Влияние излучения на микроорганизмы кратко
Обновлено: 05.07.2024
На ранней стадии существования материи она была в значительной степени радиоактивной. Однако по истечении времени большинство ядер природных радиоактивных веществ подверглись радиоактивному распаду и стали устойчивыми. Но некоторые вещества всё ещё радиоактивны и являются источниками ионизирующего излучения. Наряду с этим, излучения Космоса и Солнца постоянно воздействуют на организм и окружающую среду. Таким образом, вся жизнь на земле развивается в среде, которая является естественной - радиоактивной.
Ионизирующее излучение было открыто в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном в Германии, который зафиксировал неизвестные ранее лучи, которые проникали сквозь тело человека. Эти лучи, однако, не были связаны с естественной радиоактивностью. Рентген получил их в электронной лампе, разгоняя поток электронов от одного электрода к другому. Это открытие вдохновило других учёных искать таинственные лучи, и в 1896 году было сделано следующее открытие: французский физик Анри Беккерель изучал минеральный образец урана и обнаружил, что он испускал лучи того же самого типа, что и лучи Рентгена. Беккерель обнаружил явление естественной радиоактивности.
Теперь поиск химических элементов, испускающих радиацию, стал более целенаправленным. В 1898 году учёные Мария и Пьер Кюри выделили два радиоактивных элемента: полоний и радий. Радий, который является высоко радиоактивным химическим элементом, скоро оказался полезным в медицине. А в то время об опасности вредного воздействия излучения на организм не было известно.
Многие из первопроходцев в области медицины и научных исследований были облучены, и в течение первых десятилетий прошлого столетия некоторые из них погибли от лучевой болезни.
В 1928 году на Международном Конгрессе по радиологии в Стокгольме была основана международная организация – сегодня известная, как Международная Комиссия по Радиационной Защите (МКРЗ). МКРЗ собирает информацию о воздействии радиации на здоровье и выпускает рекомендации по радиационной защите.
Воздействие ионизирующего излучения на вещество.
Любое вещество, поглощая энергию солнечного излучения, нагревается. Воздействие солнечного излучения на биологическую ткань приводит к биологическим эффектам (например, загар на теле человека). Так же и ионизирующее излучение воздействует различным образом на живую и неживую материю.
Тело человека поглощает энергию и находится под биологическим воздействием ионизирующего излучения. Чтобы понять, как ионизирующее излучение воздействует на нашу биологическую ткань, исследуем процесс на уровне элементов, составляющих ткань, то есть на уровне клетки.
Клетка и молекула ДНК живого организма.
Человеческое тело состоит приблизительно из 10 14 клеток. Клетка - самая маленькая частица организма, которая обладает способностью к жизнедеятельности и размножению. Она поглощает питательные вещества и кислород из крови и преобразует их в энергию. Компьютером, управляющим всеми программами, по которым работают все наши клетки, является генетический материал, содержащийся в ядре каждой клетки. Генетический материал содержит не только информацию о задачах клетки, но также и полный сборочный чертёж всего человеческого тела, включая все его индивидуальные характеристики.
Генетический материал человека состоит из 46 хромосом, составляющих 23 пары. Внутри хромосом находится молекула ДНК, которая является сложнейшей макро-молекулой. Молекула ДНК состоит их двух цепочек в форме двойной спирали, растянув которые можно получить нить длинной около 1,5 метра
Четыре базы, названные А, С, G, Т, связывают обе спирали вместе очень оригинальным способом. А в одной спирали всегда соединяется с Т в другой спирали, С всегда соединяется с G. В случае, если одна спираль повреждена, другая служит моделью для восстановления.
Деление клетки в организме.
Клетки могут разрушиться или быть повреждены вследствие каких-либо причин. Чтобы позволить тканям тела и органам поддерживать свои функции, клетка делится с образованием двух нормальных, здоровых дочерних клеток, идентичной материнской клетке, которые заменяют повреждённую клетку.
Когда клетка делится, обе цепочки каждой молекулы ДНК разделяются, каждая затем становится частью новой спирали ДНК и в результате – мы имеем две новые клетки.
Полный процесс деления занимает от двух минут до двух часов – это очень чувствительный период в жизни клетки. Повреждение ДНК во время этого процесса может привести к различным последствиям. Однако, способность клетки к восстановлению исправит большинство дефектов прежде, чем закончится образование новой клетки.
Повреждение ДНК происходит случайно, или в результате воздействия на неё ядовитых веществ, вирусов, ультрафиолетового или ионизирующего излучения.
