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

магнитного поля на 180° вызывает ответный сдвиг на 180°

в фазе месячного ритма географической (северной) ориентации планарий (рис. 9).

Рис. 9. Изменение направления (град.) движения планарий, первоначально ориен­

искусственного магнитного поля 0,05 Э с век­ тором, противоположным ГМП. пл — полнолу­

ние, нл — новолуние.

Вольвоксовые (F. aureus; V. coenobia) также обладают выраженной способностью различать направление магнит­ ных силовых линий Земли и чувствуют изменение общей напряженности поля [540, 541].

50

Показано также, что выращивание бактерий типа сальмонелл, стафилококка и других в переменном магнит­ ном поле, имитирующем диапазон короткопериодных колебаний геомагнитного поля типа Pcl (/ = 0,6 Гц; H = = 1 гамма), сопровождается заметным снижением скоро­ сти их размножения [19, 20, 48]. В то же время в электро­ магнитных полях с частотой 0,1, 0,5 и 1 Гц при напряжен­ ности 0,3—0,4 В/м скорость размножения бактерий увели­

чивалась, возрастало число колоний [45].

Растения. Лабораторные и полевые опыты подтвердили биологическое действие магнитного поля на растения. C помощью соленоида, изготовленного из пяти колец мед­ ной проволоки большого сечения и питаемого от ртутной аккумуляторной батареи 1,3 В, было получено магнитное

поле напряженностью 280 гамм.

У растений одуванчика, помещенного в такой соле­

ноид, соцветия, открывались и закрывались с замедле­ нием, а после длительного воздействия растения завядали

ипогибали [536].

Влабораторных условиях было показано, что слабые магнитные поля (0,05—3 Э) влияют на ростовые и формо­ образовательные процессы у растений [273]. При воздейст­ вии магнитного поля 0,05 Э на замоченные семена в тече­ ние двух суток ускоренно развиваются проростки, раньше начинается дифференциация стеблевых метамеров в апи­ кальных меристемах точек роста, стимулируется образо­

вание боковых и придаточных корней у растений. Птицы. В экспериментах с искусственными магнитны­

ми полями (0,14—3,46 Э) была обнаружена высокая чув­ ствительность птиц к ним и зависимость ориентационной

способности их при миграции от общей напряженности

магнитного поля [641], а также от его полярности (Луцюк, Назарчук. Вестник зоологии, № 3, 1971). Птицы могли выбирать нормальное миграционное направление лишь в ГМП, а в искусственных увеличенных (0,73—0,95 гаусс) или уменьшенных (0,14, 0,30 гаусс) полях их движения были случайными и не имели выраженного ориентировоч­ ного направления [641].

Рыбы. Высокая чувствительность рыб к магнитным полям малой напряженности была выявлена эксперимен­ тально в специально разработанном лабиринте, путем

регистрации частоты появления рыб по трем или шести направлениям относительно стран света [310]. В лабора­

51

торных условиях (постоянная температура и освещен­ ность) у молоди европейского угря выявилась способность воспринимать постоянное магнитное поле напряжен­ ностью всего несколько десятков гамм и различать поляр­ ность используемого магнита [312]. Рыбы могут направ­

ленно двигаться вдоль силовой линии, в сторону увеличе­ ния напряженности поля, даже если градиент между точ­ ками пути всего 52 гаммы [313], и изменять двигательпую активность при смене индуктивности поля от 0,3 T до ну­ ля [37]. Значительно ранее [507, 508], в опытах па слабо­ электрических рыбах, была показана их способность отве­ чать характерной двигательной реакцией на магнитное

тонко реагировать на слабые магнитные поля и ориенти­ роваться в них обусловила появление критического анали­

за влияния ГМП на ориентацию, навигацию и их возмож­ ные механизмы [235].

Млекопитающие. Наиболее обстоятельные опыты вы­ полнены с магнитными и электромагнитными полями в частотном диапазоне короткопериодных вариаций ГМП [47, 48, 50, 184]. Подопытных животных помещали между пластинами конденсатора [49] 1 ×1 X 1м, к которому под­ водили синусоидальное напряжение 0,5—1,0 В с частотами 2 и 8 Гц. Экспозиция однократного воздействия составляла

3 часа и с суточным интервалом повторялась до 10 раз. У кроликов при одноразовом воздействии развивалось

понижение частоты ритма сердечных сокращений, а после 5—10-кратпого воздействия даже появлялась желудочко­ вая экстрасистолия. Кроме того, изменялось содержание форменных элементов крови, увеличивалось число лейко­

цитов, сегментоядерных нейтрофилов, !изменялась концен­ трация гемоглобина и т. д.

