Главная / Наука о пчелах / Электрические поля

Восприятие пчелами низкочастотных электрических полей

Сведения об отношении насекомых к НЧ ЭП (электрические поля) имеют важное прикладное значение. Насекомым принадлежит наибольшее представительство среди животных, составляющее около 70% их видового состава. Обилию видов насекомых соответствует многообразие их адаптации к условиям среды. Насекомые не имеют себе равных по разнообразию режимов питания и форм взаимоотношений с другими животными, растениями и микроорганизмами. По отношению к человеку среди насекомых множество полезных и вредных видов. Поэтому актуальна разработка средств интенсификации полезных и ограничения вредных для человека форм функционирования насекомых.

Использование ЭП в качестве средства направленного воздействия на состояние и поведение животных возможно на основе сведений о диапазонах восприятия и фор - мах реагирования на этот стимул. Значительные успехи в области использования ЭП достигнуты ихтиологами. Они обнаружили у некоторых видов скатов очень высокую чувствительность к ЭП, достигающую 1 мкВ/м. На основе сведений об использовании ЭП в системе сигнализации и пространственной ориентации рыб разработаны эффективные средства обнаружения их скоплений и воздействия на поведение. Что же касается насекомых, то до последнего времени имелись только некоторые косвенные доказательства восприятия и использования ими ЭП.

Лишь в последние годы выявлены механизмы восприятия ЭП и ситуации, в которых они используются насекомыми.

Восприятие низкочастотных ЭП. У насекомых обнаружено два независимых механизма восприятия ЭП. Один из них основан на использовании механорецепторных органов, другой - на раздражении наведенными токами. Роль специализированного механорецептора у пчел выполняют быстроадаптирующие- ся трихоидные сенсиллы, расположенные на темени за фасеточными глазами. Амплитуда колебаний волосков находится в прямой зависимости от напряженности ЭП. Его повышению от 5 до 50 кВ/м сопутствует увеличение, амплитуды колебаний волоска примерно в 25 раз. При неизменной напряженности повышение частоты ЭП от 5 до 500 Гц отражается на уменьшении амплитуды колебаний волоска в 1,3 раза.

Микроструктура трихоидной медоносной пчелы

Рис.1. Микроструктура быстроадаптирующейся трихоидной сенсиллы медоносной пчелы 1—волосок, 2—сочленовная мембрана, 3—дендрит нервной клетки, 4—нервная клетка

Колебания волоска деформируют дендрит нейрона, локализирующегося в катикулярной капсуле (рис.1). Нейрон отвечает генерацией нервных импульсов на низкочастотные колебания волоска, отклоняющие его на 1 . Импульсация генерируется только в периоды отклонения волоска (рис. 2). Фиксация волоска в любом отклоненном положении, отличающемся от исходного (равновесного), не стимулирует нейрон генерировать нервные импульсы. Интенсивность стимула, отклоняющего волосок, кодируется в количестве нервных импульсов, урежающихся в процессе адаптиции рецептора.

Электроответ трихоидной сенсиллы

Рис. 2. Электроответ трихоидной сенсиллы (1) на колебания волоска (2)

Подобно трихоидным сенсиллам под действием ЭП вибрируют антенны. Их резонансная частота у пчел приходится на 50 Гц. ЭП указанной частоты при напряженности 70 кВ/м отклоняет антенны на 3°, при 150 кВ/м - на 17°.

Вибрации антенн воспринимаются джонстоновыми органами, а также многочисленными антеннальными проприорецепторами. Эффективность действия ЭП возрастает с повышением статического заряда на теле насекомого, так как оно влияет на увеличение отклонения антенн.

Частотная характеристика медоносной пчелы

Рис. 3. Частотная характеристика чувствительности бумажных ос (А) и медоносной пчелы (Б) к ЭП

Восприятие ЭП, не связанное с механорецепцией, основано на раздражении насекомых наведенными токами. Их раздражающая эффективность возрастает с повышением напряженности ЭП, частота которого нелинейно связана с величиной наводимых токов, что вместе с нелинейной частотной зависимостью чувствительности насекомых к току порождает неравномерность частотной характеристики восприятия ими ЭП. У пчел и бумажных ос максимум чувствительности к ЭП приходится на 500 Гц. Порог чувствительности на этой частоте у пчелиных семей равняется 0,5 кВ/м, у осиных - 0,04 кВ/м. С понижением частоты чувствительность к ЭП уменьшается менее, чем в случае ее повышения (рис.З).