Воздействии ионизирующего излучения на ДНК.
Некоторые клетки являются наиболее чувствительными к ионизирующему излучению, но все они чувствительны в период деления. Это означает, что растущая ткань или ткань, которая имеет высокую скорость деления клеток, более чувствительна к ионизирующему излучению, чем другие ткани. Вот почему дети, а особенно плод беременной женщины более чувствительны к излучению, чем взрослые. По той же причине клетки раковой опухоли более чувствительны к излучению, чем здоровая ткань, так как раковая опухоль растёт очень быстро за счёт частого деления раковых клеток. Эта особенность опухоли используется для лечения рака при помощи облучения раковых клеток.
Прямые и косвенные эффекты облучения.
Ионизирующее излучение может воздействовать на ДНК непосредственно или косвенно. Наши клетки состоят на 65-75% из воды. Поэтому, наиболее вероятная молекула, которая подвергается воздействию ионизирующего излучения молекула воды. Излучение ионизирует молекулы воды, приводя к образованию различных химических активных веществ. Эти вещества, которые называются свободными радикалами, могут воздействовать на молекулу ДНК. Прямое воздействие имеет менее важное значение, поскольку оно менее вероятно. Чтобы вызвать прямой эффект, ионизирующее излучение должно разрушить молекулу ДНК.
Бета- и гамма-излучения вызывают низкую плотность ионизации, поэтому вероятность повреждения обеих цепочек спирали ДНК относительно небольшая. Обычно ущерб наносится только одной цепочке или одной базе, и это повреждение может быть восстановлено относительно эффективными функциями восстановления организма. Альфа-излучение вызывает высокую плотность ионизации. При этом возникает большая вероятность разрушения обеих цепочек ДНК. Поскольку генетическая модель клетки, таким образом, разрушается, вероятна ошибка в процессе восстановления клетки, что может даже привести к гибели клетки.
Действие радиации на организм человека.
Существуют различия между последствиями радиационного воздействия, которые возникают вскоре после облучения – острые последствия – и последствиями, которые будут наблюдаться намного позже – хронические последствия.
Острые последствия облучения.
Острые последствия обусловлены большой дозой облучения тела или органа человека за короткий срок, и в большинстве случаев приводят к гибели клеток организма. При превышении порогового значения повреждения неизбежны, и они увеличиваются с увеличением дозы. Индивидуальное пороговое значение может быть разным, и это может изменить степень повреждения каждого индивидуума. Острая лучевая болезнь и повреждение плода у беременных – примеры острых повреждений организма в результате воздействия ионизирующего излучения.
Острая лучевая болезнь.
Клетки, которые являются наиболее чувствительными к воздействию радиации – клетки с высокой частотой деления. Поэтому в первую очередь ионизирующее излучение будет воздействовать на кроветворные органы (красный костный мозг), особенно чувствительные к ионизирующему излучению. Кратковременная доза облучения на всё тело более, чем 1000 мЗв (100 бэр) приведёт к острой лучевой болезни. Множество клеток и, следовательно, большие части живой ткани будут повреждены или погибнут. Функции облучённого органа будут нарушены. Последствия интенсивного облучения организма в дозах, превышающих пороговое значение, иногда проявляются уже через час или два: человек начнёт чувствовать слабость и начнётся рвота. Эти признаки обычно уменьшаются после двух дней, и в течение двух-трёх недель – самочувствие человека улучшается. Однако, за это время число белых кровяных клеток существенно уменьшится, уменьшится и сопротивление организма заразным болезням. Это может привести к воспалительным болезням с высокой температурой, диарее и кровотечениям. Если человек поправляется от острого облучения, то останется риск хронических последствий облучения.
Незамедлительное и целенаправленное квалифицированное лечение увеличивает процент выживания.
Генетические нарушения в организме.
Различают следующие виды воздействия на клетки организма вследствие облучения в зависимости от поглощённой дозы облучения и радиоустойчивости клетки:
- Без изменений – облучение не влияет на клетку
- Клетка восстанавливает молекулу ДНК
Молекула ДНК получает ложную информацию, ведущую к мутации клетки. Мутации не обязательно отрицательные, но они могут также привести к генетическим нарушениям и раковым заболеваниям.
Хронические последствия облучения.
Рак и наследственные болезни расцениваются как хронические последствия действия радиационного облучения.
Пороговое значение дозы облучения для хронических последствий отсутствует. Чем больше доза облучения, тем выше вероятность заболевания.