У кроликов при воздействии магнитного поля низкой

снижалась активность ферментов: щелочной фосфатазы,

пади-оксидазы и содержание гликогена [288—290]. Осо­

бенно резко уменьшается активность ферментов при воз­ действии магнитного поля напряженностью 2 гаммы (на

72—78% при p<0,01). Эти данные представляют большой

52

интерес, поскольку такая напряженность магнитного поля отмечается при очень слабых магнитных бурях с внезап­ ным или постепенным началом. К сожалению, такой опыт не был повторен другими исследователями, хотя он имеет принципиальное значение для понимания биологического

мечено значительное увеличение свертывающей способ­ ности крови, кроме того, пониженное потребление пищи

иусиленное потребление воды. Вес животных уменьшал­ ся, наблюдались случаи смерти [116, 117].

Тщательные эксперименты действия слабых магнит­ ных полей напряженностью менее 1 Э в диапазоне геомаг­ нитных пульсаций от 0,01 до 20 Гц, проведенные на белых крысах, свидетельствуют об определенных и весьма четких изменениях во многих системах организма [278]. При

12—60-часовом воздействии магнитных полей (частотные характеристики которых имитировали магнитную бурю)

были отмечены различные реакции в организме животных.

Так, в надпочечниках и задпей доле гипофиза наблюдали реакции адаптивного характера в виде повышения актив­ ности и возврата к норме через двое с половиной суток.

Вместе с тем в паренхиматозных органах (печень, почки

ит. д.) и в головном мозге наблюдали прогрессирующие

изменения,, вплоть до образования некробиозов и некро­

зов. Центральная нервная система животных также реа­ гировала на воздействие низкочастотных электромагнит­ ных полей [48, 281]. У животных при воздействии низко­ частотных электромагнитных колебаний, а также магнит­ ного поля (в имитаторе короткопериодных колебаний типа Pcl с несущей частотой 3 Гц и периодом модуляции 30 секунд, напряженностью 1 гамма) изменялось функ­

циональное состояние нейронов коры больших полушарий

головного мозга [47]. Кратковременное 15—30-минутное

воздействие вызывает перестройку коркового ритма в сто­ рону учащения (8—10 Гц) и увеличения амплитуды до

50—70 мкВ. Авторы отмечают, что у кроликов после трех­ часовой экспозиции патологические изменения сохраняют­ ся 1—2 суток в виде длительных нарушений основных

параметров биопотенциалов и прослеживаются также в различных других изменениях электрической активности головного мозга.

53

Следует отметить, что еще в ряде работ указывается на биологическую значимость слабых магнитных и низко­ частотных электромагнитных полей [40, 322, 323, 447, 548, 567-572, 6291.

Человек. Выявляя роль искусственных и естественных

электромагнитных полей, ученые исследовали ряд физио­ логических процессов у людей [174, '175, 635—637]. Опыты

В экранированной комнате испытуемых подвергали воз­ действию искусственного электромагнитного поля напря­ женностью 25 мВ/см за секунду, с частотой 10 Гц, пода­ ваемого во взаимно перекрещивающихся направлениях. Испытуемые не знали об экранировании комнаты и об устройствах для возбуждения искусственных электромаг­ нитных полей в 10 Гц, о его включении и выключении.

Длительность эксперимента составляла 3—4 недели, в те­ чение которых у испытуемых измерялись время активной деятельности и отдыха, температура тела, изучались неко­ торые индексы, а также выделительная функция почек

иэлектролитный состав мочи.

Вэтом эксперименте период циркадных ритмов укора­

чивался на 1,27 часа (p<0,01), причем ускоряющее влия­ ние поля было высоко значимым (ρ<0,001). Кроме того,

было отмечено явление внутренней десппхропизацпп. Внутренняя десинхронпзацпя ритмики у людей отмеча­ лась чаще в экранированном помещении и состояла в том, что период активности у людей ненормально удлинялся

(до*30—40 часов), в то время как период одновременно

регистрируемых вегетативных функций оставался нор­ мальным (около 25—26 часов). Между отмеченными периодичностями пе было прочной фазовой связи. При включении искусственного поля явление внутренней де­ синхронизации у испытуемых исчезало. В неэкранирован­ ной комнате также наблюдалось удлинение периода актив­ ности (в пяти опытах), но оно отличалось тем, что период активности людей был точно вдвое длиннее периода изме­

нения температуры тела п имел прочную фазовую связь.