Реагирование на электрические поля пчелами

Насекомые по-разному реагируют на ЭП в зависимости от их частоты и напряженности. Немаловажное значение имеет продолжительность действия ЭП, состояние насекомого и биологическая ситуация. Отличается также реагирование насекомых на изменение параметров природных ЭП и их искусственную генерацию.

Повышение активности атмосфериков, сопутствующее приближению грозового фронта, стимулирует пчел прекращать фуражировку и возвращаться в улей. Доминирующая роль в этом принадлежит раздражению пчел наведенными токами, порождаемыми атмосфериками. Они, стимулируя инстинкт хоминга, обеспечивают защиту от неблагоприятных погодных условий.

Естественное ЭП, порождаемое колебаниями брюшка электростатически заряженной пчелы, используется в системе внутригнездовой связи. Пчела-сигналыцица, обнаружившая обильный источник корма, заряжается трением об опорный субстрат. Наличие заряда и колебания брюшком порождают изменение напряженности статического поля, воспринимаемые механорецепторами, без которого в перенаселенном пчелином жилище невозможна передача информации о месте расположения источника корма. Тем самым обеспечивается быстрая мобилизация рабочих пчел на его доставку в гнездо. Такое использование статического электричества обнаружено только у медоносной пчелы. Кстати, только у этого вида животных обнаружено использование пульсирующего звукового сигнала для указания расстояния от цели полета.

Поля ВЛ ЛЭП стимулируют дестабилизацию внутри- гнездового микроклимата. В гнезде семьи, находящейся под ЛЭП-500 кВ, температура повышается по отношению к норме на 3-7 °С, концентрация углекислого газа возрастает в 2-6 раз (при норме в разных зонах гнезда от 0,1 до 0,3%). ЭП интенсифицирует прополисование пчелами легкового прохода и примыкающих к нему частей улья. Этому сопутствует уменьшение доставки кормовых запасов. Отмеченные последствия воздействия ЭП на пчел устраняются экранированием улья.

ЭП стимулируют активизацию локомоций у пчел и ос. Степень их активизации зависит от напряженности ЭП. Гиперактивизацию локомоций пчел стимулирует ЭП частотой 500 Гц при напряженности 20-30 кВ/м. Их очень высокая активность под действием такой стимуляции поддерживается в течение 4-7 мин. Затем начинается некоторый спад активности, чему сопутствует образование на сотах скоплений пчел, ори- ентируемых преимущественно вдоль силовых линий.

У пчел с уровнем возбуждения связаны изменения спектральной структуры генерируемых ими звуков. Поэтому изменениям физиологического состояния пчел под действием ЭП сопутствуют определенные преобразования звуковых спектров. ЭП, напряженность которых 2-кратно превышает пороговое значение, стимулирует увеличение интенсивности составляющих в диапазоне 400-550 Гц в среднем на 1,5 дБ, 10-кратно - на 4 дБ и 100-кратно - на 24 дБ. Однако общая интенсивность звуков под действием ЭП, напряженность которого в 100 раз превосходит пороговое значение, возрастает всего на 5 дБ. Спектральные преобразования в такой ситуации выражаются также в повышении частоты энергетических максимумов на 25-35 Гц.

Рыжие лесные муравьи реагируют на ЭП торможением двигательной активности. Ее резкое понижение стимулирует в течение 15-20 мин ЭП напряженностью 90 кВ/м (частота 500 Гц). ЭП побуждает защитные реакции муравьев, выходящих из муравейника. Многие из них, поднявшись на вершину холмика, выбрасывают защитный кислотный секрет. Из-за массового перемещения муравьев на поверхность муравейника происходит некоторое повышение температуры и концентрации углекислого газа в верхних ходах холмика.

Перспективы использования реагирования насекомых на ЭП

ЭП обладает выраженным репеллентным эффектом. Он настолько велик, что превосходит трофическую мотивацию. Например, около 100 пчел собравшихся у кормушки, наполненной медом, взлетают с нее за 30 с после включения ЭП напряженностью 40-60 кВ/м. Бумажные осы, живущие в надземных гнездах, покидают их за 1-3 мин. при действия ЭП напряженностью 7 кВ/м. Осы, вылетевшие из гнезда, в течение периода стимуляции полем кружатся перед гнездом и возвращаются в него после прекращения действия ЭП.

