книги из ГПНТБ / Дубров, А. П. Геомагнитное поле и жизнь (краткий очерк по геомагнитобиологии)

всего 0,16, причем различие этих долей статистически высоко достоверно (p<0,001). Нарушения ритмики имели 27-дневную повторяемость и значительно повышались

весной и осенью. Последние периоды соответствуют, как

известно, характерным особенностям проявления магнит­ ной возмущенности, связанной с положением Солнца на эклиптике (см. рис. 3). Отмечается, что на геомагнитные возмущения реагируют различные насекомые по-разно­ му [329].

Ориентация насекомых. В большой серии тщательных

итонких экспериментов было обнаружено, что физические

факторы внешней среды, отличные от обычных (световых,

пищевых и других экологических факторов), оказывают решающее влияние на ориентацию тела насекомого в про­ странстве.

Жуки, термиты. Впервые «ультраоптическая» ориента­ ция была замечена в лабораторных опытах с западным

майским жуком [589—592]. Взрослые особи жуков (предва­ рительно охлажденных, для того чтобы лишить их подвиж­ ности) помещали в нормальные условия. После того как проходило холодовое оцепенение, жуки начинали двигаться

иостанавливались в определенном положении. Это оконча­ тельно выбранное жуками направление было не случай­ ным, оно являлось результатом, по терминологии автора,

ультраоптической ориентации. Насекомые выбирали опре­ деленное направление относительно векторов действую­ щих физических полей, связанных с расположением стран света. В дальнейшем было обнаружено, что ультраоптиче­ ская ориентация связана с действием векторов неидентифицированных физических факторов, проникающих через стены, стекло, проволочную сетку фарадеевского ящика и

способствующих проявлению географической ориентации.

Отметим, что результаты исследований [589—592] по ориентации насекомых были высоко статистически значи­ мы. Хотя автор их и не сделал прямого и окончательного вывода, из всех данных следует, что большую роль в так

называемой ультраоптической ориентации насекомого играет ГМП. На это четко указывают: выбор насекомыми определенных географических направлений, влияние на этот выбор магнитного поля в 10 Э, проникновение неиз- ■вестных факторов, определяющих ультраоптическую ори­ ентацию через любые материалы и т. д.

90

Наблюдения в естественных условиях также подтверди­ ли большую роль ГМП в жизни насекомых. Например, бы­

ло установлено, что термиты ориентируют свои подземные галереи и входы в термитники предпочтительно в направ­

лении по магнитному меридиану [377]. Имеются данные,,

что самка (царица) термитов располагается в термитнике вдоль магнитного меридиана [56, 442]. Подобные наблюде­ ния побудили исследователей подробно изучить чувстви­ тельность других насекомых в ГМП и их реакцию на его изменение.

Мухи. Ориентационную способность мух изучали в са­ мых разных опытах: в боксах со стеклянными стенками квадратной формы, в круглых высоких чашках Петри, за­

крытых от света бумагой, причем чашки поворачивались на 60° после каждой проверки. Кроме того, насекомых CallipIwra erythrocephala Meig и Musca domestica L. фотографи­

ровали в комнате без окон при искусственном освещении в особых кубических контейнерах, где положение посадки и отдых насекомых изучались на освещенном квадратном или круглом основании. При необходимости угол наклона стенок контейнера и частично освещенность можно было изменять в заданных пределах [382]. Угол направления, под

которым располагалось тело насекомых относительно гео­ магнитных полюсов, измеряли с точностью менее чем Io. Опыты показали, что независимо от условий проведения экспериментов насекомые предпочтительно избирали сек­ торы в ±20° около осей север—юг и восток—запад по

отношению к горизонтальной составляющей геомагнитного поля. Следует отметить, что распределение частоты угло­ вых направлений по отношению к полюсам, избираемых

насекомыми при посадке и отдыхе, значительно изменя­

лось при компенсации ГМП примерно до 5% его естествен­ ной величины. Чтобы выявить роль компенсации, насеко­ мых фотографировали при нормальных условиях и при компенсации ГМП. Было обнаружено, что при компенса­

ции ГМП мухи уже не избирают направление север—юг и восток—запад так предпочтительно, как в нормальных условиях (рис. 19).

