Файл: Дубров, А. П. Геомагнитное поле и жизнь (краткий очерк по геомагнитобиологии).pdf

эти явления влияет один фактор, у них общая причина периодичности, ритмичности и цикличности.

Возникает вопрос: какой фактор (или группа факто­ ров) может быть ответствен за синхронность реакций и процессов в масштабах всей планеты, если это не метео­

рологические показатели? По нашему мнению, вывод может быть следующим: указанные особенности протека­ ния процессов у разных объектов и в разных группах

явлений можно объяснить, если признать справедливой

точку зрения о йепосредствеином влиянии ГМП на биосферу Земли. Укажем, что вопрос о влиянии и роли в этих процессах гравитации должен быть рассмотрен отдельно.

Ряд наблюдений определенно свидетельствует в пользу того взгляда, что действующим фактором может быть ГМП. Прежде всего на это указывает универсальность обнаруженных связей, охватывающих как молекулы воды, так и целые организмы. Многие исследователи экспери­ ментально подтверждают, кроме того, что и естественные, и слабые искусственные магнитные поля могут оказывать свое действие на молекулы воды [133, 137, 211, 216] и на организмы животных [369, 371]. Дополнительным свиде­ тельством тесной связи биологических процессов с ГМП являются и резкие изменения циклических колебаний процессов в живой природе, синхронные с магнитными бурями, а также четкий годовой ход, подобный ходу гео­ магнитной активности, 27-дневная повторяемость природ­ ных явлений, совпадающая с 27-дневной рекуррентностью

магнитных возмущений.

Однако вместе с тем следует предостеречь от слишком упрощенного взгляда на биологическое действие ГМП.

Дело в том, что влияние этого фактора на живые системы

с различным уровнем организации проходит и опосредует­ ся через сложные экологические и климато-метеорологиче­ ские цепи и звенья, ибо эта связь основывается на слож­ ных закономерностях, существующих в природе. Вот по­

чему во многих случаях влияние ГМП затушевано, скры­ то серией промежуточных звеньев чисто биологической взаимосвязи, стохастическим развитием процессов в био­ геоценозах. Поэтому наряду с синхронными и синфазны­

ми проявлениями ход некоторых процессов может быть противоположным или иметь максимальные либо мини­ мальные значения, не совпадающие с аналогичными

31

значениями геомагнитных процессов. Кроме того, по по­

следним данным, большое значение может иметь функ­

циональная диссимметрия биологических объектов, при­ вносящая так много разнообразия в ответные реакции живых организмов на ГМП и другие факторы [92, 93, 102]. Таким образом, ГМП действует на фоне сложного развития различных биогеоценотических процессов и весь­ ма специфичных связей между ними. Ступенчатость под­

в биосфере Земли также оказывают свое влияние на био­ логическое действие ГМП.

Необходимо отметить, что, помимо указанных условий

и процессов, возникающих в экологических системах, большое значение имеют такие физические факторы, как характер ионизации, электрическое поле атмосферы и Земли [365, 573, 623], электромагнитное поле самих био­ логических объектов [230, 231]. Хотелось бы подчеркнуть также роль таких факторов, как температура и влажность воздуха, свет, которые еще больше осложняют взаимосвя­

зи процессов в биосфере с ГМП. Влияние и роль их под­ час могут быть решающими в развитии биологических явлений на протяжении длительного периода времени.

Так, в зимние периоды в средних широтах или в периоды муссонных дождей в низких широтах проследить влияние ГМП на живую природу в естественных условиях практи­ чески невозможно. В таких случаях необходимо либо при­ менять специальные методы, либо наблюдать за особыми группами живых организмов, поддающихся в эти периоды

исследованию. Например, зимой, когда деревья находятся в состоянии своеобразного анаэробиоза и их функциональ­ но-динамические характеристики практически постоянны, у почвенных микроорганизмов можно заметить даже при минусовых температурах резкие изменения их деятель­ ности. В частности, в специальных биометрах [241] пока­

зано изменение динамики почвенных бактерий, грибов, водорослей и содержания общего, аммиачного, нитратного азота в зимних условиях, связанное с солнечной актив­

ностью [241].

Однако, несмотря на реальность всех данных о син­ хронности и синфазности природных процессов, эта одно­

временность может служить лишь указанием на общность действующих причин или факторов, но не бесспорным

32

свидетельством влияния ГМП. Воздействие ГМП на био­ логические процессы требует еще дополнительных дока­ зательств и прямых подтверждений. Рассмотрим их.

