Предварительные результаты исследования в области биомагнетизма пчел
За последние годы получено большое количество доказательств влияния магнитного поля Земли на жизнедеятельность пчел, которые представлены в таких работах, как «Из жизни пчел» К.Фриша (1980), «Новое о биомагнетизме» под редакцией Дж. Кришвинка (1989), «Экология медоносной пчелы» Е.К. Еськова (1995) и др.
Обнаружено, что пчелы ориентируются в геомагнитном поле (например, при строительстве сотов), воспринимают направление сторон света, а регулярные изменения суточных циклов величины поля используют для ориентации во времени (биологические часы). Интересным, на наш взгляд, является взаимосвязь виляющего танца при передаче информации другим пчелам о местонахождении источника взятка и существующей «остаточной» ошибки указанного направления. Удивительно, что эта «остаточная» ошибка минимальна при ориентации сотов с севера на юг и максимальна при расположении сотов в улье с запада на восток [1]. Примеры указывают на влияние геомагнитного поля Земли на жизнь пчел. Медоносная пчела (apis mellifera) воспринимает и напряженность, и направление магнитных полей.
Механизмы восприятия магнитного поля пчелами пока не имеют убедительного объяснения. После открытия биомагнетита (Fe304) сначала у хитонов, затем у пчел, а теперь и у многих других организмов (китов, голубей и т.д.) более правдоподобным представляется механизм, основанный на ферромагнитных свойствах этого материала (магнетизм и супермагнетизм).
Тело пчелы содержит миллионы микроскопических кристалликов магнетита Fe304. Предполагается, что они формируются в стадии куколки. По данным Дж. Кришвинка, они размещаются в передней части брюшка [2], при помощи которого пчела может реагировать на внешние магнитные поля, например, поле Земли.
При объяснении механизма восприятия магнитного поля пчелами следует придерживаться концепции магнигорецепторов. По данным Дж. Кришвинка (1989), при адсорбции одной молекулы FeOH+ (водорастворимого) на поверхности оксида трехвалентного железа на первой стадии и при формировании кристаллов магнетита на последующей стадии, выделяется по одному протону. В связи с этим, наряду с количеством образующегося магнетита, непосредственно влияющего на магнито- рецепцию пчелы, изменяется скорость реакции и, как следствие, работа протоновой помпы клеточных мембран. Так как магнитный рецептор пчелы иннервирован, то её нервная система реагирует на все факторы указанного механизма. Каждый из магни- торецепторов содержит слабо вытянутый кристалл магнетита объемом около 10-12 мм3 и может свободно вращаться около оси геомагнитного поля [3].
Таким образом, сделаны первые шаги по изучению роли и значения биомагнетита в жизнедеятельности пчел. Необходимо дальнейшее всестороннее рассмотрение явлений, связанных с биомагнетизмом пчел, которое позволит распознать его сущность. Знание этих закономерностей позволит выбрать наиболее верный путь к управлению прогрессивными методами пчеловодства.
В этом направлении лабораторией физических методов исследований УГНИИСХ проводятся дальнейшие исследования биомагнетизма пчел. Разработаны методики изучения свойств биомагнетизма. Для этого выделены частицы магнетита из тела пчелы (из порошка - в фарфоровой ступе измельчили хорошо высушенных пчел - проводилась вытяжка в магнитном поле постоянным магнитом частиц магнетита, видимых невооруженным глазом). Частицы с магнитными свойствами обнаружены в голове, груди, брюшке. Чтобы доказать содержание в этих частицах атомов железа (Fe), образцы с биопробами частей тела пчелы были исследованы при помощи рентгеновского масс-спектрометра МС-7201М. Метод исследования - вторичноионная массспектрометрия. Исследуемый образец распыляется в вакууме с помощью бомбардировки ионами аргона. Вторичный поток анализируется по массам в монопольном анализаторе. Основное содержание порошков - углеводороды. В области а.е.м. 56 обнаруживается пик, который может быть обусловлен наличием в порошках атомов Fe. Интенсивность линии крайне низка и не позволяет сделать никаких количественных оценок. Специфика образцов не позволила получить более качественные спектры ввиду зарядки поверхности под пучком первичных ионов. По полученным спектрам можно лишь сказать о наличии в тканях пчел Fe в концентрациях ниже 0,1% (анализ проведен в лаборатории электронной структуры поверхности ФТИ УрОРАН, г.Ижевск). Полученные спектрограммы приведены на рис. 1.
Было проведено исследование этих же биопроб методом рентгеноструктурного анализа для определения химических соединений атомов железа. Результаты исследований показаны на рис. 2.
Сравнивая полученные дифрактограммы с градуировочной шкалой для соединений железа, трудно определить, в каком соединении находятся атомы железа в биопробе. Возможно, соединения железа находятся в аморфном или мелкодисперсном состоянии, т.к. дифрактограммы не соответствуют ни одному кристаллическому состоянию соединений Fe.
Рис.1. Спектрограммы биопроб частей пчелы: а) голова: б) брюшко, в) грудь
Рис. 2. Рентгеновская дифрактограмма биопроб частей тела пчелы. СиКα—излучение: 1 - брюшко, 2 - грудь
Для дальнейшего изучения подготовлены образцы для проведения исследований ядерным резонансом (эффект Мёссбауэра) и электронным микроскопом. Изучение влияния магнитных полей на жизнедеятельность пчел будет проводиться с помощью изготовленных катушек Гельмгольца, магнитоизмерительного прибора ИГМП-ЗМБ и разработанной системы регистрации реакции пчел на магнитные возмущения. Система регистрации обнована на спектральном и временном анализе звуковых сигналов.
Будет рассмотрен ряд конкретных задач по данному направлению. В частности, будут решаться следующие задачи:
- Изучение биомагнетизма пчел для определения взаимодействия магнитных полей (постоянных, переменных, естественных, то есть магнитного поля Земли, техногенных). Основное внимание будет уделено вскрытию механизмов влияния и, в частности, выяснению роли биомагнетизма пчел.
- Изучение структуры, химического состава и определение физических (магнитных, электрических и др.) свойств магнетита.
- Теоретическое и натурное моделирование магнитных полей в улье, создаваемых искусственными источниками магнитного поля и проведение опытов.
Изучив эти вопросы, в дальнейшем можно:
- определить допустимые уровни магнитных полей, при которых обеспечивается нормальная жизнедеятельность пчел;
- разработать рекомендации по конструированию улья, расположению его относительно магнитных полей Земли и техногенных источников, при которых достигается максимальная продуктивность и комфортные условия жизни пчел.
Такие планы и задачи являются приоритетными в деятельности лаборатории физических методов исследований УГНИИСХ.
Удмуртский государственный научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН, Ижевск, Ижевский технический университет
Литература
- Фриш К. Из жизни пчел/ Пер. с нем. Г.И. Губиной. М.. Мир, 1980. 215 с.
- Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме: В 2 т./ Пер. с англ./ Под ред. Дж. Киршвинка. М.: Мир, 1989. 576 с.
- Барбарович Ю.К. Тайны пчел. СПб.: Петроградский и К0, 1993. 192 с.