Поскольку эксперименты проводились на одинаковом контингенте, а также в зеркально расположенных комна­ тах, отличавшихся только экранированием, можно прийти к выводу, что слабые электромагнитные поля, как искус­

54

ственные, так и естественные, оказывают влияние на цир­ кадные ритмы и некоторые физиологические функции у людей, и следовательно, на их общее состояние. Спра­ ведливо указывается [635—637], что оба поля препят­ ствуют десинхронизации, которая наблюдается при отсут­ ствии естественного и искусственного поля, но эта взаимозаменяемость не означает, что поле с частотой

10 Гц является единственным компонентом естественного поля, оказывающего влияние на людей

Следует отметить, что имеются работы, подтверждаю­

щие этот вывод и указывающие на важность электромаг­ нитных полей других диапазонов. Речь идет как о низко­ частотных естественных электромагнитных полях в диапа­ зоне частот 2—8 Гц, оказывающих влияние на время реакции человека на оптический сигнал [499], так и об искусственных магнитных полях с частотой 0,2 Гц и на­ пряженностью 5—11 гаусс, изменявших время реакции человека [386, 464].

Для изучения восприятия людьми слабых магнитных полей напряженностью не более 3—5% величины ГМП

были проведены две серии опытов [174, 175]. Магнитное поле фиксированной частоты (0,01 —10 Гц) создавалось двухкомпонентными (Н и Z) кольцами Гельмгольца диа­

метром 1,5 м. В кольцах находился испытуемый человек в сидячем положении. В первой серии у испытуемых

вырабатывался условный рефлекс на засыпание при вклю­

сигнала другой частоты /2 = 300 Гц). Эти сигналы подкреп­

ляли воздействие магнитного поля с частотой 0,01—5 Гц и напряженностью 1000—2000 гамм. У трех из десяти че­ ловек с помощью такой методики выработался условный рефлекс па воздействие короткопериодных колебаний магнитного поля указанной частоты и напряженности

(звуковой сигнал являлся безусловным раздражителем).

В сельской местности при снижении уровня помех до

10 гамм человек воспринимает колебания магнитного

поля 200 гамм [176].

Во второй серии опытов было обнаружено, что даже кратковременное воздействие на человека полем с часто­ той 0,01—5 Гц и напряженностью Я= 1000 гамм резко изменяет характер электроэнцефалограммы (рис. 10). После включения слабых переменных магнитных полей

55

у испытуемых увеличивалась частота пульса, ухудшалось самочувствие (появлялись слабость, головная боль, чув­

ство тревоги и т. д.) и, как показывает запись, сильно изменялась электрическая активность мозга.

В другом лабораторном эксперименте было обнаруже­ но, что у человека уменьшается частота сердечных сокра-

а)

д)

7--------------------------------------------------

2

Рис. 10. Изменение характера электроэн­

0,01 Гц, д — после 12 минут действия магнит­ ного поля и 1,5 минуты отдыха.

щений приблизительно на 5% (p<0,02) при действии на голову испытуемого искусственного магнитного поля C H =

=1 гаусс, изменяющегося с частотой от 0 до 10 Гц [27].

Если судить по результатам перечисленных экспери­

ментов, прямое воздействие короткопериодных колебаний

56

ГМП на центральную нервную систему человека возмож­

но, что, естественно, имеет большое значение [386]. Тщательно поставленные эксперименты со слабыми

искусственными полями свидетельствуют о высокой чув­ ствительности живых объектов к этим полям и тем самым о большой эффективности различного диапазона частот, встречающегося в естественных условиях. Все это служит

дополнительным доказательством обстоятельно аргумен­ тированного взгляда, что естественные магнитные и элек­

трические поля могут оказывать сильное биологическое действие [230]. В том, что такое действие имеет место, убеждают и эксперименты по пространственной ориента­ ции организма.

ОРИЕНТАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ОТНОСИТЕЛЬНО ГЕОМАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ

Среди доказательств важной биологической роли ГМП следует выделить еще группу исследований, довольно мно­ гочисленных в настоящее время. Это эксперименты по ориентации биологических объектов в ГМП.

Суть таких экспериментов состоит в следующем. Объкты исследования располагают в лабораторных или поле­ вых условиях в строгом соответствии с положением гео­

магнитных полюсов или просто в направлении север—юг

или запад—восток. Поскольку магнитные силовые линии Земли ориентированы по магнитному меридиану, то их влияние на состояние и свойства живых организмов и да­

же неживых систем весьма значительно.

Такие эксперименты были начаты сравнительно давно, хотя порой и не были связаны с проблемой биологической роли ГМП. К настоящему времени в результате много­ кратных опытов в различных странах получены убеди­

тельные доказательства большого значения ГМП для

ориентации живых организмов.