Клетка, у которой генетический код был изменён, может развиться в раковую клетку. Рак – болезнь, вызванная бесконтрольным делением мутирующих клеток. Примерно 20% всех смертных случаев в мире – от раковых болезней. Признаки лейкемии, вызванной ионизирующим излучением, обнаруживаются через 3-7 лет после облучения. Другие виды раковых болезней развиваются более длительное время.
Наследственные изменения в потомстве.
ДНК в половых клетках, также могут быть повреждены ионизирующим излучением. Эти повреждения могут быть переданы следующему поколению. Но для того, чтобы это случилось, дефект клеток должен быть унаследован от обоих родителей. Необходимые условия передачи генетических изменений следующему поколению:
- Хромосома в половой клетке повреждена.
- Повреждены одинаковые хромосомы в клетках отца и матери.
- Эмбрион должен развиться. Шансы эмбриона выжить уменьшаются, если клетки повреждены.
Эти условия объясняют, почему наследственные последствия нанесения вреда организму настолько трудно оценить. Вероятность каждого условия мала. Вероятность того, что все три условия выполняются одновременно – чрезвычайно мала.
В работе приводятся физико-химические механизмы воздействия ИК-излучения на микроорганизмы. Обсуждаются молекулярные процессы, происходящие в клетке под воздействием излучения с позиции современной фазовой теории. Разные авторы приводят различные механизмы воздействия ИК-излучения на живые объекты. До сих пор нет единого мнения относительно этих явлений. Проведенный анализ научных данных позволяет уточнить молекулярные механизмы воздействия ИК-излучения. Автор приводит доказательства того, что в клетке под воздействием излучения проходят процессы, ключевую роль в которых играет вода как первичный акцептор. С помощью новых концепций и полученных новых экспериментальных данных показывается механизм на молекулярном уровне, что важно для понимания общих для различных представителей микроорганизмов биохимических эффектов, возникающих под воздействием излучения и приложения этих технологий в биотехнологических производственных процессах, в том числе фармацевтических.
4. Кузнецов Д.Б. Перспективы применения электромагнитных излучений крайне высокой частоты малой мощности в фармации // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 10 (ч. 2). – С. 400. – 404.
5. Романовский Ю М, Тихонов А.Н. Молекулярные преобразователи энергии живой клетки. Протонная АТФ-синтаза – вращающийся молекулярный мотор УФН 180 931–956. – 2010.
8. Chai B., Yoo H., Pollack G.H. Effect of radiant energy on near-surface water // J Phys Chem B. – 2009. – № 113(42). – Р. 13953-13958.
9. Chothia C. (). Conformation of twisted beta-pleated sheets in proteins // J Mol Biol. – 1973. – № 75. – Р. 295–302.
10. Galvao T., Mohn W., de Lorenzo V. Exploring the microbial biodegradation and biotransformation gene pool // Trends Biotechnol. – 2005. – № 23(10). – Р. 497–506.
11. Gordon S.A., Surrey K. Red and far-red light action on oxidative phosphorylation // Radiat. Res. – 1960. – № 12. – Р. 325–339.
14. Karu T.I., Kutomkina E.V., Lyapunova T.S., Pomoshnikova N.A. Lasers Life Sci. – 1993. – № 5. – Р. 259.
17. Ling G.N. A convergence of experimental and theoretical breakthroughs affirms the PM theory of dynamically structured cell water at the theory’s 40th birthday. In: Water and the Cell (Pollack, G.H., Cameron, I.L. and Wheatley, D.N., eds.). Springer Verlag, Berlin. – New York, 2006. – Р. 1–52.
18. Ling G.N. A New Theoretical Foundation for the Polarized-Oriented Multilayer Theory of Cell Water and for Inanimate Systems Demonstrating Long-range Dynamic Structuring of Water Molecules. Physiol // Chem. Phys. Med. NMR. – 2003. – № 35(2). – Р. 91–130.
19. Ling G.N. Nano-protoplasm: the ultimate unit of life // Physiol Chem Phys Med NMR. – 2007. – № 39(2). – Р. 111–234.
20. Matveev V.V. Native aggregation as a cause of origin of temporary cellular structures needed for all forms of cellular activity, signaling and transformations. Theoretical Biology and Medical Modelling. – 2010.
23. Zheng J.M., Chin W.C., Khijniak E., Khijniak E.J., Pollack G.H. Surfaces and interfacial water: evidence that hydrophilic surfaces have long-range impact // Adv Colloid Interface Sci. – 2006. – № 127(1). – Р. 19–27.
