水の忘れられた側面とは？
水の第4の相は、自然界（特に人体）の多くの謎を説明し、科学の政治に光を当てている。

このような複雑性の否定が最も多く見られるのは、水である。水は、一般的な液体であるにもかかわらず、私たちはそのように扱ってしまう。そのため、ほとんどの人は、水の挙動が従来のモデルで予測されたものと一致しないことが無数にあることに気づいていない。しかし、このように水の本質を知らないにもかかわらず、古来より多くの科学者が仲間割れをして、水についてさまざまな発見をしていた。

ドイツの博物学者ビクトール・シャウベルガー （1885-1958）は、水が直線的に進むのではなく、螺旋状の流れや渦を描きながら移動することで、水の持つ多くの特性が促進されることに着目したのである。シャウベルガーは、水が直線的に移動するのではなく、渦巻き状に移動することで多くの特性を発揮することに着目し、この特性と調和するさまざまな革新的な装置を設計した（動画参照）。シャウベルガーのずっと後、А.I.ゴンチャレンコが率いるロシアの生理学者チームが、「水」をテーマにした研究を始めた。I.ゴンチャレンコが率いるロシアの生理学者チームは、大量の組織断面を瞬間冷凍することで、血液が渦を巻いて移動することを発見し、この挙動が循環器系の多くの側面を説明するのに役立つことを明らかにした。注：このロシアでの発見は、中国の伝統的な心臓と循環に関する見解（他のいくつかのホリスティック医学の学派が持つ見解）とも一致するもので、今後の記事で紹介する。

体内の水分は均質か？

従来の生物医学モデルでは、水は、生命の生化学を生み出すのに必要な化学反応物質のランダムな混合を促進する水溶液として存在する、均一で均一に混合された（homogenous）物質と考えられている。この仮定では、水は受動的な役割を果たすため、複雑な生物学的プロセスをモデル化するプロセスが非常に単純化されるからだ。

しかし、これを掘り下げていくと、水や流体系（例えば血液）は決して均質なものではないことがよくわかる。例えば、前述のロシアの研究者は、血管内を渦を巻きながら移動する血液は、その成分を渦の中心に集中させる（それによって血管周辺部の抵抗を減らす）こと、そして、異なる組成の血液が体の異なる部分に集中することを見事に説明している。

同様に、別のほとんど忘れ去られた医学療法の主題をカバーするある本を引用する。

静脈穿刺でさえも、生体全体に影響を与え、数時間から数日間続く生理的変化を引き起こす。これらの反応には、筋膜全体に電気刺激が伝わり、静脈の白血球数、免疫グロブリン（A、M、G）、血中コレステロール、酸素飽和度、電解質レベル、pH値が変化する。

さらに興味深いのは、これらの測定値（静脈血中）が、穿刺部位に対応する体の非対称性を示すという発見である。この現象は、片側の炎症プロセスが存在する場合の静脈血における同様の所見と相関している…上記に引用した研究のいくつかは、干渉野を検出する信頼性の高い方法を求めて行われたものである。これらの研究により、干渉野を持つ体の側で静脈化学が変化することが明らかになった。実際、変化するだけでなく、その変化の仕方は、その人の一般的な健康状態やさまざまな病状の有無によって異なる。

免責事項：上記の結果を確認するフォローアップ研究が行われたかどうかは不明である。同様に、ロシアの研究についても、私はその結果を読み、研究者を知る共通の友人もいるので、彼らの研究が有効であると信じたいが、私が受け取ったデータが発表された英語の査読付き出版物は知らない。

コロイドの安定性

ある物質を水に混ぜると、混ざりきらない場合（例：油が上に浮き、砂が下に沈む）と、溶ける場合（例：塩が水に溶ける）がある。物質が混ざらない（不溶性である）場合、密度によって重力的に分離するのではなく、代わりにコロイド状の懸濁液を形成することもある。

物質が水に混ざると、必ずその粒子を引き寄せる力（ファンデルワールス力、重力分離など）と反発する力が発生する。反発する力が引き合う力に勝ると、粒子は浮遊し、コロイドが形成される。水中でのチアシード（不溶性物質）の挙動は、この概念を説明するのに役立つ。

