Магнитобиология

Автор: Administrator | 21 Октября 2011

Науку, которая изучает действие магнитного поля на живые существа, называютмагнитобиологией. Она сложилась лишь в последние 10—15 лет. В этигоды возрос интерес к биологическому действию магнитного поля. Причинойтому были полеты человека в космос и усиленное применение магнитных полейв промышленности. Рождению новой науки способствовало бурное развитие молекулярнойбиологии, биохимии и биофизики.

Все вещества обладают магнитными свойствами, только выражены они у нихв разной степени. Об этом уже более века назад было известно великому английскомуученому Майклу Фарадею. Наиболее четко эти свойства выражены у железа,кобальта, никеля и некоторых сплавов, а также у систем, по которым течетэлектрический ток. У большинства веществ эти свойства настолько слабы,что установить их можно лишь с помощью особых приборов, например магнитныхвесов.

Семя боба, подвешенное на тонкой нити вблизи зазора сильного электромагнита,при включении магнитного поля отклоняется под некоторым углом.

При исследовании на магнитных весах вещество помещается в зазор междуполюсами электромагнита или вблизи него. Обычно в зазоре, а в особенностивблизи него, магнитное поле неоднородное, т. е. разное по величине и направлениюв соседних точках. Если при включении электромагнита вещества притягиваютсяв область наиболее сильного поля, их называют парамагнитными, аесли выталкиваются — диамагнитными. Магнитные свойства биологическихобъектов зависят от их состава и состояния. Так, например, сухие зернаржи и пшеницы чаще диамагнитны, но иногда из-за большого содержания в нихжелеза и некоторых микроэлементов они могут быть и парамагнитны.

Если подвесить семя боба на тонкой нити вблизи зазора сильного электромагнита,то при включении магнитного поля семя это отбрасывается наружу и повисаетв воздухе под некоторым углом к первоначальному вертикальному положению.Оно диамагнитно. Такая реакция на магнитное поле называется магнитомеханическойи свойственна в равной степени и живым существам и веществам. Внутри живойклетки при магнитомеханической реакции может происходить смещение органелл(частей клетки, выполняющих различные жизненные функции) или других частиц,например крахмальных зерен.

Английским ученым удалось установить, что в сильном неоднородном магнитномполе кончик корня кресс-салата изгибается в сторону поля наименьшей напряженностиименно потому, что зерна крахмала в чувствительной зоне корешка смещаютсяв цитоплазме к одной из стенок клетки. Под влиянием возникающего давления,а за ним раздражения эта часть клетки замедляет рост, и кончик корня изгибается.Так магнитомеханическая реакция превращается в физиологическую. Явлениеизгибания корешка в магнитном поле назвали магнитотропизмом.

Так наблюдают за ростом корешка в магнитном поле.

Известны по крайней мере три вида магнитотропизмов: 1) реакция корнейна неоднородность поля, о которой мы говорили выше; 2) реакция корешкапрорастающего семени на ориентацию зародыша семени к северу или к югу,открытая советскими учеными А. В. Крыловым и Г. А. Таракановой; 3) реакцияориентации корневой системы растений в естественных условиях относительносиловых линий земного магнитного поля, исследования которой успешно ведутсяв Советском Союзе и Канаде. Механизм изгибания корней в первом случае ученыесмогли объяснить, но два других наблюдаемых явления пока остаются загадкой.Это не мешает ученым делать практические выводы. Например, если у какого-нибудьсорта пшеницы или сахарной свеклы (такие сорта есть в Канаде и США) ориентациякорневой системы относительно магнитного меридиана выражена в достаточнойстепени, нужно вносить удобрения поперек направления этой ориентации. Вэтом случае минеральные удобрения используются растением наиболее полнои экономно.

Пока магнитотропизм наблюдали только у растений, и совершенно неизвестно,есть ли он у сидячих животных форм. Зато у животных хорошо изучена другаяформа реакции на направление магнитного поля — направленные движения, илимагнитотаксисы.

Так, например, при определенной напряженности магнитного поля инфузории-туфелькичаще собираются у южного полюса магнита, чем у северного, а некоторые видынасекомых, моллюсков и червей предпочитают располагать свое тело при движенииили отдыхе определенным образом относительно силовых линий земного магнитногополя. Более того, ученые предполагают, что способность некоторых птиц,например голубя, и рыб, например угря, чувствовать слабые магнитные поляпомогает им ориентироваться при перелетах или при движении к местам нереста.

