книги из ГПНТБ / Дубров, А. П. Геомагнитное поле и жизнь (краткий очерк по геомагнитобиологии)
.pdfпоказателя [80]. Из этого следует, что взаимосвязь живых
организмов с ГМП обусловливается как внутренними, так и внешними факторами. C подобным явлением исследова тели встретились при изучении ориентации корней рас тений.
В первоначальных исследованиях ориентации корневой системы растений было выявлено, что боковые корни в сво бодных условиях располагаются в направлении север — юг. Опыты с радиоактивными изотопами подтвердили это и по казали, что поступление меченого фосфора из почвы было больше на северной и южной сторонах, чем на восточной и западной [550, 553, 554, 557]. Но вместе с тем было обна ружено, что некоторая часть растений, произрастающая на
том же поле, имеет и другое направление роста корней
[550].
Таблица 5
Влияние направления посева на ориентацию корней озимой пшеницы, выращенной в полевых условиях, Летбридж,
штат Альберта, Канада
Количество растений с корневой
|
|
системой, ориентированной в оп |
|||||
Направление |
Направление роста |
|
ределенном направлении |
||||
сева |
корней |
1958 |
1959 |
1960 |
1961 |
среднее |
|
Севѳр—юг |
Север—юг |
||||||
72 |
80 |
72 |
69 |
73,4 |
|||
|
Восток—запад |
0,0 |
4,5 |
8,0 |
7,8 |
5,1 |
|
|
Разнообразное |
28,0 |
15,5 |
20,0 |
22,4 |
21,5 |
|
Восток—за Север—юг |
63,8 |
81,0 |
71,0 |
68,6 |
71,1 |
||
пад |
Восток—запад |
7,6 |
5,5 |
8,0 |
6.8 |
7,1 |
|
|
Разнообразное |
28,3 |
13,5 |
21,0 |
24,6 |
21,8 |
|
Из табл. 5 следует, что в естественных условиях наряду с растениями, имеющими преимущественную ориентацию корней в направлении север — юг, существует определен ное число растений, с разнообразной ориентацией корней. Последующие исследования и в лабораторных, и в естест венных условиях с дикими растениями подтвердили эти факты. В частности, у 175 растений дикого овса, произрае-
110
тавших в четырех географических районах центральной части Северной Америки было обнаружено, что корневая
система располагается преимущественно в направлении север — юг. В противоположность этому при посеве в по левых условиях корни ржи (Secale сегеаіе) располагались
в разных направлениях. Однако, несмотря на открывающие ся сложности в проявлении магнитотропизма у растений, сам факт большого значения ГМП показан очень четко
[200, 201, 283, 284, 550—557]. Различные эксперименты — вращение в горизонтальной плоскости, вращение на кли
ностате, воздействие искусственными магнитными полями (10—3000 Э), выращивание в металлических и полиэтиле новых сосудах — приводят к заключению, что корни ори ентируются приблизительно параллельно горизонтальной составляющей ГМП [550—557]. Этот вывод был проведен на озимой пшенице, выращиваемой в полевых условиях в разных географических пунктах Канады, магнитное скло нение которых соответственно равнялось 20° 30' E для Лет бриджа и 28o30'W для Санта-Джона. В этих пунктах кор
ни росли приблизительно в одинаковом направлении по отношению к горизонтальной составляющей ГМП: наблю далось отклонение от истинного севера к востоку в Лет
бридже и к западу в Санта-Джоне. Коэффициент D, ука зывающий на характер направления роста корней, рав нялся соответственно для указанных пунктов 88 и 85 (при полном совпадении с меридианом он равен 100). Следует
отметить, что в обоих пунктах при ежедневном вращении сосудов на 90° направление роста корней было раз нообразным. Интересны данные [556] об изменении коэффициента D у растений овса, выросших в разных районах Северной Америки (табл. 6). Так, растения, вы ращенные западнее нулевой линии магнитного склонения,
имели величины коэффициента D, хорошо соответствую щие теоретическим расчетам. Растения, выращенные вос
точнее нулевой линии, имели коэффициент D, несколько отличающийся от теоретически рассчитанного. Возможной причиной этого автор считает местные аномалии в инду стриальных районах восточнее нулевой линии, которые могли нарушать магнитотропическую реакцию растений.