上の画像で、一つ一つの種を見ると、種の周りに（親水性の）ゲルが形成されており、これが障壁となって、種が集まって水から重力で分離するのを防いでいることがわかる。しかし、多くの場合、この周囲のゲルが十分に形成されず、重力によって種子が水から分離してしまう（下図の例は、体内の赤血球で起こりうることを反映したものである）。

注：チアシードはこの概念を説明する優れた方法だが、上記の写真は一般的にコロイド系に分類されない（コロイド粒子ははるかに小さいため、拡大しないと見ることができない）。ただし、水に浸したチアシードの周囲にあるゲルはコロイドとみなされる。

コロイド粒子が固まらないようにする典型的な反発力は、主に電荷（類似の電荷は互いに反発する）、立体障害となる分子（この記事の範囲外）、ハイドロゲル（チアシードの周りに見られるようなもの）である。

生体システムの多くはコロイド懸濁液（例えば、タンパク質は水中に浮遊するコロイド、血液は血漿中に浮遊する赤血球など様々なコロイド）であり、相互の負電荷に依存して分散している。生物学は、このコロイドの吸引力と分散力の正確なバランスで成り立っているが、外的要因でコロイドの吸引力が過剰になる（凝集する）ことが、人間にとってしばしば問題になる。

例えば、ワクチン接種がもたらす多くの結果を説明するために私が見た最も良いモデルの1つは、赤血球の間に存在する電気的反発を減少させ、赤血球を凝集させ、血球の塊が大きすぎて血管を通過できない領域に微小脳梗塞を生じさせることである。COVID-19スパイクプロテインはプラスに帯電しており、体内で自然に存在する電気的分散を阻害するようだ。私たちは、患者のコロイド分散（マイナスの電荷に依存）を改善することを目的とした治療がワクチン障害の症状を軽減することを発見した。

コロイド分散不良による血液の凝集は、様々な疾患の背後に見られる最も一般的なメカニズムの一つであり、以前その一端をここで紹介した。

ゲルステートまたは界面水

例えば、チアシードを包むゼラチン状の被膜は、水が固体と液体の中間的な状態であるゲル状になることを示す好例だ。ヒドロゲル （99.9%が水で構成されることもある水のゲル）は自然界に存在し、この粘性のある水の形は生物学や人体の正常な機能に不可欠である。

また、水は他の場面でも「固さ」を増すことがある。水面に触れてみると、水面はやや固いが、表面張力を破って水の中に入ると、その固さはほとんどなくなる。

アメンボやトカゲなど、表面張力を利用して水面を「歩く」生物も少なくない。逆に、飛び込み競技のような高所では、プール内に空気を送り込むことで表面張力を小さくする必要がある（水にぶつかったときの力を小さくするため）。また、バミューダトライアングルでは、海底から放出されるメタンガスが水面の表面張力を低下させ、船が浮遊できなくなるという説がある。

水が部分的に固体を形成する重要な領域は、水と接触する粒子や表面、特に電荷を含む粒子や表面との界面である。この領域にある水は、しばしば界面水と呼ばれる。界面水の技術的なことは、この記事の範囲では少し複雑すぎるのだが、重要な点は、基本的に先に述べたような点を踏まえているということである。例えば、このようなことだ。

界面水の力学的性質の摂動は、構造的摂動と一致し、基質に強く依存する。水は、水を引き付けない表面付近ではより速い接線拡散を示し、引き付けた表面付近ではより遅い接線拡散を示す。

注：興味のある方は、界面水について、この 記事とこの記事で多くを説明している。

液晶の水と細胞

古典的には、細胞は液体の袋であり、その中身は細胞膜上のタンパク質（例えば、細胞内にカリウムを濃縮するナトリウム-カリウムポンプ）によって決定されると考えられている。しかし、顕微鏡が開発されて以来、細胞内の水は非常に異なっており、ゲル状の挙動と通常の液体の挙動を交互に繰り返すという別の世界観も開発された。