Отмечено, что в геомагнитном поле предпочтительно избираемыми направлениями для насекомых были на­ правления север — юг и восток — запад и близкие к ним углы. Объективность фотографической регистрации, боль­ шие выборки, с которыми оперируют исследователи,

91

тщательность математической обработки данных гаранти­ руют правильность полученных результатов и исключают психологические ошибки, возможные при подобного рода опытах [324]. Например, для положения отдыха у дрозо­ филы (D. Tnelanogaster) различия между главными ориен-

Рис. 19. Влияние компенсации ГМП на расположение тела мух при посадке отно­ сительно стран света [382].

Z — геомагнитное поле, 2 — компенсация ГМП.

тационными секторами север — юг п восток — запад п на­ правлениями северо-восток — юго-запад и юго-восток —

северо-запад были статистически высокодостоверными

Jjp<0,0005).

Выше указывалось, что при компенсации ГМП кольца­ ми Гельмгольца естественно проявляемая ориентация на­ секомых нарушалась. Такой же эффект был отмечен при компенсации только горизонтальной составляющей ГМП или воздействии искусственным полем, создаваемым вра­ щающимся магнитом. Правда, на ориентацию отдельных особей мух геомагнитное поле оказывало весьма различное влияние. Последнее хорошо согласуется с выдвинутым

92

принципом функциональной диссимметрии, указывающим на разнообразие ответных реакций биологических систем

на действие геомагнитного поля [92, 93, 102].

Хотелось бы отметить, что при изучении влияния ГМП на ориентацию насекомых особое внимание было обращено на правильную статистическую оценку результатов. Досто­ верность данных о предпочтительной ориентации насеко­

мых в различных экспериментальных условиях была про­ верена тестами Колмогорова—Смирнова, тестом Фишера, по t — критерию Стыодента, тестами по Куиперу и Стефен­ су и т. д.

Пчелы. Проблема ориентации пчел в пространстве в по­ исках улья и корма является одной из самых давних и тра­ диционных научных проблем. Внимание исследователей уже привлекала роль ГМП в ориентации у пчел. Однако

вранних работах с пчелами не было обнаружено влияния

ГМП [465, 575].

Впоследние годы были проведены исследования, позволившие с новых позиций оценить роль ГМП в жизни пчел. Как известно, танец пчел в вертикальной плоскости является своеобразным рассказом о том, где находятся рас­

тения, служившие местом сбора пыльцы и нектара [465]. Движением своего тела, в особенности хвостового отдела,

танцующая пчела сообщает об азимутальном направлении кормовой базы. Однако эти указания направления все вре­ мя имеют некоторую неточность (Mißweisung), т. е. содер­ жат определенные отклонения от правильного пути. Уда­ лось установить, что причиной таких «неверных указа­ ний» о действительном месте расположения корма являют­ ся изменения ГМП. Исследователи [506] нашли, что при компенсации ГМП (улей помещали в модифицированную систему колец Гельмгольца) неточные указания направле­ ния на корм становились минимальными. Например, если

вконтрольных условиях отклонения от правильного на­ правления составляли от +4,8 до —10° с разбросом значе­ ний от ±1,4 до 3,8°, то при компенсации ГМП до уровня О—5% они были —3,8° с рассеиванием в пределах ±0,8 до

2,5° (рис. 20). О статистической обработке этих данных и использованных критериях сказано было выше.

Таким образом, благодаря правильной методической по­

становке опытов впервые было получено четкое указание на роль ГМП в жизни пчел. Следует отметить, что влияние

ГМП на пчел и особенно при введении компенсации или

93

при экранировании сказывается не сразу, а через опреде­ ленные промежутки времени, 1∕2-1 час. Кроме того, воз­ можны и адаптационные реакции, т. е. насекомые привы­ кают к измененным условиям электромагнитного окруже­ ния. Последнее хорошо согласуется с данными других маг­ нитобиологов, изучавших возможность адаптации различ­ ных групп животных и птиц к магнитным полям [423, 641].

Дрозофила. Несмотря на первые обнадеживающие ре­ зультаты, вопрос о роли, которую играет ГМП в жизни насекомых, остается открытым. Сейчас четко установлено,

что ГМП оказывает влияние на положение тела насекомых

в пространстве, причем выявляется определенная взаимо­ связь между восприятием насекомым силы тяжести

и ГМП. Этот вывод, полученный в опытах с пчелами

[506], был подтвержден и в опытах с дрозофилой [634]. Негативная геотаксическая ориентация у дрозофилы на плоскости с уклоном 30° достоверно уменьшалась на 5,5°, если магнитные силовые линии Земли проходили с боковой стороны по направлению движения насекомого. Еще оста­

ется неясным, имеет здесь место влияние ГМП на меха­

низм гравирецепции или на нервную систему насекомых в целом.