Активизация пчел и повышение внутригнездовой температуры под действием ЭП позволяет использовать это средство для стимуляции репродуктивной активности овулирующих самок (маток) пчел. Необходимость в этом возникает в конце лета, если исчерпаны иные средства стимуляции воспроизводства пчел. Количество расплода возрастает более чем на порядок в случае ежедневных кратковременных (по 10-15 мин) воздействий на пчелиные семьи ЭП напряженностью 15-20 кВ/м.

ЭП способствует многократному усилению эффективности химических препаратов, применяемых в пчеловодстве для борьбы с паразитирующими на пчелах клещах варроа Якобсони. Применение ЭП в устройствах для термического освобождения от клещей обеспечивает повышение выживания пчел. Этому способствует активизация их локомоций, что интенсифицирует удаление воды через дыхательную систему. При гипертермии переполнение разветвлений дыхательной системы водой служит одной из главных причин гибели насекомых.

Своеобразной реакцией пчел на длительное действие ЭП является прополисование прилеткового участка улья. Это позволяет использовать ЭП для интенсификации сбора прополиса пчелами. ЭП напряженностью 5 кВ/м, действующее на пчел в течение месяца, увеличивает количество прополиса, собираемого в прилетковой зоне, примерно в 30 раз.

Реагирование ос и пчел на неблагоприятные для них параметры ЭП открывает новые перспективы расширения средств, используемых в системе экологического мониторинга. Скопления или семьи этих насекомых удобны в качестве тест-объектов. С их помощью возможен, например, контроль возмущений атмосферного электричества, которые предшествуют землетрясениям. Тест-реакциями могут служить спектральные изменения звуков, генерируемых насекомыми, а также активация их локомоций и интенсификация тепловыделения. При этом целесообразно применение радиотехнических средств, обеспечивающих прием, усиление и частотные преобразования наиболее типичных вариаций ЭП, предшествующих определенным природным катастрофам.

Заключение. Низкочастотные ЭП воспринимаются быстроадаптирующимися трихоидными сенсиллами, антеннами и другими механорецепторными органами, реагирующими на действие поля смещениями (колебаниями) их первичных преобразователей физического воздействия. ЭП воспринимаются также посредством раздражения наведенными токами, протекающими в местах контактирования насекомых друг с другом и токопроводящими поверхностями. Частотная характеристика чувствительности к ЭП определяется соответственно резонансными свойствами первичных преобразователей механорецепторов и чувствительностью к наведенному току.

Насекомые адаптировались к использованию интенсификации атмосфериков как предвестника неблагоприятной погоды. Изменения напряженности статического поля, порождаемые колебаниями частей тела пчел, используются ими для локализации сигналыциц. Этим обеспечивается надежность передачи информации и ее высокая мобилизационная эффективность.

Антропические ЭП высокой напряженности порождают этологические аномалии у насекомых. Высокой эффективностью действия обладают ЭП высоковольтных линий электропередачи. Насекомые, оказавшись под ВЛ ЛЭП, чаще всего неадекватно реагируют на действие ЭП. Это связано с отсутствием адаптации к длительному воздействию ЭП высокой напряженности, так как они не имели места в комплексе абиотических факторов, детерминировавших основные направления филогенеза насекомых.

Специфичность реагирования насекомых на ЭП позволяет использовать это средство для управления поведением насекомых. Посредством ЭП можно эффективно влиять на репродуктивную функцию самок, сильно активизировать локомоции, быстро и на значительную величину повышать внутригнездовую температуру у социальных насекомых. Высокая чувствительность насекомых к ЭП и изменение их структуры в периоды, предшествующие землетрясениям, открывает новые перспективы для прогнозирования землетрясений и некоторых других природных катастроф.

Словарь специальных терминов

  • Антенны - членистые парные придатки головы насекомого, несущие на себе множество химических и механических препаратов.
  • Гипер - сверх.
  • Джонстонов орган - механорецептор, расположенный на антеннах насекомых.
  • Локомоция - разновидность движений, связанных с перемещением в пространстве
  • Мотивации (побуждение) - состояния мозговых структур, побуждающие совершать действия, направленные на удовлетворение своих потребностей.
  • Напряженность электрического поля - отношение силы, действующей на заряд, к величине заряда.
  • Прополис (пчелиный клей) - смолистые выделения растений, собираемые и используемые пчелами для герметизации жилища. Прополис используется в качестве сырья для производства бактерицидных препаратов.
  • Трихоидная сенсилла - волосковый чувствительный орган.
Е.К.Еськов
Академия пчеловодства. Рыбное