この概念は科学的に正式に認められていないため、このような水の状態を表すさまざまな用語が独自に作られた。コンファインドウォーター、エクスクルージョンゾーン（EZ）ウォーター、 第4相ウォーター、ゲルステートウォーター、インターフェイシャルウォーター、液晶ウォーター、セミソリッドウォーター、ストラクチャードウォーター、サーフェスアソシエーションウォーター、ウォーター、ビシナルウォーターなどである。個人的には「液晶水」（liquid crystalline water）が最も正確だと思うが、太字のものは最もよく使われる用語である。

この概念は、次のような細胞生物学の多くの謎を説明するのに役立つので重要である。

• 細胞の完全性はどこから来るのか？もし細胞が単なる液体の袋であれば、「ポイッ」と放り投げて急速に排出させるのは簡単なはずだが、現実にはほとんど起こらない
• その勾配を維持するために必要なエネルギーが大量にあるにもかかわらず、細胞はどのように内部組成を維持しているのか？
• 細胞にとって他のエネルギー源は存在するのだろうか？
• 細胞はどのようにして内部成分を循環させ、生体分子を適切な場所に到達させることができるのか？
• 細胞内で生命を維持するために必要な分子反応の速度を生み出すには、酵素があれば十分なのか？
• 細胞はどのようにして、離れたところから互いに迅速に連絡を取り合っているのか？
• 微小循環の原動力は何か？

注：筋肉や神経細胞の機能を説明する従来のモデルにも、かなりの数の矛盾があり、この代替のウォーター・モデルによって解決される。

これらの観測の歴史とその意味について、私が見つけた最も優れた要約は 2003年に出版されたこの本の中にある。この代替モデルの忘れられた歴史に興味のある方（私は非常に興味深いと思っている）には、このセクション全体を掲載した。それ以外の方は、次のセクションに進んでほしい。次のセクションはかなり専門的である。この大部分はオンラインで見つけるのが難しいので、掲載した。

以下の内容はもともとマルコ・ビショフによって書かれた（注：この部分と次の部分では、名前をほとんど削除して、短くした-多くの科学者がこのテーマの研究にキャリアを費やした）。

1950年代以降、多くの代替概念が生まれたが、その起源は、生命体のゲル状（コロイド）特性や、ある種の生体分子と結びついた水の異常な挙動についての初期の観察にある。1835年、デュジャルダンは、他の生物学者と同様に、「原形質」と呼ばれるようになった。1861年にGrahamが「コロイド」の概念を導入して以来、多くの生物学者や生理学者が原形質を水和多相コロイド系として考えてきた。1908年、そして1920年代には、細胞内に最も多く存在するカリウムイオンが、結合・結合した形で存在することを示唆する研究者が現れた。

1908年、シャーデは細胞を多相コロイドと認識し、その先駆的著書「内科の物理化学」の中で、「細胞の本体は一様に固体でも一様に液体でもない。各細胞はむしろ（…）『ミクロヘテロジェナスシステム』を形成し、共通の媒体中でゲル状、ゾル状の塊と真の溶質が混合しており、コロイド性はその部分と同様に全体にも特徴を与える」と述べている。

フィッシャーは1910年に、生きた細胞は、その細胞間物質とともに、水と結合するコロイドを形成し、それは水中の分子の懸濁液や溶液とは比較できず、むしろ水は自由ではなく、そのコロイド、主にアルカリ性と酸性の水和能を持つプロテイネートの形のタンパク質と結合した「水のない」水和システムであると仮定した。1938年、FischerとSuerは、原形質が「タンパク質、塩、水が巨大な分子に結合したもの」であることを示唆した。

Schade、Fischerをはじめとする当時の多くの生物学者の見解では、1951年から1952年にかけて、トロシンは細胞の伝染性に関する研究を発表し、それが彼の細胞の「収着理論」の基礎となった。膜理論に代わるものとして提案された「相理論」や「コアセルベート理論」の他のバリエーションと同様に、これは高分子やイオンが細胞の水やタンパク質-脂質膜と相互作用することに基づくものであった。トロシンは、低タンパク質の細胞外培地とは対照的に、細胞質では電解質とタンパク質との相互作用が非常に強く、イオンの移動度、つまり電気的活性が強く低下しており、細胞質はタンパク質、イオン、水の大部分が強く結合した「複合コアセルベート」を形成していると指摘している。