В этом отношении интересны работы, выполненные по
изучению роста [291—296], ориентированной направленно сти роста корней в естественных аномальных районах
[200, 201]. В условиях, например, Курской магнитной
Ill
Таблица 6
Изменение ориентированной направленности роста корней у растений дикого овса, выросших случайно в разных районах
Северной Америки
Средняя величина О*
Географический район |
Магнитное скло |
теорети |
реальные |
|
нение по компасу |
||||
|
|
|
ческие |
растения |
|
|
20oE |
расчеты |
73,3 ±0,7 |
Тихоокеанский . . . . |
23°Е |
76 |
||
Средний Запад . . . . |
20°Е |
5°Е |
86 |
84,7 ±1,1 |
ВОСТОЧНЫЙ .,iɪi. |
5oE |
0° |
97 |
91,3±2,2 |
Большие Озера . . . . |
107 |
95,6 ±1,6 |
||
|
0° |
150W |
||
|
|
/ |
ʤʌ |
⅛ и ʤ— |
* Вычислено по формуле P = IOO—51----- ------- I, где |
||||
склонение в градусах (±) от истинного севера и юга.
Таблица 7
Направление корневых борозд у сахарной свеклы сорта Рамонская в некоторых пунктах Курской магнитной аномалии в 1969 г.
Пункт
исследования
Яковлево
Гостищево
Тетеревино Шошино*
Угол между на правлением маг нитного меридиана и бороздой, град. |
Склонение магнит ной стрелки, град. |
Общее количество растений |
6 |
26 |
1134 |
о |
13 |
1797 |
22 |
38 |
2158 |
60 |
48 |
1086 |
B том числе количество направленных ориентацией
корневых борозд, %
С-Ю |
з-в |
—сві-----------юз |
сз-юв |
ненор мальные корне плоды |
48,8 |
30,8 |
3,8 |
9,3 |
7,3 |
50,6 |
29,6 |
9,3 |
7,2 |
3,3 |
38,7 |
27,6 |
10,6 |
18,2 |
4,9 |
39,3 |
26,9 |
7,6, |
8,3 |
17,8 |
* Высевался сорт Ялтушковская.
аномалии наблюдалась значительная дисперсия в ориента ции корневых борозд у сахарной свеклы (табл. 7).
Представляет интерес ориентация в пространстве и дру гих частей растения. Некоторые авторы [250] на основании
112
тщательных экспериментальных работ и обобщения лите ратурных данных делают вывод, что существует разнооб разная пространственная ориентация растений, зависящая от многих причин: видовых, сортовых особенностей, харак тера онтогенетического развития, адаптационных свойств и т. д. Вместе с тем в ряде работ указывается на опреде ленную ориентацию частей растений в пространстве. Например, цветущие корзинки подсолнечника твердо ори ентированы в определенном направлении [181]. Эта ориен тация уже закреплена до бутонизации, т. е. до распускания краевых язычковых цветков, и сохраняется у отцветших корзинок. Основная масса корзинок довольно широким веером обращена в солнечную сторону — на юг, юго-восток, юго-запад. У картофеля также отмечено увеличение числа листьев в юго-восточном направлении [268, 269]. Имеются сведения [1], что скелетные ветви у туи восточной, отхо дящие от ствола к востоку и западу, разветвляются в вер
тикальных плоскостях преимущественно (67—90% случа
ев) в направлении север — юг и в направлении восток — запад (30—50%).
Высказаны мнения и в некоторых случаях приведены прямые и косвенные доказательства того, что ГМП может обусловливать различные другие свойства растений: поляр ность, сексуализацию, диссимметрию [1, 2, 79, 80, 92—94, 150, 178, 283-285, 305, 367, 441].
