Автор: Еськов Е. К.

стр. 89

Доктор биологических наук Е.К. ЕСЬКОВ,

Российский государственный аграрный заочный университет

Земля подверглась электромагнитному воздействию задолго до зарождения на ней жизни, что не могло не повлиять на эволюцию и современное состояние биосферы. Разностороннее исследование этой проблемы породило развитие нового научного направления - электроэкологию. В задачи последней входит изучение биологических эффектов электромагнитных полей (ЭМП), разработка средств защиты от них, выяснение, как представители фауны и флоры (ученые называют их биообъектами) пользуются ЭМП для пространственной ориентации и связи.

Мне посчастливилось много лет заниматься этой проблемой. Используя научные базы Рязанской радиоакадемии, Научно-исследовательского института пчеловодства, Научно-исследовательского института сельского хозяйства (Псков), а также Российского государственного аграрного заочного университета, мы изучали различные биоэлектромагнитные явления. О некоторых наблюдениях и выводах как собственных, так и других исследователей и пойдет речь.

Геомагнитное воздействие на организмы различного уровня, строения сказывается по-разному: одним помогает ориентироваться в пространстве (геомагнитотропизм), у других улучшается физиологическое состояние, сохраняется жизнеспособность. При изучении, например, аэрофильных (нуждающихся в воздухе) водных бактерий были обнаружены такие виды, направление миграции которых тесно связано с силовыми линиями магнитного поля нашей планеты (их назвали магнитотоксическими). Эти микроорганизмы, обитающие в пресных и соленых водоемах, локализуются обычно у границы придонного илового слоя. Оторванные от него потоками воды, они возвращаются обратно, причем не вертикально вниз, а под некоторым углом. Исследования показали: направление отклонения зависит от географического положения водоема. В Северном полушарии соответствующая траектория тяготеет к северному магнитному полюсу, в южном - наоборот. На экваторе же такие погружения обнаружены и с северным, и с южным отклонением от вертикали. В однородном магнитном поле напряженностью 240 А/м бактерии в равном количестве мигрировали в противоположных направлениях.

Чем же объяснить такое поведение микроорганизмов? Оказывается, механизм ориентации в магнитном поле связан с наличием в их теле магнетита ^* . Так, в цитоплазме бактерий рода Aquaspirillum под электронным микроскопом обнаружена цепочка (и/или две), содержащая 10-15 электроплотных включений (магнетитов); ее длина - 100, а ширина - 60 нм. Локализация их остается неизменной не только в течение всей жизни, но и после гибели бактерий, что приводит к удивительному эффекту: отмершие организмы в поле постоянного магнита выстраиваются вдоль силовых линий, подобно железным опилкам. Впервые результаты этих исследований опубликованы американским ученым Р.П. Блейкморе в 1975 г.

^* Магнетит (магнитный железняк) - минерал подкласса сложных оксидов Fe ₂ О ₄ (прим. ред.).

стр. 90

Еще раньше, в начале XX в., геомагнитотропизм был выявлен у растений. Опыты с кукурузой, проводимые в Институте селекции, семеноводства и агротехники полевых культур (Кишинев) в 1969 г., показали: если в ее семенах зародыши ориентированы на юг, то они прорастают раньше остальных, быстрее созревают и, в конечном счете, дают более высокий урожай. Аналогичный эффект был выявлен у семян хвойных пород (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова).

Казалось бы, перечисленные результаты позволяют говорить, что жизнеобеспеченность семян находится в прямой зависимости от их магнитной восприимчивости, влияющей на скорость прорастания и дальнейшее развитие растений. Однако это не подтвердили наши опыты, проведенные в конце 90-х годов XX в. на пшенице. "Поведение" ее семян, подвешенных между полюсами магнита с индукцией 1,5 Тл, мы определяли по углу разворота. И оказалось, что зерна с пониженной жизнеспособностью обладали наибольшей магнитной восприимчивостью, т.е. были получены данные, ставившие под сомнение прямую связь между этой способностью и посевными качествами семян. Все это говорит о том, что изучение геомагнитотропизма у представителей флоры находится еще в начальной стадии.

Очень интересны наблюдения энтомологов (американец Г. Беккер и наш соотечественник В. Б. Чернышев) за поведением различных насекомых. Так, малоподвижные их представители предпочитают ориентировать ось своего тела вдоль силовых линий магнитного поля Земли, а некоторые виды термитов сооружают подземные галереи и ходы в соответствии с магнитным меридианом. Необычно ведут себя жужелицы (семейство жуков): на открытых пространствах их передвижения непредсказуемы, зато в условиях, когда видимость ограничена или они находятся в закрытых помещениях, скажем, в пещерах, траектории их полета направлены точно на Солнце. Предполагается, что это связано с использованием жужелицами в процессе миграции магнитных и (или) гравитационных ориентиров.