ПРЯМЫЕ И КОСВЕННЫЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ВЛИЯНИЯ ГМП НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Прежде чем подробно рассмотреть взаимосвязь биоло­ гических процессов с ГМП, остановимся на фактических данных, указывающих на реальность этого влияния. Такая постановка вопроса вполне правомерна, ибо напряжен­ ность ГМП не превышает в среднем 0,5 Э, причем, коле­ бания элементов ГМП по горизонтальному вектору даже в период очень больших геомагнитных бурь состав­ ляют максимально 600 гамм, а интенсивность ис­ кусственных электромагнитных полей, имеющих место в городских условиях, намного превосходит естественный

фон [233].

Кстати, в производственных и бытовых условиях люди могут подвергаться воздействию полей, в десятки и даже

сотни раз превосходящих ГМП [53]. Достаточно сказать, что фен, используемый в парикмахерских для сушки волос, создает напряженность магнитного поля до 24 гаусс [505]. Телевизионная башня, например, с радиусом пере­ дачи 100 км и несущей частотой 200 МГц излучает

в пространство поток мощностью в 2∙10~17 Bt∙m^^2∙ Гц“1, Люди, проживающие в городе или его окрестностях, в ра­ диусе передающего телецентра, в течение 6 часов в сутки

находятся в таком сильном потоке электромагнитного излучения, который Солнце создает лишь изредка в тече­

ние нескольких минут во время хромосферных вспышек

[112]. Естественно, может возникнуть недоуменный вопрос: почему мы рассматриваем биологические эффекты естест­ венных электромагнитных полей и считаем их влияние определяющим, если действие искусственных электромаг­ нитных полей значительнее? Казалось бы, излучение, со­ здаваемое промышленными установками и бытовыми приборами, должно было быть более эффективным, чем создаваемое естественными электромагнитными полями.

В связи с этим даже было высказано предположение, что искусственно создаваемый электромагнитный фон может влиять на развитие живых организмов [230, 231, 233].

Не умаляя значения, которое имеют искусственные

электромагнитные поля для живых организмов, следует указать, что сильное биологическое влияние оказывают

естественные электромагнитные поля, и это можно объяс­ нить информационным специфическим характером их влияния. ИменнЪ это заставляет внимательно исследовать биологическую роль ГМП и именно в этом следует искать причину фундаментального влияния естественных магнит­ ных полей (несмотря на их малую абсолютную величину)

на жизнедеятельность живых организмов и развитие био­ сферы в целом. Еще одна особенность ГМП состоит в не­

прерывности его действия, в повсеместном влиянии в те­ чение долгого времени.

Подтверждения того, что естественные магнитные

поля оказывают свое действие на живы^ организмы,

условно можно разделить на прямые и косвенные.

К первой группе относят эксперименты, в результате

проведения которых становится очевидным, что устране­ ние именно ГМП резко нарушает функциональное состоя­ ние организмов. Это прежде всего эксперименты с исполь­ зованием специальных экранов, вследствие чего биологи­

ческие объекты оказываются в гипомагнитной среде

состаточной напряженностью поля порядка 50—1000 гамм.

Вэту группу прямых доказательств входят эксперименты

скомпенсацией ГМП различными электромагнитными системами (кольца Гельмгольца, сильные постоянные маг­

ниты и т. д.).

Кгруппе косвенных доказательств относят экспери­

менты, подтверждающие возможную биологическую роль ГМП, но из результатов которых нельзя сделать оконча­ тельных выводов, так как не устранено влияние других действующих факторов. Таковы наблюдения за действием

на живые объекты слабых искусственных магнитных полей, соизмеримых по абсолютной величине с естествен­

ными полями. В эту группу входят опыты с биологически­ ми объектами, ориентирующимися в пространстве относи­ тельно геомагнитных полюсов, а также исследования в космических и подводных условиях.

Особое значение на данном этапе исследований биоло­

гической роли ГМП придается еще одному виду косвен­ ных доказательств, так называемой медико-биологической статистике. C помощью простого сравнения и вычисле­

ния корреляционных зависимостей между ходом какого-

34

либо процесса и одновременным изменением элементов ГМП и его активности в различном диапазоне частот делают вывод о наличии или об отсутствии связи между ними. Этим методом, с учетом точной датировки событий, можно четко показать влияние ГМП на ход биологиче­ ских процессов в биосфере Земли [91, 94, 100, 103, 355,

356]. К группе косвенных доказательств примыкают и палеомагнитобиологические исследования, т. е. изуче­ ние изменений ископаемой фауны в осадочных породах в связи с изменением ГМП в далеком историческом прошлом.