В настоящее время источники излучения ИК-диапазона используются повсеместно в медицинской практике, обогреве помещений и уличных пространств, покраске, пищевой промышленности и др.
Взаимодействие ИК-излучения с живыми организмами с давних пор привлекало внимание исследователей и практиков своими предполагаемыми, хотя и недостаточно изученными возможностями. ИК-излучение представляет диапазон электромагнитных волн (0,7…1000 мкм), который лежит между оптическим спектром видимого света и радиоизлучением.
Важнейшим вопросом является, какие механизмы лежат в основе биохимических реакций при фотохимическом воздействии (низкая интенсивность излучения) и термическом (более высокая интенсивность) и выражаются в конкретный биологический отклик на ИК облучение.
Попытки объяснения механизмов биологического воздействия ИК-излучения с привычных позиций, в первую очередь, с точки зрения выделения тепла ни к чему не привели. В большинстве современных работ, описывающих первичные механизмы воздействия излучения, приводятся данные о том, что облучение взаимодействует с молекулами фотоакцептора и приводит к ускорению переноса электронов в дыхательной цепи благодаря изменению в редокс свойствах ее компонентов при фотовозбуждении их электронных состояний. [13, 15]
В работах [12, 22] показывается, что излучение приводит к активизации окислительного метаболизма.
Это очень важное свойство т.к. в процессе окислительного метаболизма микроорганизмами детоксицируются ксенобиотики (синтетические лекарственные средства, пестициды, различные химикаты и яды природного происхождения), происходит разложение загрязняющих веществ при биоремедиации [10]. В качестве фотоакцептора предполагается, что это цитохром-с-оксидаза в эукариотических клетках [3] и цитохромный комплекс bd, терминального фермента дыхательной цепи в прокариотах [1].
Не существует никаких убедительных доказательств о том, что перечисленные механизмы действительно являются первичными при облучении клетки.
Основные фотоакцепторы энергии ИК-излучения и её аккумуляция
Из химии известно, что поглощение и переизлучение определенной длины волны зависит от входящих в состав молекул хромоформных и ауксохромных групп в видимом спектре. Подобное происходит и в ИК-диапазоне. Валентные и деформационные колебания молекул, сопровождающиеся изменением эклектического дипольного момента μ связи, поглощают ту или иную длину волны и соответствуют полосам поглощения в спектре. В большинстве случаев ИК-излучение поглощается высоко интенсивными колебаниями полярных связей C–O, C = O, C–N, N = O, S = O, O–H и др.
Во время возбуждения электронных состояний заметная часть энергии возбуждения неизбежно превращается в тепло, что вызывает локальное и преходящее увеличение температуры абсорбирующих излучение молекул [16] Локальное кратковременное повышение температуры поглощающих биомолекул может вызывать структурные (например, конформационные) изменения и приводить в действие биохимические процессы, такие, как активация или ингибирование ферментов.
Проблема заключается в том, что до сих пор нет общепринятого механизма воздействия ИК-излучения низкой интенсивности (без теплового воздействия) на живые объекты. В работе приводится механизм, который основывается на концепции Г. Линга [17] и является универсальным и достоверно экспериментально доказанным.
Микроорганизмы состоят на 90 % из воды. ИК-излучение сильно поглощается молекулами воды за счет валентных, деформационных и либрационных колебаний, поэтому первичным акцептором в микроорганизмах являются примембранные слои воды на поверхности клетки и внутриклеточная вода. Даже если излучение поглощается другими соединениями в клетке, любое полимерное соединение окружено адсорбированными слоями воды, любое мономерное соединение окружено гидратной оболочкой, поэтому как бы то ни было энергия излучения передастся молекулам воды. По физическим свойствам вода зоны исключения (адсорбированная вода) резко отличается от обычной объемной воды. Молекулы воды в зонах исключения (ЗИ) более упорядочены и ориентированы, зоны вытесняют из себя даже такие маленькие частицы, как ионы (например, Na+), имеют более высокую вязкость, отрицательный электрический потенциал, меньшую излучающую способность и большую устойчивость. Также, чем ближе расположен слой адсорбированной воды к гидрофильной поверхности, тем более интенсивно поглощается излучение, особенно на длине волны 3 мкм, что соответствует валентным колебаниям ОН-группы [23]. ЗИ зависят от природы поверхностей, которыми они образованы. Теоретическая основа этих процессов подробно изложена в [18].