Г.Х. Паркер и А. П. Хансен в 1917 г. обнаружили способность рыб различать подводные объекты по электрическим свойствам. В частности, американские сомики находят металлические палочки на расстоянии нескольких сантиметров, а такие же по размерам только стеклянные - при соприкосновении. Большую роль играет площадь контакта металлических палочек с водой. Если она ограничена 5-6 см ² , то рыбы от нее уплывают, если находится в пределах 0,9-2,8 см ² - подплывают и "клюют", в иных же случаях просто не реагируют.

Чем объяснить столь странное поведение сомиков? Установлено: это связано с действием микротоков, возникающих в результате контакта металла с водой (гальванический эффект). Причем реакция рыбы зависит от силы тока. Если его величина ниже 0,99 мкА, сомики подплывают к источнику и "клюют", если выше 1,47 мкА - уплывают, в остальных случаях остаются безучастными.

В 1974 г. Ф. Бретшнейдер опубликовал статью, в которой объяснил описанные эффекты высокой чувствительности отдельных видов рыб к току. В некоторых случаях мышечная клетка переродилась в электрическую и образовался специфический орган, воспринимающий внешние (электрические) воздействия, названный боковой линией. Ученый электрофизиологическим методом установил: этот аппарат у обычного сома (Silurus glanis) реагирует на низкочастотные синусоидальные колебания (до 25 Гц) при плотности тока 10 ^-10 А/мм ² . Такая чувствительность помогает рыбам-хищникам обнаруживать свои жертвы по биоэлектрическим колебаниям, возникающим в результате изгиба тела, движения плавников, хвоста и других органов. По мнению российского исследователя А. Т. Миронова (1948 г.), пространственная ориентация рыб в дальних периодических миграциях также связана с использованием электрорецепции. Они в качестве ориентира, возможно, используют теллурические токи напряжен-

стр. 91

ностью 90 мВ/км с градиентом падения на длину рыбы, равным сотым долям микровольта на 1 см (т.е. потенциал в голове и хвосте разный), что достаточно для восприятия их электрорецепторов.

К настоящему времени нет устоявшейся теории геомагнитотропизма; пока идет накопление фактов, толкование которых вызывает постоянные дискуссии ученых. К таковым относится обнаруженный механизм ориентации птиц, совершающих дальние перелеты. Скажем, один из видов кроншнепов (Numenius tahitensis), гнездящийся на Аляске, зимует на Гавайских островах, преодолевая более 9 000 км, а буревестники, проводящие лето на островах Тристан-да-Кунья, пролетают к месту постоянного гнездования расстояние более 10 000 км.

Точность миграции птиц доказывает наличие у них надежно функционирующей навигационной системы, позволяющей им использовать астрономические ориентиры, правда, только днем и в ясную погоду. Некоторые специалисты считают, что это связано с восприятием пернатыми поляризованного света, другие находят объяснение данному факту в оригинальной гравитационно-инерциальной концепции ^* . А некоторые орнитологи полагают: в качестве природного ориентира при дальнем перелете птицы используют градиент индукции магнитного поля Земли, изменяющийся от 25 000 нТл (у экватора) до 60 000 (у полюсов).

Это предположение было впервые высказано в середине XIX в. российским академиком А.Ф. Миддендорфом. Однако, несмотря на наличие косвенных доказательств обоснованности такой идеи, остается невыясненным физиологический механизм соответствующей системы. Исходя из разных предположений, магниторецепция птиц и других животных основана на наличии в их телах большого количества магнетита биогенной природы, впервые обнаруженного Дж. Гоулдом в 1978 г. Получается, что действие геомагнитного поля нашей пла-

^* См.: Г.А. Швецов. Летят перелетные птицы. - Наука в России, 2000, N 3 (прим. ред.).

стр. 92

неты на гранулы (частицы) магнетита преобразуется нервной системой животных посредством множества проприорецепторов (нервные окончания, расположенные в мышечно-суставном аппарате). И роль этого процесса, выходит, должна возрастать в ситуациях, связанных с необходимостью выбора направления движения.

Однако данная концепция не получила подтверждения в наших исследованиях с пчелами, хотя в их теле также были обнаружены кристаллы магнетита. Здесь получается все наоборот - усиление активности метаболизма способствует понижению магнитной восприимчивости, следовательно, ослаблению влияния природных магнитных возмущений и повышению помехоустойчивости к ним сенсорных систем, используемых в системе пространственной ориентации.

