Главная / Наука о пчелах / Эффекты природных полей

Биологические эффекты природных электромагнитных полей

Введение

Естественные электрические, магнитные и электромагнитные поля обладают высокой вариабельностью во времени и пространстве. Напряженность магнитного поля (МП) Земли (геомагнитное поле) повышается от экватора к полюсам. На Северном магнитном полюсе напряженность МП около 48 А/м (0,6 Э), на Южном - 56 А/м (0,7 Э), а на экваторе - 32 А/м (0,4 Э). Градиент напряженности МП от экватора к полюсам нарушается в зонах магнитных аномалий.

Все возрастающее воздействие на биообъекты, населяющие Землю, оказывают антропогенные ЭМП.

Природные ЭМП и их флуктуации обладают широким спектром действия. Они могут влиять на скорость химических реакций, физиологическое состояние организмов, активность их размножения и интенсивность элиминации. Различные средства защиты от природных аномалий ЭМП обеспечивает снижение их биологического действия. Экранирование растворов и колоидных систем нормализует ход физико-химических реакций.

Наличие связи между вековыми, годичными и короткопериодными всплесками солнечной активности со скоростью осаждения хлористого висмута в процессе его гидролиза доказана Дж.Пиккарди [1] в его многочисленных экспериментах с использованием экранированных и неэкранированных пробирок. Их экранирование влияло на стабилизацию реакции осаждения, варьировавшей в неэкранированных пробирках. Подобно этому обнаружено различие в скорости полимеризации арилонитрила, которую проводили в экранированной или неэкранированной камере.

Вспышки эпидемий чумы, холеры, гриппа и других инфекций нередко совпадают с периодами возрастания солнечной активности. Имеются сведения о совпадении ее 11-летней цикличности с толщиной годичных колец секвои. Сходная цикличность прослеживается в приросте некоторых морских водорослей и колоний кораллов. Нередко вспышки размножения саранчи приходятся на периоды возрастания солнечной активности. Вместе с тем у некоторых перепончатокрылых насекомых обнаружено снижение яйцекладки в периоды флуктуаций геомагнитных полей. Защита от них посредством экранирования активизирует яйцекладку, что доказывает влияние на этот процесс флуктуаций ЭМП. Обнаружена связь между изменениями ГМП и инверсией хромосом у плодовой мушки [1].

Как известно насекомых, активных в ночное время, привлекает свет, что широко используется в экспериментальной энтомологии и борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур. Для привлечения и отлова летающих ночных насекомых используют ртутные лампы. Пользуясь этим В.Б.Чернышев [2] обнаружил увеличение прилета некоторых видов жуков (чернотелок, жужелиц, стафилинид и др.) в периоды магнитных бурь. В то же самое время прилет некоторых чешуекрылых (бабочек-медведиц, огневок) сокращался, а двукрылых - не изменялся.

Суточные вариации геомагнитного поля, по-видимому, влияют на сигнальное поведение пчел. Они передают информацию о направлении к обнаруженному источнику корма в процессе целенаправленных перемещений по соту. На вертикальной поверхности сота в качестве ориентира пчелы используют вектор гравитации. Отклонение от него определяется углом между направлением к указываемой цели и проекцией на Солнце. Но в течение дня указываемое пчелой направление может отличаться от соответствующего положению Солнца до 35о. Величина этой “ошибки” связана с суточными вариациями ГМП. В случае их ослабления посредством соленоида отмеченная “ошибка” указания направления уменьшается более чем в 3 раза [3], что указывает на наличие некоторой зависимости функционирования системы пространственной ориентации у пчел от суточных вариаций МП.

С суточными вариациями МП Земли совпадают изменения диастолического давления и содержания лейкоцитов в крови человека. Имеются также сведения о наличии связи между частотой сердечного ритма и флуктуации земного МП. При этом наибольшее значение имеют вариации направления вектора МП в вертикальной плоскости.

Обширная медико-биологическая статистика позволяет проследить наличие связи между всплесками различных заболеваний и магнитными бурями. Замечено, что в периоды повышения солнечной активности возрастает число обращений в клиники с сердечно-сосудистыми и психическими расстройствами. Возрастает также частота травм на производстве и число автомобильных аварий [1,5]. Высокая связь между ростом дорожно-транспортных происшествий и повышением солнечной активности обнаружена в странах с высокой плотностью населения (Япония, Индия и др.). Сотрудниками Индийского геофизического института по результатам 5-летних наблюдений установлено, что коэффициент корреляции между дорожными происшествиями и магнитными возмущениями находится на высоком уровне положительной связи (равен 0,74+0,05).