そのため、細胞質と細胞外液は2つの異なる相を形成している。

コアセルベート（1929年にJongが提唱した概念）は、親水性のタンパク質が水とともに飛沫やアメーバ状の塊を形成し、周囲の液体と明確に区分されることで形成される。80-90%の水を含み、親水性のままである。コアセルベーションは、タンパク質の双極子モーメントと電荷が十分に強いことと、媒体の電解質含有量に依存する。

コアセルベーションによって原形質は液晶性を獲得する（最近になって、1888年に生命体の特性として初めて発見された液晶性の話題が、数人の著者によって再び議論されている-Mishra, 1975, Ho, 1996参照）。Troshinの研究は、その後、ドイツでも追随された。

これらの代替細胞理論の中で最も重要なのは、ほぼ同時期にLingが提唱した「連合-誘導理論」である。1960年代から1970年代にかけて、新たに開発された核磁気共鳴法（NMR）を用いて大規模な実験が行われた。その後、ダマディアンによってMRIが発明されたのは、ダマディアンが細胞水に関するリン理論を検証した結果、がん細胞の水と正常細胞の水のNMR信号が異なることを発見したためだ。

細胞内外のイオンの不均等な分布、溶質と水の交換の動的側面、細胞の生体電気現象を説明しようとするいかなる理論も、細胞内の水の物理的状態に関する知識を必要とするという洞察は、細胞水の役割とその超分子構造に関するその後の数十年間の研究を刺激し、特に1965年にニューヨーク科学アカデミーでの水構造の生物的役割に関する会議で初めてこれらの概念が広く科学者に認識されるようになってからだ。

細胞の相理論では、細胞内に代謝活動の異なる水性コンパートメント（相）が存在し、溶媒の性質が変化することで溶質（ナトリウムなど）がある程度、細胞から排除されると仮定し、さらに生物の生理状態の変化により細胞水の物理的性質が変化することを予測する。

高度に構造化された細胞という概念は、細胞構造の微妙な部分に関する最近の発見によっても強く支持されている。今日、細胞骨格を、非常に動的で不安定なこれらの要素の高度に構造化された3次元ネットワークと見なす必要があることは明らかだ。その精巧な構造は、小さな動揺の影響を受けて非常に容易に分解され、そのため、構造が立ち上がって見えるゲル状態と、溶けているゾル状態との間で振動する。

また、後述する、体液と細胞外マトリックスからなる体液系が、周囲の電磁場を含む環境情報を受け取る際に、細胞内の水の構造が重要な役割を果たすという証拠との関連でも、細胞や生体を理解する上で水の構造の重要性が発見されたことは重要である。

クラウスによれば、生体の主な仕事は膨潤と脱膨潤であり、湿潤状態から非湿潤状態への移行がその仕事を行う。クラウスは、原形質の力学によって駆動される体内の水の流れを、生きている状態の主要な特徴の1つとみなし、飽和水分の程度と分布、組織のタルゴールを生命の尺度として捉えたのである。このように「植生系」の重要な要素のひとつは、血管系、リンパ系、間質（結合組織）、細胞における体液の「植生的流延」であった。しかし、「コロイド生体系は、水だけでなく、特定の塩の効果によって、それぞれ電気的界面電位によって駆動・調節される」ため、電解質の陽イオンと陰イオンの拮抗が重要だった。

コロイド科学者のティーレは、1940年代初頭から1960年代後半にかけての研究で、複雑なコロイドゲルとイオンの相互作用が、有機構造、特に結合組織の基本的な構造化メカニズムであることを実証したのである。

