Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 83710 10.29039/rusjbpc.2023.0644 МОДЕЛИРОВАНИЕ В БИОФИЗИКЕ И БИОИНФОРМАТИКА MODELLING IN BIOPHYCIS AND BIOINFORMATISC МОДЕЛИРОВАНИЕ В БИОФИЗИКЕ И БИОИНФОРМАТИКА GENERATION OF HYPERSONIC WAVES UPON IRRADIATION OF SILICON WITH LIGHT, THEIR PROPAGATION AND INFLUENCE ON LIVING ORGANISMS: COMPUTER SIMULATION AND EXPERIMENT ГЕНЕРАЦИЯ ГИПЕРЗВУКОВЫХ ВОЛН ПРИ ОБЛУЧЕНИИ КРЕМНИЯ СВЕТОМ, ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ВЛИЯНИЕ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ: КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТ Степанов А. В. Stepanov A. V. for.anton_step@mail.ru Попов А. П. Popov A. P. Коваленко А. В. Kovalenko A. V. Юманов Д. С. Yumanov D. S. Димитриева А. И. Dimitrieva A. I. Сергеева К. В. Sergeeva K. V. Дементьев Д. А. Dementiev D. A. Никольская А. А. Nikolskaya A. A. Туловчиков В. С. Tulovchikov V. S. Тетельбаум Д. И. Tetelbaum D. I. tetelbaum@phys.unn.ru Чувашский государственный аграрный университет Чебоксары Россия Chuvash State Agrarian University Cheboksary Russian Federation Чувашский государственный аграрный университет Чебоксары Россия Chuvash State Agrarian University Cheboksary Russian Federation Чувашский государственный аграрный университет Чебоксары Россия Chuvash State Agrarian University Cheboksary Russian Federation Чувашский государственный аграрный университет Чебоксары Россия Chuvash State Agrarian University Cheboksary Russian Federation Чувашский государственный аграрный университет Чебоксары Россия Chuvash State Agrarian University Cheboksary Russian Federation Чувашский государственный аграрный университет Чебоксары Россия Chuvash State Agrarian University Cheboksary Russian Federation Чувашский государственный аграрный университет Чебоксары Россия Chuvash State Agrarian University Cheboksary Russian Federation Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского Нижний Новгород Россия Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod Nizhny Novgorod Russian Federation Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского Нижний Новгород Россия Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod Nizhny Novgorod Russian Federation Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского Нижний Новгород Россия Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod Nizhny Novgorod Russian Federation 06 06 2024 06 06 2024 8 4 440 446 26 08 2023 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/83710/view

В данной работе представлено молекулярно-динамическое моделирование распространения гиперзвуковых волн в системах жидкость–твердое тело, таких как водные растворы NaCl и стекла (содержащие ионы Na); анализируется роль волноводных свойств кластеров Na+–(H2O)n–типа; обсуждается роль кластеров Na+–(H2O)n-типа в распространении гиперзвуковых волн. Взаимодействие между гиперзвуком и клеточными органеллами было исследовано численно и сопоставлено с биологическими экспериментами на семенах яровой мягкой пшеницы сорта Экада 70, в частности по влиянию указанного воздействия на их рост. гиперзвуковое облучение влияет на биометрические показатели яровой мягкой пшеницы, на массу семян и урожайность. При этом большое значение имеет время воздействия данного облучения. Наименьшая высота растений в варианте с облучением семенного материала в течение 30 минут – 71 с, а продуктивная кустистость составила 1,8. Показатели общей кустистости и среднего числа нормально развитых стеблей, дающих зерно на одно растение также были наилучшими в варианте с воздействием облучения семенного материала в течении 100 секунд, худшими в варианте в 30 минут. Отсюда можно сделать вывод о том, что гиперзвуковое облучение влияет на биометрические показатели яровой мягкой пшеницы, на массу семян и урожайность. При этом большое значение имеет время воздействия данного облучения. Полученные в результате моделирования данные показывают, что граница раздела двух сред вода-стекло является каналом передачи энергии от источника гиперзвуковых волн до биологического объекта.

This paper presents a molecular dynamics simulation of hypersonic wave propagation in liquid–solid systems such as aqueous solutions of NaCl and glass (containing Na ions); the role of waveguide properties of Na+–(H2O)n–type clusters is analyzed; the role of Na+–(H2O)n-type clusters in the propagation of hypersonic waves is discussed. The interaction between hypersound and cellular organelles was studied numerically and compared with biological experiments on seeds of spring soft wheat variety Ekada 70, in particular on the effect of this effect on their growth. hypersonic irradiation affects the biometric parameters of spring soft wheat, seed weight and yield. In this case, the time of exposure to this irradiation is of great importance. The smallest plant height in the variant with seed irradiation for 30 minutes was 71 s, and the productive bushiness was 1.8. The indices of general bushiness and the average number of normally developed stems producing grain per plant were also the best in the variant with exposure to seed material irradiation for 100 seconds, the worst in the variant of 30 minutes. From this we can conclude that hypersonic irradiation affects the biometric parameters of spring soft wheat, seed weight and yield. In this case, the time of exposure to this irradiation is of great importance. The data obtained as a result of modeling show that the water-glass interface is a channel for energy transfer from a source of hypersonic waves to a biological object.