Однако в исследованиях с насекомыми пока не получе­ но конкретных указаний на то, что в своих целевых поле­ тах за кормом, при поведенческой ориентации или при миг­ рациях они используют каким-либо образом ГМП. ГМП оказывает влияние на отклонение указаний от истинного

направления в танцах пчел, но направление прилета к кор­

мовой площадке, посадка и ориентация тела в этот момент

у источника корма не зависят от ГМП [575, 465]. Необходимо отметить, что обнаруженное влияние ГМП

на восприятие силы тяжести имеет очень большое значе­ ние и послужит основой для дальнейших исследований роли ГМП в ориентационной способности у различных групп животных и птиц.

Птицы и ГМП

Возможная роль ГМП в жизни птиц уже давно привле­ кала внимание исследователей. В частности, гипотезы о влиянии ГМП на способность птиц к пространственной

ориентации и навигации высказывались уже с середины прошлого века [428, 429, 438, 439, 449, 517, 523, 609,

95

618—620, 631]. В настоящее время ГМП придается одно из главных значений при объяснении таких особенностей поведения птиц [16, 73, 231, 233, 370, 460, 493, 606, 607, 641,

646, 647]. Уже давно известна способность птиц совершать

кратковременные и длительные миграции и находить до­ рогу домой к гнездовьям (хоминг, по английской термино­

логии) .

Особо выделяют два типа перемещений у птиц — хоминг и сезонные миграции. Первый тип перемещения —•

сутки-двое, второй тип — сезонные перемещения, происхо­ дящие дважды в году: весенний прилет и осенний отлет.

Сезонные миграции связаны с длительным по времени пе­ релетом птиц на расстояния в сотни и тысячи километров.

В обоих случаях птицы безошибочно находят тот путь, по которому следует лететь, т. е. к своим гнездовьям. Напри­

мер, почтовые голуби способны к хомингу, даже когда нет никаких видимых земных или звездных ориентиров. Пти­ цы могут находить дорогу домой при сплошной облачности,

в сильном тумане или на местности, где наземные ориенти­ ры им неизвестны или отсутствуют, как это случается, когда птиц выпускают в открытом море. Подобного рода наблюдения подтверждаются современными исследования­ ми, когда миграционные перемещения птиц в условиях сплошной облачности изучали с помощью радарных уста­ новок [394—396, 448, 492, 531]. Птицы были способны

к хомингу даже в том случае, когда их привозили в незна­ комое место под наркозом или в закрытых вращающихся

клетках [475, 497].

При наблюдениях за сезонными миграциями было обна­ ружено, что молодые птицы, еще не имевшие опыта, спо­

собны к сезонным перелетам тем же курсом, которым летят

опытные взрослые птицы. При этом получены статистиче­ ски достоверные данные, что из всех окружающих внеш­ них факторов лишь изменение возмущенности ГМП оказы­ вает влияние на ориентационную способность птиц [604, 606]. Оказалось, что выбор птенцами чайки главного на­ правления при осенней миграции (ESE) нарушается тем

больше, чем сильнее возмущенность ГМП в день опыта, а в магнитно-спокойные дни птенцы избирают главное на­ правление. Приведенные факты свидетельствуют о том, что птицы способны «запоминать» место расположения своих

96

гнездовии и находить пути к ним и что, по-видимому, возмущенность ГМП может оказывать влияние на их навига­ ционный механизм.

Несмотря на большое значение Солнца и наземных ука­ зателей для ориентации птиц (ландшафтных особенностей, характера береговой линии, атмосферных условий, как, например, господствующих ветров [478, 516], этими факто­ рами нельзя объяснить необычную способность к хомингу

и выбор путей при сезонных миграциях. Одним из реаль­ ных физических ориентиров может быть ГМП. Однако при­ знание за ГМП роли главного ориентационного сигнала в перелетах птиц пока встречает серьезные трудности. Прежде всего исследователи указывают на то, что до сих пор у птиц не обнаружены сенсорные органы к ГМП

[478], хотя и имеются особые «магнитные» камешки в ор­ ганах пищеварения [444], и некоторые исследователи не выявили способности к выработке условных рефлексов на магнитное поле [539] или быстрое изменение его направле­ ния [460]. Кроме того, за редким исключением [493, 607], исследования показывают, что искусственные магнитные поля, помещенные около головы или крыльев птиц или их

тела, не нарушают их способности к хомингу [259, 260, 408, 429, 470, 512, 577, 580, 643 и др.].