Сексуализация. Проблема соотношения полов в потом стве — одна из важнейших в биологии. Это также относит ся к растительным формам, хотя здесь имеется известная специфичность. Как известно, более чем 90% ботанических видов представляют собой либо гермафродитные виды, име ющие цветки с женскими и мужскими органами, либо дву домные, когда на одних растениях находятся цветки с муж
скими органами — тычинками, а на других особях цветки с женскими органами — пестиками. Поэтому у таких рас тений определить влияние ГМП на сексуализацию труд
но. Однако существует третий тип растений — однодомные,
у которых на одной особи содержатся мужские и женские цветки. В экспериментах с однодомными растениями, на пример с огурцами, обнаружили, что ориентация семян влияет на сексуализацию. Если зародышевый корешок та ких растений направлен на север, образуется большее чис ло женских цветков, чем при направлении на юг [1, 2, 8]. Естественно, поскольку у огурцов плоды формируются из
S 2643 |
113 |
женских цветков, то при северной ориентации корешка семян получается большой урожай в расчете на одно рас тение. Несмотря на некоторую вариабильность данных, все исследователи, изучавшие влияние ГМП на сексуализацию растений, приходят к единому мнению, что расположение семян зародышевым корешком (в частности, у кукурузы) на север способствует их феминизации, а южная ориента ция, наоборот, усиливает маскулинизацию [79, 80]. Однако проблема влияния ГМП на соотношение полов далека от окончательного решения. По некоторым данным, ориента ция в ГМ'П приводит к сдвигу полов у раздельнополых однодомных растений (огурцы, тыква), где половая дифференциация растений не очень строго контроли руется наследственными факторами [272]. Но ГМП не оказывает влияния на соотношение мужских и женских особей у строго раздельнополых двудомных растений (конопля).
Полярность. Одно из важнейших свойств всех живых
организмов — их полярность, проявляющаяся в том, что у целого организма и отдельных его частей отмечается спе цифическая ориентация активности в пространстве, вы званная различиями физико-химических, функциональных свойств у противоположных сторон. Поскольку полярность
связывается с пространственной ориентацией организма,
а последняя определяется влиянием ГМП, то есть основа ния думать о связи между ГМП и возникновением поляр ности. Были высказаны предположения, что обусловлива ют полярность растений магнитные свойства вещества под
воздействием электромагнитных, гравитационных и других факторов [150, 178, 179].
Экспериментальные исследования укрепили мнение, что ГМП может оказывать влияние на полярность расте ний. Было выявлено, что при различной геомагнитной ори ентации семян кукурузы изменяются полярные свойства
растений, а также коэффициент полярности, т. е. отноше
ние по весу надземной части растений к подземной [79, 80]. Причем при южной ориентации зародышевым корешком
зерновок более развита становится надземная часть, а при северной ориентации мощнее развивается корневая систе ма. По мнению авторов работы [80] и других исследовате лей [558], изменение листовой, корневой и зерновой массы
растений благодаря ориентированной посадке в ГМП мо жет быть использовано в производственных целях.
114
Диссимметрия. Поскольку полярность растений тес
но связана с их диссимметрическими признаками, то ГМП должно оказывать влияние и на это важное свойство рас тительного организма.