Работы Поллака убедительно показали, что энергия излучения может аккумулироваться в виде энтропии потерь и разделения зарядов только при наличии гидрофильной поверхности и воды. В ходе облучения происходит интенсивный рост ЗИ воды на поверхности, причем зоны вырастают большей толщины, чем без инфракрасного излучения [8].
Таким образом, ИК-излучение запускает каскад реакций, направленных на образование новых структур и увеличение толщины ЗИ. При структурных перестройках на гидрофильных поверхностях (белки, преимущественно вторичной структуры (α-спирали и β-листы), ДНК, РНК, мембраны) электроны идут на образование диполь-дипольных связей и создаются отрицательно заряженные участки. Эти участки легко могут проводить электрическое возбуждение и исключать из себя протоны, увеличивая концентрацию протонов и ионов Н3О+ за пределами ЗИ. Подавляющее большинство молекул АТP образуется протонными ATP-синтазами (F0F1–ATP-синтаза), являющимися самыми маленькими из известных наноразмерных электромоторов природного происхождения. АТР-синтазы в бактериальных клетках встроены в плазматическую мембрану, у автотрофных эукариот ‒ в мембраны тилакоидов, а у гетеротрофных эукариот ‒ во внутреннюю мембрану митохондрий [11]. Белковые комплексы F1 и F0 у бактерий, цианобактерий и хлоропластов высших растений имеют одинаковый состав белковых субъединиц, α3β3γδε и ab2cn соответственно. F0F1–ATФ-синтаза митохондрий содержит дополнительно еще несколько минорных белковых субъединиц [21].
Работа АТФ-синтазы в режиме синтеза АТР сопряжена с переносом через неё протонов, путь которых пролегает через F0 и направлен в сторону F1. Путь переноса протонов включает следующие функционально важные элементы макромолекулярной конструкции:
Во-первых, каждая из субъединиц с в своей центральной части содержит протонируемую карбоксильную группу, которая способна присоединять протон, поступающий из кислотной области
и отдавать его в щелочную область
Главную роль в работе протонных каналов F0F1–ATФ-синтазы играют аминокислотные остатки субъединиц а и с, содержащие протонируемые группы, которые способны удерживать протоны и передавать их друг другу.
Протонный мотор компонента F0 проявляет большое функциональное сходство с протонными моторами жгутиков. И там, и там присутствует кольцо из множества небольших богатых α-спиралями белков, вращающихся относительно соседних неподвижных белков за счёт энергии протонного градиента [5].
Подавляющее большинство энергоёмких биологических процессов, таких как реакция биосинтеза, перенос различных молекул через биологические мембраны, белковое (мышечное) сокращение и др., сопряжено с энергодонорной реакцией гидролиза ATP, в результате которой образуется АDP и неорганический фосфат.
Реакция гидролиза ATP (АТP + Н2О → АDP + Pi) сопровождается выделением энергии, которая может быть использована для совершения полезной работы [5].
Возникновение специфических эффектов под воздействием ИК-излучения
В клетке под действием излучения помимо усиленного роста ЗИ и аккумуляции энергии в виде Δμн+ образуются временные структуры [8], которые носят сигнальную функцию. Источником энергии для образования сигнальных структур выступает Δμн+. Первопричиной любых функциональных изменений в клетке будет появление в результате нативной агрегации сигнальных структур, непрерывно возникающих и распадающихся в процессе ее жизнедеятельности.
Захваченная энергия излучения также идет на нативную агрегацию белковых молекул. Согласно концепции В.В. Матвеева [20], нативная агрегация является обратимой высокоспецифичной агрегацией белков, находится под генетическим контролем (запрограммированная агрегация) и производит временные структуры. Специфичность взаимодействий полипептидных цепей друг с другом (на внутри- и межмолекулярном уровнях) обеспечивают вторичные структуры, к которым в первую очередь относятся α-спирали и β-листы.
Несмотря на все разнообразие белков, все они имеют абсолютно одинаковый полипептидный остов, различия между белками обусловлены лишь боковыми цепями. Полипептидный остов всех белков представляет собой правильное чередование положительных (NH) и отрицательных (CO) зарядов пептидных связей, причем расстояние между этими группами оказывается соизмеримым с размером молекул воды и длиной водородных связей между ними. Иначе говоря, расположение указанных диполей вдоль полипептидного остова оказывается в структурном отношении комплементарным структуре воды. Другая особенность групп пептидной связи состоит в том, что они образуют водородные связи либо друг с другом (во вторичных структурах), либо с водой (развернутые участки полипептидной цепи) [5].