Несмотря на отрицательное влияние возмущений МП на физиологическое состояние человека, его экранирование порождает некоторые нарушения функционирования сенсорных систем. Например, под влиянием 10-суточного пребывания в амагнитном помещении у испытуемых уменьшалась частота восприятия световых. Значительные отклонения от нормы порождаются длительной изоляцией в условиях, ограничивающих воздействие природных ЭМП, что имеет место на подводных лодках. После длительного пребывания в таких условиях у членов экипажа обнаружено нарушение суточной периодичности различных функций, уменьшение общего количества лейкоцитов, угнетение пищеварительного и миогенного лейкоцитоза [4, 6].

Особенностью природных ЭМП является синхронность и синфазность их биологического действия, которая очень четко прослеживается в отдельные годы. Показателем возможной высокой синхронности биологических эффектов ЭМП служит сопоставление результатов наблюдений, выполненных в течение одного года в разных географических условиях на различных биообъектах. Оказалось, что изменения уровней лейкоцитов у людей в районе Сочи и поглощение кислорода проростками картофеля в США совпадали [1]. В глобальных масштабах обнаружена синхронность возникновения некоторых заболеваний. С изменениями геомагнитной активности в разных географических зонах, отличающихся по погодным условиям, нередко обнаруживается синхронизация частоты возникновения гипертонических кризисов, а также случаев травматизма и дорожно-транспортных происшествий. Обнаружено синхронное с динамикой ГМП изменение количества гемоглобина и эритроцитов у людей, обследовавшихся одновременно в разных городах России.

Природные ЭП и ЭМП используются в системе пространственной ориентации некоторых животных. У рыб ориентация в ЭП связана с их очень высокой чувствительностью к току. Электрофизиологическим методом установлено, что органы боковой линии у обычного сома (Silurus glanis) реагируют на низкочастотные синусоидальные колебания (до 25 Гц) при плотности тока 10-10 А/мм2. Этого достаточно для обнаружения сомом своих жертв по биоэлектрическим процессам, сопутствующим двигательным актам и другим процессам жизнедеятельности [7].

Пространственная ориентация рыб в процессе дальних периодических миграций, возможно, также связана с использованием электрорецепции. В качестве ориентира могут использоваться теллурические токи. Их напряженность составляет около 90 мВ/км, а градиент полей этих токов в пересчете на длину тела рыбы равняется сотым долям микровольта на 1 см, что достаточно для их восприятия электрорецепторами [7, 8].

До последнего времени активно дискутируются механизмы ориентации, используемые птицами, совершающими дальние перелеты. Дальность сезонных миграций у некоторых их видов приближается или превосходит 10 тыс. км. Например, один из видов кроншнепов (Numenius tahitensis), гнездящийся на Аляске, зимует на Гавайских островах. Преодолеваемое этими птицами расстояние равняется 9600 км. Некоторые виды буревестников, гнездящихся на островах Тристан-да-Кунья, улетает к месту зимовки, находящемуся на расстоянии более 10000 км.

Точность миграций птиц доказывает наличие у них надежно функционирующей навигационной системы. В навигационной системе птиц доказано использование астрономических ориентиров. Установлено, что благодаря восприятию поляризованного света, ориентация по положению Солнца возможна также в то время, когда оно закрыто облаками. Однако астрономическая ориентация не может использоваться в ночных перелетах при неблагоприятной метеорологической ситуации.

В качестве природного ориентира в процессе дальних перелетов птиц предполагается использование градиента индукции ГМП, изменяющегося с 25000 нТл у магнитного экватора до 60000 нТл у полюсов. Это предположение было впервые высказано в середине 19 столетия российским академиком А.Ф. Мид- дендорфом. Несмотря на наличие некоторых косвенных доказательств использования ГМП в системе пространственной ориентации наземных животных, остается невыясненным физиологический механизм функционирования этой системы. Гипотетический механизм магниторецепции у птиц и других животных основан на наличии в тканях их тел большого количества включений магнетита, находящихся в форме магнитных частиц биогенной природы, обнаруженных впервые в 1978 г Дж. Гоулдом с соавторами [9]. Исходя из этого было высказано предположение, что упорядоченное действие ГМП на гранулы (частицы) магнетита детектируются нервной системой посредством множества проприорецепторов. С позиций этого предположения в роли магниторецепторов выступают гранулы магнетита, соединенные с нервными клетками или действующие на них опосредовано.