 эффект дальнодействия гиперзвук биологический эффект дальнодействия long-range effect hypersound long-range biological effect

Бецкий О.В., Кислов В.В., Лебедев Н.Н. Миллиметровые волны и живые системы. М.: Сайнс-пресс, 2004, 272 с. Betsky O.V., Kislov V.V., Lebedev N.N. Millimeter waves and living systems. M.: Science-press, 2004, 272 p. (In Russ.). Тетельбаум Д.И., Курильчик Е.В., Менделева Ю.А. Эффект дальнодействия при малоинтенсивном облучении твердых тел. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 2009, вып. 3, с. 94-103. Tetelbaum D.I., Kurilchik E.V., Mendeleva Yu.A. Effect of long-range action at low-intensity irradiation of solids. Surface. X-Ray, Synchrotron and Neutron Research, 2009, no. 3, pp. 94-103 (In Russ.). Тетельбаум Д.И., Туловчиков В.С., Менделева Ю.А., Курильчик Е.В., Никольская А.А., Степанов А.В. Роль границы раздела водная среда-твердое тело в передаче возбуждения кремния светом. Журнал технической физики, 2019, вып. 89, № 9, с. 1427-1433. Tetelbaum D.I., Tulovchikov V.S., Mendeleva Yu.A., Kurilchik E.V., Nikolskaya A.A., Stepanov A.V. The role of the water-solid interface in the transfer of excitation of silicon by light. Journal of Technical Physics, 2019, vol. 89, no. 9, pp. 1427-1433 (In Russ.). Левшунова В.Л., Похил Г.П., Тетельбаум Д.И. Автоколебания распределенных зарядов в естественном оксиде на поверхности кремния как источник возбуждения процессов, ответственных за эффект дальнодействия. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2011, вып. 3, с. 1-4. Levshunova V.L., Pokhil G.P., Tetelbaum D.I. Self-oscillations of distributed charges in natural oxide on the silicon surface as a source of excitation of processes responsible for the long-range effect. Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies, 2011, no. 3, pp. 1-4 (In Russ.). Степанов А.В., Тетельбаум Д.И. Молекулярно-динамическое моделирование проникновения в кремний гиперзвуковых волн, генерируемых в естественном оксиде кремния при облучении. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2017, вып. 7, с. 82-88. Stepanov A.V., Tetelbaum D.I. Molecular dynamics simulation of penetration into silicon of hypersonic waves generated in natural silicon oxide during irradiation. Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies, 2017, no. 7, pp. 82-88 (In Russ.). ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести [GOST 12038-84. Seeds of agricultural crops. Germination methods (In Russ.)]. GOST 12038-84. Seeds of agricultural crops. Germination methods (In Russ.). Plimpton S. Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics. Journal of Computational Physics, 1995, vol. 117, no. 1, pp. 1-19. Plimpton S. Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics. Journal of Computational Physics, 1995, vol. 117, no. 1, pp. 1-19. Pierre Hirel. Atomsk: A tool for manipulating and converting atomic data files. Comput. Phys. Comm., 2015, vol. 197, pp. 212-219, doi: 10.1016/j.cpc.2015.07.012. Pierre Hirel. Atomsk: A tool for manipulating and converting atomic data files. Comput. Phys. Comm., 2015, vol. 197, pp. 212-219, doi: 10.1016/j.cpc.2015.07.012. Stukowski A. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 2010, vol. 18, p. 015012. Stukowski A. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 2010, vol. 18, p. 015012. Monti S., Corozzi A., Fristrup P., Joshi K.L., Shin Y.K., Oelschlaeger P., van Duin A.C.T., Barone V. Exploring the conformational and reactive dynamics of biomolecules in solution using an extended version of the glycine reactive force field. Physical Chemistry Chemical Physics, 2013, vol. 15, no. 36, pp. 15062-15077. Monti S., Corozzi A., Fristrup P., Joshi K.L., Shin Y.K., Oelschlaeger P., van Duin A.C.T., Barone V. Exploring the conformational and reactive dynamics of biomolecules in solution using an extended version of the glycine reactive force field. Physical Chemistry Chemical Physics, 2013, vol. 15, no. 36, pp. 15062-15077. Hirsch T.K., Ojamae L. Quantum-Chemical and Force-Field Investigations of Ice Ih: Computation of Proton-Ordered Structures and Prediction of Their Lattice Energies. The Journal of Physical Chemistry B, vol. 108, 2004, pp. 15856-15864. Hirsch T.K., Ojamae L. Quantum-Chemical and Force-Field Investigations of Ice Ih: Computation of Proton-Ordered Structures and Prediction of Their Lattice Energies. The Journal of Physical Chemistry B, vol. 108, 2004, pp. 15856-15864. Воеводин В.В., Жуматий С.А., Соболев С.И., Антонов А.С., Брызгалов П.А., Никитенко Д.А., Стефанов К.С., Воеводин В.В. Практика «Ломоносова» Суперкомпьютер. Открытые системы Ж, Москва: Открытые системы, 2012, № 7, с. 36-39. Voevodin V.V., Zhumatiy S.A., Sobolev S.I., Antonov A.S., Bryzgalov P.A., Nikitenko D.A., Stefanov K.S., Voevodin V.V. Practice "Lomonosov" Supercomputer. Open Systems Zh, Moscow: Open Systems, 2012, no. 7, pp. 36-39 (In Russ.).