Как только развернутый полипептид, адсорбировавший воду, начинает сворачиваться с образованием вторичных структур, пептидные группы отказываются от водородных связей с водой и образуют их между собой. Прежде связанная вода десорбируется и приобретает свойства объемного растворителя [19].
α-спирали построены исключительно из одного типа стереоизомеров аминокислот (L). В белках преобладает правозакрученная структура. В 1973 году Чотиа заметил, что в белках β-листы всегда скручены как правый пропеллер, а плоские и левопропеллерные β-листы практически не встречаются [9]. Вода ЗИ выстраивается на поверхностях, повторяя структуру поверхности.
Как было отмечено ранее, ЗИ на поверхности также специфичны, как и поверхности их образовавшие. Данная специфичность позволяет узнавать и взаимодействовать между молекулами через собственные ЗИ, находясь в отдалении друг от друга.
Таким образом, различные микроорганизмы могут показывать различные биологические эффекты на один и тот же тип ИК-излучения.
Вода ЗИ в клетке и в модельных системах более упорядочена, чем объемная [17], поэтому встраивание молекулы растворенного вещества в растворитель с более жесткими связями энергетически невыгодно, и они вытесняются из системы. Выстроенные слои из адсорбированной воды служат путями транспортировки возбуждения от рецептора к рабочему биополимеру.
Такой взгляд на взаимодействие гидрофильных поверхностей полимеров с водой получил убедительное экспериментальное подтверждение [23].
Таким образом, повышается чувствительность рецепторов и активность в клетке в целом.
В настоящей работе представлен физико-химический механизмах воздействия ИК-излучения на микроорганизмы. Показано, что одним из главных звеньев является ускорение образования ЗИ воды, которые вытесняют из себя протоны, создавая таким образом разность электрохимических потенциалов ионов водорода (Δμн+) за пределами ЗИ. Поток протонов взаимодействует с АТФ-синтазой, результатом чего является синтез АТФ из АДФ и фосфата. Сами ЗИ являются высокоупорядоченными многослойными участками с отрицательным потенциалом и высокой поглощающей способностью в ИК-диапазоне. ЗИ являются путями для протекания электронного возбуждения от рецептора до рабочей макромолекулы. Таким образом, ИК-излучение способствует повышению энергетического обмена и чувствительности к внешним и внутренним раздражителям, следовательно, облучение положительно сказывается на адаптации микроорганизмов к факторам окружающей среды.
Рецензенты:
Энергия излучения может влиять на состояние микроорганизмов. Влияние энергии излучения значительно зависит от глубины проникновения в субстрат. Рассеянный солнечный свет в отличие от прямых солнечных лучей мало влияет на развитие микроорганизмов. Особенно заметным бактерицидным действием обладают волны с короткой длиной — ультрафиолетовые лучи (УФЛ). Использование УФЛ с целью уничтожения микроорганизмов ограничено небольшой глубиной проникновения в субстрат.
Рентгеновские лучи и радиоактивные излучения в малых дозах могут даже стимулировать развитие микробов, но большие дозы уничтожают их. В связи с неблагоприятным влиянием на свойства пищевых продуктов использование энергии радиоактивного излучения крайне ограничено.
Шире используют энергию радиоволн, особенно энергию коротких и ультракоротких электромагнитных волн. Микробные клетки поглощают электромагнитные волны, электромагнитная энергия превращается в тепловую и вызывает быстрое повышение температуры, что, в свою очередь, приводит к гибели микроорганизмов.
Нагрев в поле высокой частоты (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ) является перспективным средством стерилизации плодово-ягодной продукции. Использование приборов ВЧ и СВЧ на предприятиях питания улучшает санитарно — гигиенические и технические условия труда.
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ БЫТОВЫХ ПРИБОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ (НА ПРИМЕРЕ КЕФИРНОГО ГРИБКА)
Полякова Е.В. (г. Архангельск, ФГБУН Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики РАН)
Среди ученых до сих пор ведутся споры о вреде электромагнитного излучения. Одни говорят, что это опасно, другие, – наоборот, не видят никакого вреда. Поскольку в своей повседневной жизни я постоянно сталкиваюсь с использованием бытовых приборов (ноутбуком, телевизором, микроволновой печью и др. ), мне стало интересно, оказывают ли они влияние на мое здоровье, и, если оказывают, то какое?