Рассмотрим последовательно перечисленные прямые и косвенные свидетельства важной роли ГМП для живых организмов на Земле.

ОПЫТЫ C ЭКРАНИРОВАНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ОТ ВЛИЯНИЯ ГМП

В принципе методика защиты каких-либо устройств от воздействия внешних электромагнитных полей известна давно и использовалась в радиотехнике для устранения всякого рода помех [122].

Необходимо отметить, что защите биологических объ­ ектов от влияния электромагнитных полей посвящено достаточно много работ. Хорошо известны опыты с раство­ рами химических и биохимических веществ, с экранами из металлической сетки, тонкой фольги, медных и сталь­ ных листов и т. д. [207, 208, 211, 277, 443, 546 и др.].

В связи с особыми задачами, стоящими перед нами, вни-

мание мы уделим лишь тем работам, в которых изучалось

экранирование живых организмов от ГМП, а в качестве экрана применялись пермаллой и мю-металл, достаточно

сильно уменьшающие ГМП. Таких исследований было проведено немного, в некоторой мере из-за отсутствия до

недавнего времени тщательных физико-технических рас­ четов для камер, необходимых при работе с биологически­ ми объектами. Такие эксперименты, кроме того, требуют больших материальных затрат не только на специальные экранировочные материалы, но и на автоматизированное

оборудование, без которого трудно получить точные дан­ ные. В последнее время эти трудности были преодолены

35

[172, 361, 544], и эксперименты были начаты рядом иссле­ дователей [394, 635—637, 434].

Работы по экранированию биологических объектов интересны тем, что в них делается прямая попытка пол­ ностью освободиться от воздействия ГМП или по крайней мере сильно уменьшить его влияние. В настоящее время имеется около пяти методов получения пространства

сгипомагнитной средой [369, 434]:

1)наложение полей — изменение векторов ГМП с по­ мощью полосового магнита;

2)астатизация — сведение ГМП к нулю с помощью определенным образом расположенных магнитов;

3)экранирование с применением материалов очень высокой магнитной проницаемости (мю-металл, пермал­ лой) ;

4)компенсация поля с помощью колец Гельмгольца;

5)комбинированное экранирование с помощью мю-ме­ талла и активной электрической компенсацией.

Качество экранирующих устройств стало значительно выше с введением в практику материалов и сплавов с вы­

сокой магнитной проницаемостью (мю-металл, пермаллой и др.). Поскольку эти материалы подробно описаны в спе­ циальных курсах [331], то здесь приведем лишь краткий

перечень материалов, часто используемых в опытах по экранированию, с описанием некоторых свойств их (табл. 1).

Следует заметить, что экран из указанных сплавов не поглощает магнитные силовые линии Земли, а лишь кон­ центрирует и как бы отводит их от экранируемого объекта в сторону меньшего сопротивления. Прямое экранирова­ ние заключается в создании камеры со стенками, толщина которых рассчитана на уменьшение напряженности ГМП.

Эффективность экрана пропорциональна его толщине, но обычно стенки толщиной 1 мм достаточно для того, чтобы создать гипомагнитную среду с уровнем остаточной напря­

женности 50 ±20 гамм. Камеру изготавливают из листов какого-либо сплава, указанного в табл. 1. В настоящее время опуликована обширная сводка экспериментов с био­ логическими объектами, находящимися в условях низких

магнитных полей [434]. Из анализа данных этой сводки следует, что в большинстве случаев при кратковременном пребывании в гипомагнитных условиях ни целые организ­ мы, ни клетки, культивируемые на искусственных средах

36

Таблица 1

Некоторые свойства материалов с высокой магнитной проницаемостью

in vitro, изменений не претерпевают. Однако в ряде опы­ тов даже кратковременное пребывание в гипомагнитной среде привело к сильным нарушениям свойств биологиче­ ских объектов.

Рассмотрим изменения, наблюдающиеся у биологиче­ ских объектов в таких случаях.

Культура изолированных клеток. Опыты были прове­ дены с различными штаммами клеток. Исследовались диплоидные и полиплоидные клетки человека, китайского

хомячка, куриного зародыша и т. д. Изучаемые культуры клеток (Hela, WJ—38, RB и др.) находились в трех ци­ линдрах из мю-металла толщиной 1,25 мм, длиной 60 см

и диаметром 20 см. Цилиндры, ориентированные длинной осью с востока на запад, входили один внутрь другого и были разделены воздушным промежутком 2,5 мм [474].

Напряженность магнитного поля в экранированном

пространстве составляла 50 ±20 гамм. В условиях гипо­

магнитной среды не изменялись ни морфология клеток, ни число их по сравнению с контролем, находившимся в ГМП.

