Механизм радикальных пар в магнитобиологии: состояние дел
В.Н. Бинги Федеральный научно-клинический центр космической медицины и биологии Федерального медико-биологического агентства, ул. Сущёвский вал 24, Москва, 127018, Российская Федерация
В обзоре рассмотрена проблема биологического действия слабых магнитных полей, ожидающая решения около полувека. Обсуждается спин-химический механизм радикальных пар — наиболее представленный в литературе по объяснению наблюдаемых явлений. Эффективность механизма ограничена спиновой релаксацией. Даны оценки ее скорости для радикала в белке по каналам зеемановского, сверхтонкого, спин-орбитального и обменного взаимодействий. Приводится аналитическое решение уравнения Лиувилля—фон-Неймана для двух электронов и ядра с учетом релаксации и химической кинетики, связывающее магнитуду эффектов со скоростью релаксации. Обсуждаются разные аспекты решения: влияние радиочастотных и гипомагнитных полей, роль квантовой запутанности, трудности и перспективы теории и др.
Ключевые слова: магнитный биологический эффект, магнитная навигация животных, спиновая декогеренция, спиновая релаксация, спиновая химия, механизм радикальных пар, уравнение Лиувилля—фон-Неймана, открытая квантовая система, химический компас, гипомагнитное поле PACS:82.39.−k, 87.10.+е, 87.50.−a, 87.50.Mn () DOI: Цитата: Бинги В Н "Механизм радикальных пар в магнитобиологии: состояние дел" УФН, принята к публикации
Поступила: 5 октября 2024, доработана: 15 сентября 2025, одобрена в печать: 17 сентября 2025
Kirschvink J L, Jones D S, MacFadden B J Magnetite Biomineralization and Magnetoreception in Organisms. A New Biomagnetism (New York: Plenum Press, 1985)
Бинги В Н, Чернавский Д С Биофизика50 684 (2005); Binhi V N, Chernavsky D S Biophysics50 599 (2005)
Тамм И Е, Мандельштам Л И Изв. АН СССР Сер. физ.9 (1--2) 122 (1945)
Sen D Curr. Sci. India107 203 (2014)
Ландау Л Д, Лифшиц Е М Квантовая механика Т. III 3-е изд. (М.: Hаука, 1974); Пер. на англ. яз.: Landau L D, Lifshitz E M Quantum Mechanics (Oxford: Pergamon Press, 0000)
Абрагам А Ядерный магнетизм (М.: ИЛ, 1963); <>Пер. с нем. яз.: O O O
Standley K J, Vaughan R A Electron Spin Relaxation Phenomena in Solids (New York: Plenum Press, 1969)
Лебедев Я С, Муромцев В И ЭПР и релаксация стабилизированных радикалов (М.: Химия, 1972)
Weil J A, Bolton J R Electron Paramagnetic Resonance : Elementary Theory and Practical Applications (Hoboken, NJ: Wiley, 2007)
Kowalewski J, M<$>ddot {rm a}<$>ler L Nuclear Spin Relaxation in Liquids : Theory, Experiments, and Applications (Boca Raton, FL: Taylor and Francis, 2006)
Petasis D T EPR Spectroscopy (Berlin: de Gruyter, 2022)
Hemminga M A, Berliner L J ESR Spectroscopy in Membrane Biophysics (New York: Springer, 2007)
Klug C S, Feix J B Biological Magnetic Resonance Vol. 24 Biomedical EPR Pt. B Methodology, Instrumentation, and Dynamics (Eds S R Eaton, G R Eaton, L J Berliner) (New York: Kluwer, 2005) p. 269
Antholine W E Biological Magnetic Resonance Vol. 23 Biomedical EPR Pt. A Free Radicals, Metals, Medicine, and Physiology (Eds S R Eaton, G R Eaton, L J Berliner) (New York: Kluwer, 2005) p. 417
Coffey W T, Kalmykov Yu P, Waldron J T The Langevin Equation : With Applications to Stochastic Problems in Physics, Chemistry, and Electrical Engineering 2nd ed. (New Jersey: World Scientific, 2004)
Ахманов С А, Дьяков Ю Е, Чиркин А С Статистическая радиофизика и оптика. Случайные колебания и волны в линейных системах (М.: Физматлит, 2010)
Orlando T, Kuprov I, Hiller M J. Magn. Res. Open 100040 (2022)
Berestetski V B, Lifshitz E M, Pitaevskii L P Course of Theoretical Physics Vol. 4 Quantum Electrodynamics (Oxford: Pergamon Press, 1982); <>Пер. с русск. изд.: Берестецкий В Б, Лифшиц Е М, Питаевский Л П Квантовая электродинамика (М.: 000, 0000)