Существует ряд научных работ, указывающих на развитие у людей, работающих с персональным компьютером от двух до шести часов в сутки, патологических реакций, таких как функциональные нарушения центральной нервной системы (чаще в среднем в 4,6 раз), болезни сердечно?сосудистой системы (в 2 раза чаще), болезни верхних дыхательных путей (в 1,9 раз чаще) опорно?двигательного аппарата (в 3,1 раза чаще), даже ускорения роста раковых клеток [2 – 3, 5, 9]. Наиболее негативное свойство электромагнитных сигналов в том, что они имеют свойство накапливаться со временем в организме человека [7]. Продолжительное влияние ЭМИ может вызывать потерю памяти, болезни Паркинсона и Альцгеймера и даже повысить склонность к самоубийству [10].
Поэтому исследование влияния ЭМИ на живые организмы является важным направлением современной науки и определяет актуальность нашей работы.
Поскольку продолжительность жизни большинства живых организмов достаточно велика, чтобы проводить на них исследования, нами были выбраны микроорганизмы, как объекты с низким уровнем организации [4], у которых процессы роста и развития исчисляются днями. В качестве объекта исследований отобран кефирный грибок.
Цель работы: определить степень воздействия электромагнитного излучения некоторых бытовых приборов на рост и развитие кефирного грибка.
1) Изучить литературные данные, в том числе и интернет – ресурсы, о форме, строении и процессах жизнедеятельности кефирного грибка;
2) Выбрать ряд бытовых приборов, наиболее часто используемых в домашних условиях;
3) Провести эксперимент по оценке степени воздействия выбранных приборов на рост и развитие кефирного грибка в домашних условиях;
4) Проанализировать полученные данные и сделать выводы о воздействии электромагнитного излучения бытовых приборов на микроорганизмы.
Методы исследований: взвешивание (для определения массы кефирного грибка); микроскопическое обследования (для выявления развития грибка); фотографирование (для наглядного отображения результатов исследований).
1. Что такое кефирный грибок?
Кефирный грибок – это сложный симбиоз (сообщество) нескольких видов микроорганизмов, представленных различными бактериями и грибками. По внешнему виду похож на размокший рис или зернистый творог. Грибок белого цвета с небольшим перламутровым отливом, на ощупь упругий, эластичный. Микроорганизмы в сообществе ведут себя как единый организм: вместе растут, размножаются, передают свою структуру и свойства последующим поколениям.
Гриб живет в молочной среде и выделяет особые ферменты, створаживающие молоко до состояния кефира. Его химический состав по свойствам превосходит классический кефир. В него входят многие витамины, микроэлементы, уксуснокислые бактерии, фолиевая кислота, белки, полисахариды, полезные лактобактерии, а также спирт. Первыми этот гриб открыли и начали применять тибетские монахи. В Европу был привезен польским профессором, который в течение 5 лет жил и лечился в Индии. В Россию его завезли в середине XIX века. Иначе называется молочный гриб, индийский гриб, грибок индийских йогов. О целебных свойствах и использовании кефирного грибка можно прочитать в Приложении 1.
2. Методика эксперимента по выявлению влияния излучения бытовых приборов на кефирный грибок
Вначале по литературным данным нами была оценена интенсивность излучения самых распространенных бытовых приборов [2]. Результаты представлены в виде диаграммы на рис. 1.
Для исследований влияния ЭМИ на пробы кефирного грибка были выбраны ноутбук, телевизор и микроволновая печь, как наиболее часто используемые нами бытовые приборы.
Для проведения эксперимента использовалось следующее оборудование:
– кефирные зерна (1 проба – 2 грамма);
– пастеризованное молоко (1 проба – 100 грамм);
– химический стакан объемом 100 мл (4 штуки);
– лабораторные весы с набором грузиков;
– сито для промывания грибка;
Эксперимент проводился в 4 пробах: 1 проба располагалась рядом с ноутбуком (1_НБ), 2 – кинескопным телевизором (2_ТВ), 3 – микроволновой печью (3_МВ), 4 – контрольная (4_К). Месторасположение проб показано в Приложении 4. Температурные условия для всех проб одинаковые, температура комнатная, +25 °С.
Внешний вид приборов и оборудования, а также места их расположения приведены в Приложении 2.