以下の内容も2003年の前著から引用したもので、原文はRoeland van Wijk（この記事のために短縮したものでもある）。

1938年のシェリントンは、「流動的で水っぽいけれども、細胞の大部分は真の溶液ではない。均質な液体である真の溶液の一滴は、「生きる」ことはできない。「組織」とは縁遠いものである。細胞内には異質な溶液が存在する。タンパク質の大きな分子や凝集した粒子は、溶解せずに浮遊している。表面は、化学的・物理的作用の場である。純粋な溶液の内部には表面はない。しかし、細胞内に存在する泡状のコロイドの表面の集合体は、何か大きなものになる。細胞の「内部表面」は巨大である。実験室では生体をはるかに超える温度と圧力でなければ得られない化学的結果を、細胞は与えてくれる。生命の秘密の一部は、細胞の巨大な内面である」

多相コロイドの飛沫は、異なる環境の混合物であり、ある部分は粒子が豊富で、ある部分はそうでない。水は分散媒または連続相として機能し、タンパク質、核酸、炭水化物、脂質、イオンが分散粒子となる。その後、多くの研究者が、酵素と近傍の水、およびフィラメントを含む他のタンパク質との関連を推測し、タンパク質分子の近傍の水が通常の水とは異なる構造を持っていることを示唆した。原形質の高分子ネットワークと封入された水は、相互に影響し合っている。したがって、生体高分子は水の構造に影響を及ぼし、水の構造は原形質組織にとって重要である。

バイオポリマーは、水に対して間接的な効果を発揮する。バイオポリマーは、電荷を帯びた表面と疎水性の表面の両方を水に提示するのが特徴である。例えば、溶液中の球状タンパク質は、その疎水性表面積の多くを内部に埋めている。一方、高分子に水への溶解性を与える荷電基や親水基は、ほとんどすべて外面にある。そのため、表面は必然的に、帯電した基の周囲には水の密度が高いゾーンが、疎水性の領域には水の密度が低いゾーンができる。 このような水のゾーンは、低分子の溶解度や高分子の組織化に影響を与える。

そして、原形質組織における水の構造の重要性も明らかになる。もし水が原形質内の異なる領域で異なる水素結合状態で存在するならば、タンパク質のコンフォメーションと凝集・脱凝集状態の両方が影響を受けると思われる。低密度の水（注：「低密度」ではなく「高密度」）は、カオトロピックイオン（Cl-、K+、荷電アミノ酸、グルコースなど）を選択的に蓄積する。また、高水和イオン（Mg2+、Ca2+、H+、Na+）や疎水性分子を選択的に排除する。つまり、周囲の水の結合力が弱いと、埋もれた疎水性タンパク質が現れやすくなり、タンパク質が展開しやすくなる。逆に、疎水性相互作用による本来の折りたたみ構造の安定化やモノマー蛋白質の凝集は、強く結合した水によって促進される。

イオンだけを浸透溶媒とする細胞では、酵素の安定性と機能に有害な極端な形の水が共存している。フィラメントに隣接する水は、おそらく結合が弱く、内部の疎水部位が出現し、酵素が展開・変性してしまう。しかし、原形質の高分子ネットワークがイオンだけでなく、浸透圧溶質として適合する溶質を含んでいる場合、過剰な浸透圧は、表面の疎水性パッチに隣接する強い結合領域やフィラメントの間に適合する溶質が蓄積することによって、ある程度相殺される。フィラメント上の電荷に近い水は、密度と反応性がそれほど激しくない状態で平衡化できるが、残りの水は、溶解した溶質の疎水性部分によって、かなり開いた構造を維持する。この場合、酵素はフィラメントに関連したより反応性の高い水に蓄積されるが、変性することはない。

細胞を、複数の構成要素が互いに影響し合う高度に統合されたシステムとしてとらえることは、表面近傍の水量に関する疑問につながる。表面や帯電したグループから離れると、細胞の水はより自由な水のように振る舞うようになることがわかる。これは連続体理論であり、2種類の水が存在することを意味するのではなく、水が変化することを意味する。初期の証拠では、酵素を含む細胞内高分子の大部分は、おそらく溶液中で自由ではなく、形成された構造に緩く結び付いていることがすでに示されていた。