Как известно, подобно другим организмам, растения разделяются на «правые», «левые» и «симметрические» (D-, L-, S-) энантиоморфы. Это разделение определяется как морфологическими, так и функциональными свойст вами растения, которые могут быть реализованы в виде
диссимметрических объектов, изменяющихся при зеркаль ном отражении вплоть до противоположности в некоторых отношениях в своей форме и не совмещающихся вследст вие этого со своими зеркальными отражениями [93, 102, 284, 285, 302—304]. Практически принадлежность растений к той или иной модификации определяется по характер
ному расположению венчика цветков, кройлцих чешуи, за
родыша семени, по проявлению ритмики функциональных процессов во времени. Например, диссимметрические фор мы выявляются по расположению лепестков по ходу или против часовой стрелки, наклону ритмических кривых вле во или вправо и т. д. Интересно, что, несмотря на кажу щуюся устойчивость диссимметрических признаков, они не остаются постоянными, а непрерывно варьируют. Эти ва риации в преобладании той или иной диссимметрической модификации имеют цикличность с периодом около одного
года и 11 лет [285]. Так как солнечная активность прояв ляется в земных условиях через изменение геомагнитной активности, то есть основание предполагать, что вариабильность в уровне диссимметрических форм растений также связана с ГМП [92, 285, 441]. Доказательством пра вильности этого положения могут быть следующие факты: соответствие изменения диссимметрии цветков у растений
одного и того же вида с изменением наклонения ГМП, изучавшееся в разных географических точках [441], изме нение числа левых и правых модификаций растений на различных фазах солнечного цикла [285], изменение сим метрических свойств D- и L-форм растений при их ориен тации по отношению к геомагнитным полюсам [79, 188],
пространственная ориентация боковых корней под влия нием ГМП [200, 550, 551, 553, 557]. Следовательно, можно прийти к заключению, что ГМП оказывает большое влия
ние на диссимметрию биологических объектов и на их
115
многие функциональные свойства. Это видно и при изуче нии ритмических процессов у биологических объектов.
Ритмичность процессов. ГМП определяет и другое
важное свойство растений — ритмику функционально-ди намических процессов. Примечательно, что решающую роль при этом имеют наклонение и склонение ГМП [87,
88, 92, 103]. C изменением элементов ГМП изменяется ритмичность самых разных периодов в биологических
объектах — суточных, сезонных, годовых. Как показали эксперименты, в основе универсальной связи ритмики функциональных процессов с ГМП лежит изменение про ницаемости биологических мембран под влиянием этого поля [87, 88, 89]. Хотелось бы только предостеречь от упрощенного взгляда на связь ритмики с ГМП. Дело за
ключается в том, что связь ритмики с ГМП не однознач
ная, а варьирующая: в одни сутки она определяется
изменением наклонения, в другие — склонения ГМП.
В ряде случаев эта тесная связь между одним элементом ГМП и ритмическим функциональным процессом просле живается не полностью, а лишь непрерывно 10—16 часов,
после чего 8—14 часов наблюдается связь с другим эле ментом ГМП. Пока нет никаких экспериментальных данных, указывающих на то, чем обусловлена эта особен ность: влиянием внешних факторов, например суточного хода гравитации, или внутренними причинами — измене нием биоэлектрической активности, токовых систем внут ри клеток, электромагнитных полей самих биологических объектов, уровнем свободных радикалов и т. д.
Одним из основных доказательств в пользу важной
роли ГМП в ритмичности функциональных процессов, происходящих в живых организмах, являются многолет ние (15 лет) непрерывные исследования, дыхания про ростков картофеля в термобароклаве с полностью кон стантными условиями температуры, влажности, освещен ности, газовой среды [421, 422]. Правильность выводов о влиянии ГМП на физиологические процессы у растений может быть подтверждена также работами, проведенными не только в строго контролируемых условиях фитотрона, но и в поле, где факторы внешней среды непрерывно изменяются. Сравнительный анализ показывает, что и в таких условиях ГМП сильно влияет на периодичность совершающихся физиологических и биохимических про цессов [89—91].
116
Однако до сих пор проблема влияния ГМП на ритмич ность биологических процессов остается дискуссионной, поскольку большинство исследователей придерживается
той точки зрения, что эти ритмы внутреннего (эндогенно
го) происхождения. По-видимому, тщательные экспери менты в космосе смогут внести ясность в этот вопрос [483].
Таким образом, на основании всех представленных выше материалов можно заключить, что ГМП, по-видимо
му, оказывает непосредственное влияние на такие карди
нальные свойства живых организмов, как полярность, сим метрия, ритмичность, дифференциация, генетические свой ства. Все это позволяет считать ГМП важным эволюцион ным фактором для живых организмов на Земле, требую щим к себе самого пристального внимания.