А теперь попробуем разобраться, как отдельные представители фауны ориентируются в неблагоприятной обстановке и "общаются" друг с другом. Оказывается, у некоторых видов рыб, ведущих ночной образ жизни или обитающих в мутной воде, развита высокая чувствительность к току, они используют специфическую форму электролокации. Причем такая чувствительность сопоставима с работой прецизионных измерительных приборов. Например, нильская щука - гимнарх - реагирует на изменение силы тока всего в 3 х 10 ^-15 А. Эти данные в 1963 г. сообщил биолог Г. В. Лисман. Исследования показали: механизм электролокации у данного вида рыб связан с наличием специального электрического органа. С его помощью гимнарх генерирует электрические импульсы длительностью 1,3 с, следующие с частотой около 300 Гц, а их амплитуда достигает 4 В, благодаря чему рыба превращается в пульсирующий электрический диполь. Такая система электролокации принципиально отличается от эхолокации, основанной на использовании отраженных акустических сигналов (как, скажем, у летучих мышей ^* , дельфинов и др.). Гимнархи и другие виды рыб, обладающие электролокацией, окружающие объекты обнаруживают по искаженной ими конфигурации электрического поля. В однородной водной среде, а также при наличии в ней предметов, электропроводность которых совпадает с таковой у воды, силовые линии вокруг рыбы не искажаются, в противном случае они сгущаются. А если объект - диэлектрик, тогда силовые линии расходятся вокруг него. Это явление позволяет гимнарху с помощью рецепторов, локализующихся вблизи головы, обнаруживать стеклянную палочку диаметром 0,2 мм. К таким выводам впервые пришли Г. В. Лисман и К.Е. Махин в 1958 г.

Очень интересные данные были получены при изучении "неэлектрических" рыб (у них нет специальных генераторов электрического поля) - результаты соответствующих исследований в 1985 г. опубликовал наш соотечественник Б.М. Басов. Оказывается, у подобного вида водных обитателей генерация слабых электрических колебаний связана с активизацией локомоций (движений тела, плавников, хвоста и т. п.). Амплитуда этих колебаний на расстоянии 10 см у линя составляет 60+/- 12 мкВ, у леща и карася - 80+/-12, у верховки - 90+/- 10, у озерного гольца - 125+/-25, у радужной форели - 170+/- 15, у обыкновенной щуки - 175+/-12, у налима - 200+/-10 мкВ. Эти колебания

^* См.: В.Н. Большаков, О.Л. Орлов. Рукокрылые обитатели уральских пещер. - Наука в России, 2001, N 1 (прим. ред.).

стр. 93

представляют собой затухающие импульсы разной длительности, в зависимости от породы рыб.

Чувствительность к электрическому полю у разных видов водных организмов также имеет существенные отличия. Например, судак реагирует вздрагиванием при напряженности 0,87 мВ/см, а чтобы добиться аналогичной реакции у карася необходимо подать от 5,5 до 16 мВ/см. Кстати, последняя характеристика свойственна многим видам рыб, благодаря чему они, по-видимому, не могут пользоваться генерируемыми ими же электрическими колебаниями в качестве средства ориентации и связи. Лишь в больших скоплениях (косяках), как в 1982 г. показал доктор биологических наук В. Р. Протасов из Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, когда происходит суммация и синхронизация биоэлектрических полей, генерируемых стаей рыб, отмечается упорядочение (координация) последних и, соответственно, рыбам легче ориентироваться. Ученый предположил также, что упомянутое изменение конфигурации суммарного электрического поля стаи в результате взаимодействия с магнитным полем Земли может использоваться рыбами в системе навигации.

Автор данной статьи изучал использование электрического поля в семействе внутригнездовых коммуникаций пчел. В то время, как основная масса насекомых остается в улье, на поиски корма отправляются "разведчицы". Найдя пищу, они возвращаются, и здесь начинается самое интересное. Пчелы- разведчицы превращаются в так называемых сигнальщиц. Информацию о наличии корма, его удаленности и направлении от улья они сообщают исполнением стереотипных движений (танцев), когда сигнальщицы совершают маятникообразные движения брюшком с частотой около 14 Гц, что соответствует частоте электрического поля, генерируемого ими же. Наличие заряда на теле танцовщиц (он в десятки раз выше, чем у пассивных пчел) и колебания брюшка вызывают изменение напряженности окружающего электрического поля. Последнее обстоятельство позволяет пчелам выявлять сигнальщиц среди тысяч пассивных особей и принимать информацию, куда лететь за кормом.

Использование насекомыми электрического поля, генерируемого сигнальщицами, доказано нами опытным путем. Скажем, заряженная пластмассовая модель танцовщицы привлекает пчел, причем не только пассивных, но и самих сигнальщиц, но только если сама модель превосходит ее величиной заряда. Незаряженная же механическая пчела, имитирующая движения танцовщицы, не привлекает реальных пчел вовсе.

А как еще могут влиять электрические поля на поведение различных представителей фауны? Многие насекомые определяют приближение ненастной погоды по интенсификации атмосфериков (разряды между облаками, имеющими разные заряды). Наводимые последними токи раздражают насекомых и у них вырабатывается инстинкт миграции перед грозой в места, экранированные от атмосфериков.

Словом, функционирование организмов всех уровней организации тесно связано с динамикой электрических процессов, посредством которых обеспечивается координация движений и всего комплекса реакций на изменения внешней и внутренней среды.

Permanent link to this publication: