.1002/anie.201405989 Karlson A.M.L., Reutgard M., Garbaras A., Gorokhova E. Isotopic niche reflects stress-induced variability in physiological status // Royal Society Open Science. 2018. Vol. 5. Iss. 2. P. 171398.