Эксперименты по ориентации условно можно разделить на активные и пассивные. К активным относятся исследо­ вания ориентации живых организмов на земной поверх­ ности, в воде или воздухе. Это прежде всего ориентация частей растений в полевых условиях, тела насекомых на отдыхе и при посадке, птиц в полете или рыб во время миграции и т. д.

57

В пассивных опытах экспериментатор сам ориентирует

биологические объекты относительно геомагнитных полю­ сов и проверяет в дальнейшем характер обнаруженных

изменений. Оба вида экспериментов, хотя между ними существует принципиальная разница, способствуют выяс­ нению поставленного вопроса п в этом смысле их ценность почти равнозначна.

Материалы экспериментов обоих видов будут более

подробно рассмотрены далее (в соответствующих главах

о растениях, насекомых и т. д.). Здесь же отметим конеч­ ные результаты и работы, важные в связи с общим рас­ смотрением вопроса о возможной биологической роли ГМП. Ориентация объекта по отношению к геомагнит­ ным полюсам и большое влияние этой ориентации давно уже стало предметом исследований [23, 109, 110]. Для объяснения этого явления было создано немало фантасти­ ческих теорий. Отмечались случаи, когда биологические объекты, если их искусственно располагали во взаимно перпендикулярных направлениях, ориентированных в про­ странстве по странам света, изменяли свои свойства.

В природных условиях для миграции живые организ­ мы избирают определенные направления, ориентирован­

ные по отношению к странам света [413, 420]. Очевидно,

такие перемещения могут иметь важное значение, так как и в генетическом исследовании популяционного полимор­

физма в естественных условиях в 1943 г. было установле­ но различие в количестве дрозофил в разных направле­

ниях по отношению к странам света [445].

Позже в агрономическом исследовании также было отмечено, что в естественных условиях боковые корни,

например у свеклы, располагались правильным однообраз­ ным способом по отношению к странам светах причем предпочтительным являлось направление восток — запад [593]. Однако вывода о том, что эта особенность связана с ГМП тогда сделано не было. Только в 1960 г. экспери­ ментально было обнаружено, что если зародыш семени растения направлен в сторону южного геомагнитного полюса, корни ориентируются определенным образом и изменяются темпы роста корней. Это явление было под­ тверждено в экспериментах с искусственными магнитны­ ми полями и получило название магнитотропизма [152, 366]. Следует отметить, что и ранее указывалось, насколь­ ко важна ориентация объекта по отношению к магнитным

58

полюсам, и сама экспериментальная проверка была прове­ дена, но без выводов о магнитотропизме [564].

Многие исследователи в различных странах не только подтвердили явление магнитотропизма, по и обнаружили в проявлении магнитотропических реакции у различных объектов особенности, свидетельствующие о большей сложности явления, чем предполагалось ранее. Поскольку чаще исследовались в этом направлении растительные организмы, то особенности эти рассматриваются нами в главе, посвященной растениям.

Нужно отметить, что геомагнитное ориентирующее влияние показано на очень широком диапазоне объектов, от молекул биологических и неорганических веществ до целых организмов, включая человека [23, 528].

Как проходят магнитные силовые линии Земли по отношению к телу, в равной степени оказывается важным для рыб [31], насекомых [379, 506], растений [201] и других организмов [418—420].

Более 20 лет исследуя особенности течения различных физико-химических реакций у белковых молекул, суспен­ зии клеток и неорганических веществ при строгой ориен­ тации их относительно геомагнитных полюсов, Мориама

[528] обнаружил, что любая реакция, процесс или изучае­ мое свойство у одного и того же объекта изменяются в за­ висимости от его ориентации по странам света (рис. 11).

Было замечено [23], что звук при выстукивании грудной клетки человека зависит от положения тела относительно геомагнитных полюсов, так же как функционирование кровеносной системы, состояние мышечного тонуса, элек­ трические свойства тканей, но автор не подтвердил это экспериментальными данными.

На основании анализа приведенных данных можно

прийти к заключению, что геомагнитная ориентация существенно влияет на функциональные свойства биоло­ гических объектов. Однако у отдельных объектов возмож­ ны отклонения и различные формы реакций, которые

можно объяснить многими причинами. В настоящее время установлено, что этот эффект зависит от принадлежности объектов к той или иной диссимметрической, «правой» или «левой», модификации [92, 93,188, 283, 285], от фазы сол­ нечного цикла во время этих исследований [285], а также

59