Если исходить из предположения об использовании включений магнетита в качестве первичных преобразователей МП, следует признать, что организмы, ориентирующиеся по магнитному градиенту должны обладать высокой магнитной восприимчивостью. При этом она должна возрастать в ситуациях, которые связаны с необходимостью использования магнитной ориентации. Это не получило подтверждения в исследованиях, выполненных на пчелах [10], хотя в их теле обнаружены кристаллы магнетита [9]. У пчел понижению активности метаболизма сопутствует повышение магнитной восприимчивости. В состоянии повышенной активности магнитная восприимчивость снижается до минимума. Вероятно, в активном состоянии организм противодействует интеграции сил, действующих на магниточувствительные структуры, что не может способствовать использованию градиента МП в пространственной ориентации. Но снижение магнитной восприимчивости в состоянии повышенной активности очевидно способствует ослаблению влияния природных магнитных возмущений и повышению помехоустойчивости к ним сенсорных систем, используемых в процессе миграций.

В наличии же связи между понижением активности метаболизма и повышением магнитной восприимчивости находит объяснение явление имеющее отношение не к миграциям, а к возрастным и патологическим изменениям у человека. В частности, связанная с этим повышенная чувствительность к магнитным возмущениям вероятно связана с наличием (возникновением) в организме структур с низкой активностью метаболизма.

Заключение

Природные ЭП и ЭМП действовали на Земле задолго до появления на ней жизни. В процессе ее зарождения и эволюции природные ЭП и ЭМП, взаимодействуя с биоэлектрическими процессами, оказывали dлияяние на состояние и функционирование организмов. Это побуждало развитие механизмов восприятия и использования ЭП и ЭМП, а также способствовало приобретению средств защиты от их повреждающего воздействия. Функционирование организмов всех уровней организации сопряжено с динамикой электрических процессов. У животных в биоэлектрические колебания преобразуется информация, воспринимаемая органами чувств. Посредством электрических сигналов обеспечивается координация двигательных актов и всего комплекса реакций на изменение внешней и внутренней среды организма. Поэтому флуктуации внешних ЭМП влияют на физиологическое состояние организма. Что касается форм его реагирования, то они зависят от видовых особенностей организмов, их физиологического состояния и биологической ситуации.

Биологические эффекты ЭМП, с одной стороны, детерминируются их параметрами, а с другой - физико-химическими свойствами биообъектов. Многообразие их свойств, соответствующих различным уровням организации, порождает высокую вариабельность реагирования различных организмов на сходные параметры электромагнитного воздействия. С отличиями свойств клеток, тканей и органов у одного и того же организма сопряжено дифференцированное реагирование его различных структур на одинаковые ЭМП. Повышению вариабельности реагирования способствуют изменения физиологического состояния организма.

Эффекты постоянных МП связаны с магнитной восприимчивостью биологических структур, диамагнитными свойствами белковых макромолекул и изменением свойств воды. Способность некоторых организмов ориентироваться в МП сопряжена с биогенным накоплением в их теле магнетита. Однако магнитная восприимчивость находится в обратной зависимости от активности метаболизма, что противоречит предположению, согласно которому мигрирующие животные пользуются магнитной ориентацией [11].

Литература

  1. Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа. - М.: Наука, 1968. - 288 с.
  2. Чернышев В.Б. Экология насекомых. - М.: МГУ 1996. - 304 с.
  3. Еськов Е.К. Этология медоносной пчелы. - М.: Колос, 1992. - 336 с.
  4. Холодов Ю.А. Реакции нервной системы на электромагнитные поля. - М.: Наука, 1975. - 208 с.
  5. Сербант Ю.В., Троянский М.П. Радиоволны и живой организм. - М.: Знание, 1969. - 64 с.
  6. Дубров А.П. Геомагнитное поле и жизнь. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 176 с.
  7. Броун Г.Р. , Ильинский О.Б. Физиология электрорецепторов. - Л.: Наука,. 1984. - 247 с.
  8. Протасов В.Р., Бондарчук А.И., Ольшанский В.М. Введение в электроэкологию. - М.: Наука, 1982. - 336 с.
  9. Гоулд Дж. Л.//Биогенный магнетит и магниторецепция. - М.: Мир, 1989. - Т. 1. - С. 334.
  10. Еськов Е.К., Дарков А.В. Последствия интенивного магнитного воздействия на начальные ростовые процессы у семян растений и на развитие пчел//Известия АН. Сер. Биол. - 2003. - № 5. - С. 617-622.
  11. Еськов Е.К. Специфичность реагирования на электромагнитные поля и их использование биообъектами различной сложности//Успехи современной биологии. - 2003. - Т. 123. - № 2. - С. 195-200.

Е.К.Еськов ФГОУ ВПО Российский государственный аграрный заочный университет