Магнитобиологи не ограничиваются изучением тропизмов и таксисов в магнитномполе. Они стараются выяснить, какие физиологические сдвиги происходят ворганизме, когда его помещают в поле, отличное от земного (меньше или большеего), и какими изменениями в организме эти сдвиги сопровождаются.

Простой, казалось бы, вопрос: может ли организм существовать без земногомагнитного поля? А чтобы ответить на него, ученым пришлось решать еще двавопроса: может ли организм существовать в среде с нулевым внешним магнитнымполем? Может ли он существовать в ослабленном в той или иной степени магнитномполе?

Ответить на первый из них чрезвычайно трудно, так как пока техническиневозможно создать на длительное время участок пространства, где были бывсе условия естественной внешней среды, кроме земного магнитного поля.Однако ученым удалось ответить на второй вопрос, а косвенно это дает возможностьответить и на первый.

Оказалось, что при постепенном снижении напряженности земного магнитногополя (в пределах Москвы оно равно примерно 0,5 Э (эрстед) в 10, 100 и дажев 1000 раз многие растения и животные вовсе не плохо себя чувствуют. Огурцыи редис, например, ускоряют рост, а вот кукуруза и ячмень замедляют. Ноесли и дальше снижать напряженность магнитного поля и удлинять сроки пребыванияв нем живых организмов, у них появляются и развиваются неблагоприятныепризнаки. У растений начинают утолщаться клеточные стенки, у животныхкожные покровы, клетки начинают неправильно делиться, у некоторых видовпочвенных микроорганизмов образуются гигантские клетки, задерживается образованиеразных тканей в корнях пшеницы (так называемая дифференциация тканей),поверхность покрывается своеобразными опухолями, у мышей начинается облысение.Интересно, что в первую очередь на ослабление магнитного поля реагируютнаиболее сложно устроенные, многоклеточные организмы и уже потом одноклеточные.На развитии некоторых из них, например водоросли хлореллы, снижение поляв 10 тыс. раз на протяжении 5 недель никак не сказалось. Таким образом,уже сейчас можно утверждать, что магнитное поле Земли необходимо для нормальногосуществования большого числа животных и растений.

Ну а как реагируют живые организмы на увеличение напряженности магнитногополя по сравнению с земным? Оказывается, что нарисовать общую картину происходящихс организмами изменений — задача очень сложная. Например, слабые магнитныеполя, в 20—200 раз превышающие силу земного магнитного поля, стимулируютрост корней растений, подавляют потребление кислорода и выделение углекислотына первых этапах прорастания семян. Поля, в тысячи раз превышающие земное,тормозят рост растений и многих микроорганизмов, задерживают развитие злокачественныхопухолей, препятствуют нормальному ходу клеточного деления, вызывают нарушениекровообращения и расстройство деятельности выделительной, кроветворной,нервной и пищеварительной систем у подопытных животных (белых мышей и крыс).В зависимости от величины напряженности поля, длительности пребывания внем организма и его состояния (молодой организм или старый, находится онв покое или в состоянии активной деятельности) последствия пребывания вполе могут быть обратимыми или необратимыми. Иногда, правда крайне редко,наблюдается даже смертельный исход.

Речь шла только о действии постоянного магнитного поля. А ведь видыпеременных магнитных полей более многочисленны и разнообразны, так же разнообразноих действие. Магнитобиологи сосредоточили свое внимание на постоянном магнитномполе потому, что механизм и природа его действия остаются во многом загадочнымидля нас и до сих пор. Его даже называют «странным раздражителем».

Долго ученые не могли выработать у животных на него условный рефлекс,и лишь в 1958 г. советскому ученому Ю. А. Холодову и американскому ученомуЛиссману удалось это сделать на рыбах (на карасе, карпе и нильской рыбкемормирусе). Оказалось, что магнитное поле действует на животных как минуянервную систему, так и через нее. При этом неожиданно выяснилось, что преждевсего действие поля воспринимает промежуточный мозг, а именно один из егоотделов, называемый гипоталамусом.

Что же дает изучение биологического действия магнитного поля? Во-первых,оно говорит о том, что любой фактор внешней среды, как бы слаб и незначителенна первый взгляд он ни был, оставляет свой след в процессе эволюции живыхформ. Во-вторых, оно дает возможность ученым еще с одной стороны заглянутьв тайны организации жизни, открывает исследователям новые, еще не изученныеспособы построения магниточувствительных систем. И в-третьих, указываетна не использованные до сих пор резервы сельскохозяйственного производства.