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

Органы и кожу родительских форм мышей (группа I) подвергали тщательному гистологическому анализу. В раз­

ных местах тела наблюдались эпителиальные соединитель­

но-тканевые раковые образования. Кожа в облысевших местах была сильно изменена, отмечалось разрастание, гиперплазия рогового слоя, опробковапие волосяных фоли-

кулл, гиперпластический чешуйчатый эпителий. В пече­ ночной ткани всех экранированных мышей отмечено выраженное изменение ядер с резко увеличенными ядрышками. В куперовских клетках обнаружен гемосиде­ рин. Почки у животных, находившихся в экранированном

пространстве, также были изменены: отмечались много­

камерность, наличие кист, сжимавших кортикальную

паренхиму и т. д. У мышей, особенно умерших внезапно,

мочевой пузырь, заполненный мочой и белым неидентифицированным осадком, имел гиперпластическую слизи­ стую оболочку с перегородками и полипами.

Таким образом, эксперименты с животными четко по­

казывают глубокие изменения в их организме, происхо­ дящие при полном экранировании от ГМП.

Человек. Опыты с людьми, пребывающими в экраниро­

ванной комнате, в которой уровень остаточного магнетиз­ ма менее 50 гамм [394], были кратковременными. Двое испытуемых в течение пяти дней находились в полностью

экранированной комнате и в течение трех суток до и после опыта — в неэкранированной комнате. Во время пребыва­

ния в экранированной комнате у них изменялась крити­

ческая частота световых мельканий, а после их перехода в неэкранированную комнату с обычными геомагнитными условиями снова становилась нормальной (рис. 7). У лю­ дей, находившихся в экранированном подземном бункере, где ГМП было уменьшено в 100 раз, увеличился период циркадных ритмов1 [635]: в среднем он составил 25,65 ± ±1,024 часа, в то время как в неэкранированном про­ странстве он был 25,00 ±0,55 часа, причем эта разница статистически достоверна (p<0,01). При экранировании

1 Организмам свойственны периодически повторяющиеся ко­ лебания физиологических процессов — биологические ритмы с раз­ личной протяженностью циклов. При помещении организма в по­ стоянные (апериодические) условия у него наблюдаются так на­ зываемые циркадные ритмы с периодом, отличающимся от суток (20—28 часов). В обычных же условиях преобладают суточные ритмы.— Б. Р.

40

у испытуемых отмечалась также десинхронизация ритми­ ки — нарушение ее правильной последовательности.

Таким образом, хотя опыты различных исследователей

противоречивы, можно сделать заключение, что живой организм при кратковременном пребывании в гипомагнит­ ной среде видимых физиологических изменений не испы­ тывает. Однако у человека в таких условиях немедленно

Рис. 7. Изменение критической частоты световых мельканий (цикл/секунда) у двух людей, находящихся в комнате, экраниро­ ванной от действия ГМП Γ427^ .

А — геомагнитные условия, Б — период иссле­ дования, экранированные условия, В — геомаг­

нитные условия. 1, 2 — индивидуальные кри­ вые.

изменяется реакция центральной нервной системы, замет­ ная, если в качестве теста использовать критическую час­ тоту световых мельканий, изменяется ритмика некоторых функциональных процессов.

• При длительном нахождении биологических объектов (животных) в условиях полного экранирования резко нарушаются физиолого-биохимические свойства, наблю­ дается атипический рост клеток и тканей, нарушение

морфологии и функционирования внутренних органов,

отмечается преждевременная смерть. У микроорганизмов в гипомагнитных условиях появляются мутантные формы клеток.

41

Упомянутые выше исследования дали четкое доказа­ тельство того, что ГМП существенно влияет на состояние живых организмов и, следовательно, является важным фактором окружающей среды. Некоторые косвенные под­ тверждения этого можно получить из работ, посвященных

подводникам и космонавтам.

НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЛЮДЬМИ ПОД ВОДОЙ И В КОСМОСЕ

Особый интерес представляют данные об изменении функциональных показателей у подводников и космонав­ тов, которые в силу специфичности работы длительное время должны находиться в экранированном помещении и в гипомагнитных условиях. Рассмотрим вначале сооб­ щения о состоянии физиологических функций у членов экипажа подводных лодок.

Подводные условия. Как известно, обшивка современ­ ных подводных лодок состоит из слоя особопрочной стали. Длительная изоляция от внешней среды и автономность подводной лодки почти идентичны полному экранирова­ нию. Указанные обстоятельства дают возможность учи­ тывать роль ГМП в жизнедеятельности экипажа. Несмотря на системы жизнеобеспечения, максимально устраняющие

любые отклонения от нормы и позволяющие членам эки­ пажа длительно находиться под водой, были обнаружены значительные нарушения функциональных показателей у людей. Снижался, например, основной обмен [276], уменьшалось общее количество лейкоцитов в перифериче­ ской крови и угнетался пищеварительный и миогенный лейкоцитоз [158], нарушалась суточная периодика различ­

ных функций, появлялись преморбидные состояния [262],

а также заболевания желудка [192]. Хотя указанные авторы только констатируют факты функциональных нарушений и не связывают их с экранированием, можно предполо­ жить, что причиной этих нарушений являются гипомагHIiTHOCTb среды и изменение естественного фона электро­

магнитных частот ɪ.

1 Трудно предположить, что указанные изменения обусловле­ ны только геомагнитностыо среды. Несомненное влияние оказы­ вают гиподинамия, неблагоприятные метеорологические условия» отсутствие естественного света и т. д.— Б. Р.

ItZ

Космические условия. Для выявления роли ГМП боль­

шое значение имеют эксперименты, проведенные в космо­ се. Особенность этих экспериментов состоит прежде всего в том, что живые объекты лишаются воздействия сразу двух важных факторов «земного» существования — грави­ тации и ГМП [390].

Высказывались предположения, что влияние ГМП дол­ жны ощущать и летчики в полете с большой скоростью, особенно при экваториальном направлении [187], и в кос­ мических полетах [525].

Если реакция на невесомость наступает вскоре после отрыва от Земли, то гипомагнитность среды возникает лишь на большом удалении, равном примерно 10 радиу­ сам Земли, т. е. в 60 тысячах километров. В этом случае организм космонавта подвергается влиянию магнитного поля космического пространства, электромагнитного поля самого космического корабля п влиянию солнечного

ветра, несущего магнитные поля, «вмороженные»

вплазму.

Ворганизме космонавтов, находящихся в полете, на­ блюдаются отклонения по сравнению с земными условия­ ми. При этом отмечались сдвиги со стороны обменных

реакций, в частности кальциевого обмена [28, 472, 503а]. Кроме того, выявлены уменьшение числа эритроцитов [586], изменения циркадных ритмов [408, 483, 583] и на­ рушения сна [530].

Сопоставление реакций, которые наблюдаются у людей

в подводных условиях и в глубоком космосе, указывает на определенное сходство между ними. Можно поэтому предположить, что сильное уменьшение ГМП является

тем основным фактором, который определяет сходство изменений у людей в подобных, весьма разнящихся меж­ ду собой условиях среды.

Однако выделить специфическое влияние гипомагнитIioil среды в космосе значительно труднее, поскольку там по сравнению с Землей изменяются многие важные пока­ затели внешней среды (гравитация, ионный состав возду­ ха, естественные электромагнитные ноля различного диа­ пазона частот).

Поэтому, несмотря на всю очевидность возможного влияния: гипомагнитных условий в подводных и косми­

43

ются только с нарушением геомагнитных условий, но их

можно считать лишь косвенным свидетельством возмож­ ной биологической роли ГМП.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ C КОМПЕНСАЦИЕЙ ГМП

Наряду с опытами, в которых биологические объекты непосредственно и полностью экранировались от ГМП, проводились опыты с компенсацией ГМП.

Для компенсации ГМП обычно используют систему

колец (обычно две-три пары), расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. По этим кольцам, на ко­ торые навиваются витки калиброванного медного провода,

пропускается постоянный ток. Величина тока рассчиты­ вается так, чтобы магнитное поле, образующееся в резуль­

тате индукции, компенсировало ГМП. Наибольшее распро­ странение получили кольца Гельмгольца в их различных

модификациях.

Компенсационные эксперименты в корне отличаются

от экспериментов с полным экранированием, хотя назна­

чение обеих методик — создать условия гипомагнитной

среды.

Различие заключается в том, что в компенсацион­ ных экспериментах остается неизменным естественный электромагнитный комплекс во всем диапазоне частот,

а при полном экранировании он устраняется. Следова­

тельно, при компенсационных экспериментах на организм возможно воздействие короткопериодических колебаний ГМП, атмосферного электричества и других видов естест­ венных электромагнитных полей. Вместе с тем физиче­ ские параметры окружающей среды (например, ионный состав воздуха и др.), а также обычная циркуляция воз­ духа почти не изменяются. Кроме того, прп компенса­ ционных экспериментах полностью сохраняются привыч­ ные для животных факторы внешней среды, такие, как освещенность, влажность, в некоторой мере сохраняется

подвижность животного, наличие различных привычных раздражителей и т. д.

Таким образом, несмотря на то, что полное экраниро­

вание и компенсация должны были бы устранять влияние ГМП, экспериментальные условия в обоих случаях не­ идентичны и каждый метод имеет свои преимущества

44

и недостатки. Следует отметить, что полное экранирование

предпочтительнее, ибо в опытах с кольцами Гельмгольца компенсируется лишь постоянное ГМП, а его длиннопериодные составляющие, участвующие в создании суточ­ ных вариаций Sq, не затрагиваются. Кроме того, если кольца Гельмгольца не имеют автоматической следящей

системы и рассчитаны на компенсацию только одного определенного среднего уровня постоянного поля в дан­ ном месте, то при длительных опытах и особенно в сильно возмущенные дни возможно влияние на объект и аперио­ дической возмущенной вариации Dst. Поэтому в опытах с компенсацией ГМП всегда необходимо использовать специальную электронную систему, следящую C высокой

точностью за изменением уровня ГМП и составляющих

его элементов [394, 527].

Исследования показали, что живые организмы чутко реагируют на изменение постоянного ГМП, происходящее вследствие компенсации.

Растения. У проростков ячменя, кратковременно нахо­ дившихся в кольцах Баренбека, где ГМП было скомпен­ сировано до уровня ±90 гамм, нарушалась суточная рит­ мичность выделения органических веществ корнями [86, 87] по сравнению с ритмичностью контрольных растений.

Птицы. Прежде всего, следует отметить, что исследо­ вания с длительным содержанием птиц в условиях полной изоляции или компенсации ГМП не проводились.

Однако были выполнены исследования, в которых с помощью одной пары колец ГМП полностью компенси­ ровалось, а с помощью другой пары создавалось искусст­ венное магнитное поле различных параметров. Результаты опытов с птицами, находившимися в таких условиях, раз­ норечивы, несмотря на высокий методический уровень экспериментов, многократно повторенных и тщательно

статистически проанализированных [460, 518, 519, 641,

642].

Авторы работ [518, 519] исследовали выбор птицами миграционного направления. Опыты с малиновками

(Frithacus rubecula) были проведены в установке, состоя­ щей из двух пар колец Гельмгольца: одна пара, располо­ женная в направлении север—юг, компенсировала ГМП (0,41 гаусс), а вторая пара, перпендикулярная к первой, создавала магнитное поле с искусственным «севером» в направлении W (0,47 гаусс) или ESE (0,38 гаусс).

45

Контрольные птицы находились в деревянном доме

в30 м от колец Гельмгольца.

Вконтрольных опытах птицы преимущественно изби­ рали направление NE, соответствующее в исследуемый момент (март и май) весеннему направлению миграций.

Но при компенсации ГМП, когда создавалось искусствен­ ное магнитное поле, вектор активности птиц был направ­ лен соответственно в сторону искусственного «севера»

(см. рис. 21).

Исследования роли магнитных полей при выработке

условного рефлекса у овсянок (Passerina суапеа) дало негативные результаты [460]. Клетку с птицами помещали в систему модифицированных колец Гельмгольца — два

параллельных кольца, отстоящих друг от друга на 1 м. Птица находилась в клетке с проволочным полом, на

который подавался раздражающий электрический импульс длительностью 0,1 секунды, заставлявший ее подпрыги­ вать. Одновременно изменялось направление искусствен­

ного магнитного поля на 1 секунду или давался звук от зуммера.

Таким образом, у птицы вырабатывался условный

рефлекс на изменение магнитного поля или звука, причем ответная реакция птицы (подпрыгивание) автоматически записывалась.

В первой серии опытов кольца были ориентированы

перпендикулярно оси горизонтальной компоненты ГМП,

а создаваемое искусственное магнитное поле имело на­ правление противоположное нормальному северу.

Результирующий горизонтальный компонент магнит­ ного поля был равен по интенсивности, но изменен по направлению относительно естественного полностью (180°) или частично (90°). Опыты показали, что птицы научились избегать электрического удара, сопровождаю­ щегося звуковым раздражителем, но не реагировали на кратковременное изменение направления магнитного поля

[460].

Рыбы. В экспериментах с молодью европейского угря, помещенной в специальный лабиринт, было обнаружено, что компенсация ГМП с помощью колец Гельмгольца при­ водит к равенству выбора направлений движения в лаби­ ринте, т. е. к исчезновению таксиса на ГМП [58]. Изме­ няя напряженность горизонтальной составляющей магнит­ ного поля от 0 до 5 ∙ IO4 гамм при полной компенсации

46

ГПМ в пределах лабиринта, Ходорковский и Глейзер [313] нашли, что средние направления, избираемые рыбами, изменялись по сравнению с распределением в естествен­ ном поле.

Млекопитающие. У белых мышей и крыс, находивших­

ся в компенсированном магнитном поле (кольца Гельм­ гольца), отмечались изменения в лейкоцитарной системе периферической крови. У животных увеличивалось общее число лейкоцитов (в особенности нейтрофилов, p<0,01),

снижалось общее число лимфоцитов [208], уменьшалась активность фосфатазы и трансаминазы в макрофагах и т. д. [434].