押し出された原形質が物理的な完全性を維持する既知の物性から、細胞水は、滞留時間が長く、移動速度が遅い可能性がある表面近傍で細胞体積の大部分を占めることが示唆されると考えられる。

この点で、生体表面から25-30オングストローム以内の水は、純水とは大きく異なる物性を示すことが、いくつかの研究で示されていることは重要である。この影響は、生体表面から500オングストローム以上離れた場所にも及ぶと言われている。

したがって、細胞は、細胞内の栄養素の流れを方向付けるための新しい戦略を必要としていると考えられている。興味深いことに、単細胞のアセトバリア細胞のように比較的大きな細胞における流体移動は、この巨大細胞内での代謝現象がどのように制御されているのかという疑問に関して、広く注目されている。以前の研究では、拡散が分子レベルで遅すぎて代謝需要を満たすことができなくなる前に、細胞が到達できるサイズには上限があると一般に考えられていた。そのため、大きな細胞では、栄養を分散させるための何らかの戦略が必要であると考えられ、原形質の流動化というプロセスが考え出された。

しかし、大きな細胞でストリーミングが見られるのは、そのような観察に適しているからにほかならない。実は、すべての細胞で同じような流体運動が必然的に起こっている。もし運動が協調的に起こり、すべての粒子がある方向に動けば、粒子はある場所から別の場所へと、撹拌されていない環境での分子の拡散ランダム運動よりもはるかに速く移動できることは明らかだ。ウィートリーは、分子の流れの方向性が生命活動を維持するための情報を提供するという事実を指摘している。細胞内の方向性のある流れは、細胞組織の複雑さを増大させる。

このような観点から、私たちは原形質の構造的・機能的な組織について、より完全なイメージを持ち始めている。したがって、代謝活動に関連する重要なパラメーターは、流れである。流れの速さ、その制御、方向性は、細胞レベルでの濃度を優先して、長い間見過ごされてきた。基礎代謝量では、生命を維持するのに低い流量で十分かもしれないが、細胞が極限状態で働くには、燃料供給をほとんど即座にアップレギュレートすることが必要である。ここでもうひとつ、原形質の構造と機能の関係が出てくる。原形質が仕事を先取りしている場合、実際に活動を開始する前に何らかの再構築が行われていることになる。

そして、活動を開始すると同時に、原形質構造では自動的に流れが速くなる。この目的の要素は、生得的な反射によって特定の状況下で細胞が指示され、効果を発揮すると仮定することで、古典的な細胞生理学に最も適切に導入される。本章で提案したモデルによれば、粒子の協調運動が首尾一貫した構造の本質的な部分であると仮定すれば、細胞プロセス間の適切な協力関係を理解することができる。指示された運動は、動的なコヒーレント領域を反映していると見なすことができる

注：液晶水の歴史は、ジェラルド・ポラックの本と本書、ステファニー・セネフの本記事にも詳しく紹介されている。

排除ゾーン

ジェラルド・ポラックは、細胞生物学の穴の多くを説明する統一的なモデルを求めて、研究室で水の異常な性質を研究するという旗印を掲げた最も新しい科学者である。2009年の研究において、彼は、水中に置かれたポリスチレン製の微小球が均等に分散せず、ある領域から排除されることを発見した（この発見は、他の多くの研究者たちによっても確認されており、特にゲルの表面付近で確認されている）。この排除された領域は「排除ゾーン」（EZ）と呼ばれ、その中の水は「排除ゾーン水」と呼ばれるようになった。

ポラックが観察したことを視覚的に表現すると（黒い点が微小球）。

その結果、ポラックは、水中に置かれたある物質の界面に、構造化された水の層が形成されていると結論づけた。なお、従来の科学的見解では、このような界面には数個の水分子が集まっていると考えられていたが、ポラックが観察した0.1mmスケール（水分子が並ぶにはその約10万倍が必要）では、そのようなことはない。

これはポラックが行ったプレゼンテーションで、EZ水の多くの側面に触れている。