IV. ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Установив существование несомненной связи между самыми различными свойствами живых организмов и ГМП, отметим, что ГМП является важным фактором, влияющим на такие фундаментальные свойства эволюци
онного развития всех без исключения живых организмов, как наследственность и изменчивость, ответственные за уровень и ход естественного мутагенеза в природе. Следо вательно, ГМП — определяющий фактор в проявлении
самых основных свойств живых организмов, и сущест
венную роль в этом играют молекулы воды.
Ролъ молекул воды. Естественно, возникает вопрос,
с чем же связана подобная универсальность действия ГМП на живые организмы самого различного уровня
организации. Несмотря на то что сегодня такой ответ не получен, можно предположить, что основной субстанцией,
определяющей универсальность действия ГМП на живые организмы, ЯВЛЯЮТСЯ молекулы ВОДЫ, входящие В струк туру биологических систем, и процессы, совершающиеся в них. Для такого предположения уже есть достаточно оснований. В частности, такой вывод можно сделать, основываясь на многолетних работах по изучению химиче ских реакций, протекающих в водной среде. Одна из таких реакций, гидролиз хлорида висмута, непрерывно и тща
тельно изучается на протяжении двадцати лет [212, 5471.
Высокая чувствительность молекулы воды к магнитным и электрическим полям и перестройка ее структуры под их действием также изучены, причем оказалось, что эти фазовые переходы не требуют больших энергетических затрат [106, 107, 133, 135-138, 298].
Только с позиций этого предположения можно подойти к пониманию того, почему ГМП оказывает столь всесто роннее действие на биологические и неорганические систе мы. Вместе с тем следует отметить, что сам глубинный механизм столь широкой и универсальной связи живых организмов с ГМП пока точно неизвестен. Имеющиеся на этот счет предположения не вышли из стадии гипотез. В четкой и физически обоснованной форме они изложены
118
в ряде фундаментальных работ по магнитобиологии, изу чающей действие искусственных магнитных полей на жи
вые организмы [83, 84, 370, 371, 625], но что касается ГМЩ то они еще детально не рассматривались и находятся на самой ранней стадии своего развития [389].
Ролъ биологических мембран. Экспериментальные ра боты по геомагнитобиологии выявили важный механизм восприятия ГМП живыми организмами, связанный с из менением проницаемости биологических мембран [87—97]. Биологическое действие переменных электромагнитных
полей в диапазоне 0,2 до 100 кГц также опосредуется
через изменение проницаемости клеточных мембран [570].
Обнаружение связи между организмом и ГМП через мембранный механизм проницаемости открывает широкую перспективу для понимания и объяснения биологических
эффектов, вызываемых ГМП ɪ. В то же время это логична связано с универсальностью действия ГМП, объясняемой большой ролью молекул воды.
Действительно, биологические мембраны, являющиеся структурными элементами любой клетки, выполняют основную роль в поддержании функционирования и тон кой регуляции всех без исключения органов живого орга низма. Именно на согласованной работе мембранногомеханизма проницаемости возможно точное поддержание гомеостаза живого организма и саморегулирующей спо собности всех его элементов, от субмикроскопических час тиц, подобно микросомам, митохондриям, до отдельных органов.
Геомагнитное поле через изменение проницаемости биологических мембран может оказывать влияние на весь организм в целом, вызывая всю ту, рассмотренную в пре дыдущих главах книги гамму изменений в организме человека, у животных и растений.
Покажем это только на двух примерах, на основе ана лиза состояния здорового и больного человеческого орга низма. Если следовать гипотезе об универсальной связи проницаемости биологических мембран с ГМП, то логично признать возможность прямого действия ГМП на
* Пока нет убедительных данных о том, что ГМП влияет на живые организмы только через изменение проницаемости клеточ ных мембран. Кроме того, необходимо отметить, что так называе мый мембранный механизм не раскрывает всех сторон патогенеза заболеваний.— Б. Р.
119