Насекомые. В условиях компенсации ГМП насекомые изменяли выбор ориентированного положения в простран­ стве [378, 379 и др.]. У пчел компенсация не влияла на характер танца, в котором указывается направление на корм, к месту посадки у кормушки и т. д. [465, 575]. Но

тщательно поставленные эксперименты выявили, что в компенсированном магнитном поле увеличивалась точ­ ность указаний направления на корм при выполнении танца пчелами-сборщицами [506].

Поскольку танцы выполняются пчелами в вертикаль­ ной плоскости, влияние ГМП на ориентацию в гравита­

ционном поле и на механизм гравирецепции становится весьма возможным [506, 634].

Человек. В эксперименте с людьми, продолжавшемся

10 дней, было обнаружено, что при компенсации ГМП,

как и при полном экранировании, происходили четкие изменения в центральной нервной системе [389, 391, 393].

Этот опыт был осуществлен следующим образом. Систему

больших электромагнитов в виде трех модифицированных

колец Гельмгольца с ребром 8,5 м расположили перпенди­ кулярно друг к другу. Вся система была сопряжена с элек­ трическими часами и магнитометром для определения величины ГМП. В центре указанного объема напряжен­

ность ГМП при компенсации равнялась почти нулю, а на расстоянии 2,5 м от центра составляла не более 100 гамм.

В пространстве, где находились испытуемые, напряжен­ ность составляла 50 гамм с градиентом 30 гамм/м. Испы­ танию подверглись шестеро мужчин в возрасте 17—19 лет,

причем четверо из них находились в камере с компенси­ рованным ГМП, а двое для контроля — в аналогичной по устройству камере, но без компенсации ГМП.

47

Перед началом эксперимента испытуемые находились пять дней в камере с обычными условиями, а затем их

перевели в опытную камеру, в которой в течение 10 дней создавалась компенсация ГМП. Когда компенсация ГМП прекращалась, испытуемые оставались в этой же камере еще пять дней в условиях геомагнитного поля. Для оценки влияния изменений ГМП использовались различные фи­ зиологические тесты — вес, температура тела, частота

Рис. 8. Изменение критической частоты световых мельканий (цикл/секунда) у четырех людей при компенсации ГМП [427].

А — период компенсации; 1, 2, 3, 4 — индивидуальные кривые.

дыхания, артериальное давление, анализы крови, измене­ ния электрокардиограммы и электроэнцефалограммы, пси­

хофизиологические тесты и ряд других показателей (всего около 30). За время эксперимента, т. е. в течение 10-днев­ ной компенсации ГМП, все тесты и физиологические показатели у лиц, находившихся в гипомагнитных усло­ виях, не отличались от таковых в геомагнитных условиях.

Однако, как и в опытах с полным экранированием, крити­

ческая частота световых мельканий, важная функциональ­ ная характеристика, связанная с реакцией центральной нервной системы, снижалась значительно (рис. 8).

48

Таким образом, на основании приведенных данных видно, что и при компенсации ГМП происходит наруше­ ние некоторых функциональных свойств у различных организмов, свидетельствующее о важной роли ГМП.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИСКУССТВЕННЫХ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

На основании анализа приведенных материалов можно предположить и обратное: искусственные электромагнит­ ные и магнитные поля, близкие по амплитуде и частотно­ му диапазону к естественным полям, также должны ока­ зывать действие на биологические объекты. Проводились и эксперименты, в которых показано такое влияние сла­

бых искусственных электромагнитных и магнитных полей [281]. Необходимо отметить, что в некоторых исследова­ ниях не было обнаружено биологическое действие слабых электромагнитных полей [458, 484, 608 и др.]. По-видимо­ му, здесь мы сталкиваемся с проблемой невоспроизводи­ мости экспериментов, связанной также с естественной электромагнитной обстановкой [20, 100, 137, 138, 211, 334]. Очевидно, действие слабых искусственных магнитных

полей проявляется при определенных условиях внешней электромагнитной среды, причем уровень магнитной возмущенности имеет большое значение.

Простейшие, черви, микроорганизмы. Ф. Браун, его сотрудники и последователи полностью подтверждают биологическое действие слабых искусственных магнитных

полей [412, 413, 420, 422, 471, 540]. Они показали, что лю­ бые организмы могут различать интенсивность магнитного

поля и чувствовать направление, по которому магнитные

магнитное поле напряженностью 1,5 Э оказывает влия­ ние на выбор направления при ориентации свободно перемещающихся парамеций, улиток, планарий [413, 415], причем максимальной эффективностью всегда обладали магнитные поля напряженностью, близкой к ГМП [417].

Искусственное магнитное поле напряженностью 0,05 Э способно изменять периодичность географической ориен­ тации планарий. Изменение горизонтального вектора