В частности, искусственные магниты, которые, по мне­ нию использовавших их авторов, должны были нарушать ориентационные способности птиц, были самого разного веса от 0,5 до 1 г и напряженностью l÷100 гаусс. Как экс­ периментальные методы, доказательства и проверки, так и теоретические предпосылки к построению теории нави­

гации у птиц с помощью ГМП вызывают критические заме­

чания и возражения [341, 460, 537, 639].

Однако постепенно накапливались данные, свидетельст­

вующие о возможной роли ГМП в жизнедеятельности птиц.

Прежде всего, были получены экспериментальные подтвер­ ждения того, что птицы способны реагировать на слабые искусственные магнитные поля [314], изменять свою актив­ ность [351, 521, 529], реагировать на изменение ГМП [341, 518, 519, 606]. Следует особо отметить, что была обнаруже­ на большая чувствительность птиц к диапазону интенсив­ ности магнитного поля, близкому к ГМП. [164 а, 567, 641].

При изучении ориентации птиц в лабораторных усло­ виях с помощью метода круглой клетки [501] оказалось,

что различные виды птиц в миграционный период (даже

в условиях клетки) проявляют направленные движения — так называемое миграционное беспокойство. Для автомати­ ческой записи миграционных движений весь периметр круглой клетки разделяется на равные части 8—12 жер­ дочками. При давлении на жердочку, осуществляемом птицей, замыкаются контакты электрического реле, управ­ ляющего самописцем, и поэтому каждое движение птицы

в соответствующем направлении точно фиксируется. По­

скольку каждая жердочка соответствует какому-либо гео­

графическому направлению (через 30—45°), то, подсчиты­ вая суммарное количество прыжков, сделанное птицей, при длительном анализе можно выявить направление активности птиц за определенные периоды времени.

Методом круглой клетки было обнаружено, что при

экранировании в стальной камере ранее четко направлен­ ные миграционные движения птиц нарушались [466, 519, 641], а сами птицы, находящиеся в состоянии миграционно­ го беспокойства, испытывали влияние со стороны ГМП. Для проверки этого вывода круглую клетку с птицей поме­ щали в большие кольца Гельмгольца (диаметр 2 м), при­ чем одна пара колец, расположенная в направлении се­ вер — юг, ослабляла ГМП, а вторая пара, перпендикуляр­ ная к ним, создавала новое поле (0,47; 0,88 гаусс) с раз­ личным направлением «севера» (рис. 21). При наложении нового поля и повороте искусственного севера главное миг­

рационное направление птиц также перемещалось [518, 519].

Эксперименты с птицами проводились также в планета­

рии, причем круглую клетку помещали в прямоугольный соленоид, чтобы создать искусственное магнитное поле (от 0,2 до 3,46 Э). Такая методика позволила использовать ис­

кусственные астрономические ориентиры в сочетании с магнитным полем. На основании экспериментов О. Б. Луцюк и Г. К. Назарчук [164 а] пришли к заключе­

нию, что птицы определяют направление миграции по астрономическим ориентирам и направлению горизонталь­

ной составляющей ГМП. Если же звездные ориентиры не

видны или их расположение необычно, то птицы ориенти­ руются по направлению горизонтальной составляющей

ГМП.

В заключение отметим, что к отрицательной оценке роли ГМП в жизнедеятельности птиц следует подходить с осторожностью. Основанием этого служит прежде всего

98

то, что лабораторные исследования даже при самой совер­ шенной технике, но в условиях ограниченного пространст­ ва, будь то клетка или планетарий, могут дать лишь части­ чный ответ на вопрос о влиянии ГМП на ориентацию и на­ вигацию. Этот вопрос может быть полностью решен только

Рис. 21. Влияние естественного и искусственного магнитного поля на выбор миграционного на­ правления у птиц [520].

Расположение клетки: а — в ящике Фарадея; б — в деревянном доме, контроль, в — в концах Гельмголь­ ца с положением севера в направлении ESE, г — то же, но положение севера в направлении W.

в условиях свободного полета птиц или в условиях теле­ метрического эксперимента при неограниченной свободе их перемещения. Чувствительность же птиц к ГМП все более и более становится ясной. Уже имеются данные, что с мо­ мента кладки яиц в гнезде ГМП оказывает влияние на жизнь птиц [132]. Так, ориентация яиц определенным кон­ цом на север или на юг способствует изменению скорости их развития и сдвигу полов в потомстве [4].

99