37

Растения. В опыте исследовалась реакция 24 видов

растений на гипомагнитные условия. При сильном умень­

шении ГМП у растений либо ускорялся рост (огурцы, ре­ дис), либо тормозился (ячмень, кукуруза). После двухне­ дельного пребывания в гипомагнитных условиях семена многих растений образовывали больше корней и ростовых почек [457, 594]. Экранирование прорастающих семян хвойных пород вызывает удлинение периода пребывания в состоянии покоя, уменьшает всхожесть семян, поглоще­

ние кислорода и содержание сухого вещества в среднем

на 30% [236].

Кратковременное пребывание растений в среде с оста­ точной напряженностью геомагнитного поля 100 ±50 гамм не изменяло их функционально-биохимических показате­ лей [626] и даже восьмидневное нахождение в гипомагнит­ ных условиях (30 гамм) не приводило к какому-либо на­ рушению в их развитии [527].

У растений, длительно находящихся в гипомагнитной среде, отмечаются гистологические нарушения [339]: за­ держивается дифференциация клеток в первичной коре центрального цилиндра корня, образование кольчатых сосудов ксилеммы и закладка боковых корешков в пери­ цикле: первичная кора становится толще и покрывается своеобразными опухолями.

Следует отметить, что при размножении низших гри­ бов аспергиллуса, пенициллума конидиями (вегетативная форма) в течение двух лет в сверхслабом магнитном поле (до 10_іЭ) не было обнаружено существенных морфоло­ гических нарушений [339].

Микроорганизмы. При экранировании резкие измене­ ния обнаружены у микроорганизмов. Выращивание ста­

филококка (У aureus) в гипомагнитной среде (0,05 Э) приводило к 15-кратному уменьшению числа колоний во всех разбавлениях и к уменьшению размеров колоний по сравнению с контролем, находившимся в условиях ГМП

[384].

Клетки азотобактера после 3—4-месячного пребывания в сверхслабых полях (10~4Э и менее) изменяют свою фор­ му и объем. Они превосходят в 6—8 раз по объему клетки,

выращенные в обычных геомагнитных условиях [337, 339]. Интересно, что в. гипомагнитных условиях среди клеток азотобактера образуются несвойственные для него «нит­ чатые» и «стрептококкообразные» формы.

38

Насекомые. Термиты обладают способностью распола­ гаться в гнездах ориентированно, с востока на запад, при­ чем эта способность не нарушается и в лабораторных условиях [377]. Но если насекомых поместить в железный ящик, где геомагнитное поле очень ослаблено, направлен­

ная ориентация их тела относительно стран света отсут­ ствует.

Высшие животные. Длительное пребывание животных

в условиях экранирования приводит к необратимым изме­ нениям в их организме [428, 485]. Опыты были поставлены

США). Испытуемых животных (белые мыши линии SwissWebster) помещали в цилиндры из мю-металла. Окна и торцовые концы цилиндров были закрыты плотной про­ волочной сеткой, изготовленной из немагнитной нержа­ веющей стали. Контрольных животных посадили в сход­ ные алюминиевые цилиндры.

Взрослая популяция животных в каждом цилиндре состояла из 8 мышей. Первоначально в каждом цилиндре

находилась одна семья (группа I — один самец и три сам­ ки). Время пребывания родительских форм в экраниро­

ванных условиях колебалось от 4 до 12 месяцев.

Первое поколение (Fi) мышей затем разделили на две половины в день отъема от матери (21-й день). Одну по­ ловину помета возвратили в мю-металлические цилиндры

(группа II), а другую половину (группа III) поместили

в алюминиевые цилиндры для контроля.

Самок родительской группы (группа I) постоянно скрещивали с самцами этой же группы. Вначале, несмот­ ря на преждевременное спаривание и частые беременно­ сти, самки приносили довольно большое и вполне нор­ мальное потомство. К четвертому поколению (F⅛) воспро­ изводство уже прекращалось. Но даже ранее, во втором поколении (Fz), в большей степени, чем в Fz и F⅛, отме­ чались преждевременные выкидыши мышат и канниба­ лизм. В раннем возрасте большое число мышей, находив­ шихся в экранированных условиях, становилось неактив­ ными и вялыми, их поведение было необычным — длитель­ ное время они лежали на спине. Примерно у 14% мышей взрослой популяции отмечалось прогрессирующее облысе­ ние, начиная от головы и далее вниз до половины спины. Часто к шести месяцам животные погибали.

39