Влияние потоков атмосферных нейтронов на биологическую эволюцию

1Салагаева а.В., 1,2Хлебопрос р.Г.

1. Государственное автономное бюджетное учреждение Красноярский научный центр СО РАН

2. Сибирский федеральный университет

В статье рассматривается влияние потоков космических лучей, преимущественно вторичных нуклонов, на процессы биологической эволюции. Воздействия космических лучей, особенно атмосферных нейтронов на биологические объекты и процессы, является актуальной темой для дальнейших исследований. В настоящее время экспериментально установлено воздействие атмосферных нейтронов на клетки различных культур [2]. Следовательно, можно сделать предположение, что атмосферные нейтроны оказывают значительное воздействие на биологическую эволюцию. В данной статье делается предположение, что подобное воздействие максимально в периоды инверсии геомагнитного поля, когда планетарное магнитное поле резко ослабляется, и во время вспышки сверхновых типа IIb [], расположенных на расстоянии от Земли.

Введение

В космофизических и геофизических факторов на биологические процессы обсуждалось и обсуждается в многочисленных публикациях [].Родоначальником этих исследований является российский биофизик Чижевский А.Л. Еще в начале прошлого столетия он обнаружил связь солнечной активности и активизации некоторых биологических процессов, в частности, им было отмечено резкое возрастания числа эпидемий в период максимальной солнечной активности []. Ему же принадлежат работы по воздействию космических лучей на эритроциты крови [1]. В своей работе [1] он показал, что космические лучи существенно влияют на электрические, гидродинамические и магнитные свойства движущихся эритроцитов.

В настоящее время появились работы, в которых обсуждается взаимосвязь потоков космических лучей и биосферы Земли []. В частности, в работе [] исследуется влияниe высокоэнергетичных мюонов на фитопланктон []. В работе [] рассматривается воздействие высокоэнергетичных нейтрино на ДНК []. Имеются многочисленные работы о воздействии ионизирующего излучения и протонов на биообъекты []. Значительно меньше исследований посвящено изучению воздействия вторичных нейтронов космических лучей на биосферу планеты. Ранее считалось, что подобные воздействия не должны иметь место, но в последнее время появились публикации [3] о биологическом воздействии нейтронов малой энергии. Отмечается связь онкозаболеваний и возрастания потоков малоэнергичных атмосферных нейтронов [].

. При этом основную роль он отводил частицам с отрицательным зарядом и отрицательным ионам (аэроионы Чижевского Наличие отрицательных ионов необходимо для нормального функционирования кровеносной системы. Данные исследования были продолжены в работе [4]

Физико-химический механизм воздействия космического излучения на клетку, в том числе и нейтронов, аналогичен действию ионизирующей радиации. В первую очередь [4] нарушаются первичные электрические барьеры, в результате чего падает проницаемость мембран. За время одной солнечной вспышки (4 − 10 часов) подобные точечные пробои мембраны могут происходить десятки раз. Воздействие вторичных нейтронов проявляется в слиянии мембран клеток при сохранении ядерного материала. Так, сравнительный анализ экспериментальных данных по облучению крыс нейтронами, рентгеновским излучением и гамма квантами показал, что при одинаковых дозах облучения нейтронами гепатоциты крыс удваивают свою плоидность (клетки сливаются) уже при малых дозах. Слияния клеток при других видах облучения происходит при дозах близких к летальным. Подобный эффект воздействия нейтронов характерен как для безъядерных клеток (эритроцитов), так и для ядерных (клетки культур различной этиологии). Аналогом физической модели слияния клеток может служить эффект слияния мелких капель струй воды при их разбрызгивании на единую крупную каплю в вершине струи с диаметром на порядки превышающих диаметр отдельных капель. Капли резко увеличиваются в размерах вследствие их электризации.

В 2005 г. группа российских биофизиков экспериментально подтвердила, что нейтроны вторичных космических лучей активно воздействуют на биологические объекты, запуская механизм слияния клеток [5]. Следует отметить, что более ранние эксперименты по установлению эффекта воздействия космических лучей на клетки различных культур были проведены 15 октября 1989 г.

Эксперименты проводились на культурах клеток (половые железы форели, хвостовые мышцы рыбы гольяна Pymephales promelas, яичники хомяка) полученных от разных животных. Исследования проводились в северных широтах, где поток атмосферных нейтронов имеет максимальную интенсивность.

По мере деления клеток иногда появляются многоядерные клетки, которые образуются при слиянии обычных в результате нарушения процессов клеточного деления. Сопоставив частоту появления многоядерных клеток с данными спутников GOES-6 и GOES-7 о потоках ядерно-активных частиц, а также с наблюдениями Полярного геофизического института на Кольском полуострове за нейтронными потоками, ученые пришли к выводу, что многоядерные клетки чаще всего образуются в период максимальной фазы магнитных бурь, когда поток атмосферных нейтронов максимален. Следовательно, в данном случае явно прослеживается специфическое воздействие вторичных нейтронов. Так что, по крайней мере в культуре, клетки отвечают на нейтронную бомбардировку увеличением частоты нарушений клеточного деления (Рис.1).

Данные этих экспериментов позволяют предположить, что атмосферные нейтроны способны оказать в некоторых случаях решающее влияние на биологические процессы.

Рис. 1. Количество многоядерных клеток хвостовых мышц рыбы гольяна при фоновых значениях космического излучения (В-1), во время подъема уровня нейтронов у поверхности земли (В-2) и во время геомагнитной бури (В-3) [6].