3. Результаты проведенных исследований и обсуждения
В ходе проведения эксперимента по влиянию ЭМИ на рост и развитие кефирного грибка отмечается общее увеличение массы и размера зерен грибка во всех пробах, что является естественным, поскольку в молочной среде при комнатной температуре гриб растет и развивается, но неодинаково в разных пробах. Так, вес контрольной пробы (4_К) к окончанию эксперимента увеличился на 2,52 г от первоначального и составил 4,52 грамма. Наиболее интенсивный рост отмечается у проб, расположенных рядом с ноутбуком и микроволновой печью. К концу эксперимента вес грибка в этих пробах увеличился практически в 3 раза и составил 5,8 и 5,9 г соответственно. Общий прирост за 10 дней – 3,8 г (проба 1_НБ) и 3,9 г (проба 3_МВ). Прирост относительно контрольной пробы – 1,28 и 1,38 г соответственно (в данном случае вес контрольной пробы к окончанию эксперимента принимается за 0, далее высчитывается прирост конечного состояния каждой опытной пробы относительно нуля контроля). Ноутбук и микроволновая печь, как показано в Приложении 2, сами по себе являются сильными излучателями. При частой и длительной работе они разогревают воздух в радиусе 30 см на 1 – 2 °С. Кроме того, к их собственному излучению добавляется фактор освещенности (свечение монитора ноутбука и подсветка работающей микроволновой печи). Все это, по – видимому, вызывает ускоренный рост клеток микроорганизмов, а, следовательно, и общую массу грибка.
Менее интенсивный прирост кефирного грибка отмечался у пробы, расположенной около телевизора. К концу эксперимента вес пробы увеличился на 2,75 г и составил 4,75 грамма. Прирост относительно контроля незначительный, всего 0,23 г. Возможно, это связано с тем, что проба с грибком стояла в некотором затенении, т. е. фактор освещенности почти не влиял на нее, а также временем работы телевизора (в основном только в вечерние часы).
Если рассмотреть строение зерен кефирного грибка под микроскопом, то можно увидеть шаровидные и овальные бактерии и палочковидные и нитевидные грибы. Это симбиоз микроорганизмов, образующих грибок в целом. Воздействие электромагнитного излучения на микроскопическом уровне проявляется в виде изменения количества клеток микроорганизмов (бактерий и грибков), их локализации и плотности распределения внутри кефирного зерна. Для контрольной пробы (4_К) характерно равномерное распределение бактериальных клеток, а также палочек и нитей грибков внутри зерна (рис. 3). В пробе, размещенной у телевизора (2_ТВ) наблюдается первичное закручивание нитей грибков в клубочки, при этом сохраняется равномерное распределение бактериальных клеток внутри комочка (зерна). Общее количество клеток увеличивается незначительно (рис. 4).
В пробах, расположенных около ноутбука и микроволновой печи, за период эксперимента происходит существенное увеличение количества клеток микроорганизмов, слагающих кефирные зерна, в большей степени грибковых, в меньшей бактериальных. При этом в пробе 3_НБ (ноутбук) бактерии скапливаются группами внутри зерна, а нити грибков, размножаясь, сплетаются в плотные клубочки (рис. 5). В пробе 1_МВ (микроволновка) бактерии перемещаются к периферии (краю) зерна, внутри остаются лишь отдельные клетки. Нити грибков сильно разрастаются и плотно переплетаются между собой, образуя единый конгломерат (рис. 6).
Таким образом, влияние ЭМИ на микроорганизмы носит явно выраженный характер. Проявляется как в увеличении общей массы кефирных зерен, так и в изменении микроскопической структуры грибка, а именно – рост числа клеток микроорганизмов (в большей степень грибковых, меньшей – бактериальных) и изменение месторасположения клеток внутри зерна (стремление к плотному переплетению нитей грибков и скопление бактерий группами внутри и по краю зерна).
В проекте приведены и выполнены теоретические и практические исследования. По литературным источникам и с использованием ресурсов сети Интернет были изучены и представлены интенсивность электромагнитного излучения различных бытовых приборов. Установлено, что наиболее сильной излучающей способностью обладают такие приборы, как микроволновая печь, ноутбук и кинескопный телевизор. Также в работе приведена характеристика кефирного грибка, способ приготовления с его помощью кефира, описаны полезные свойства получаемого кефира.
В практической части нами проведен и описан эксперимент по выявлению и оценке степени воздействия электромагнитного излучения от ноутбука, телевизора и микроволновой печи на микроорганизмы, входящие в состав кефирного грибка, проведено сравнение с контрольным образцом.
В результате проведенного исследования можно сделать ряд выводов:
Электромагнитное излучение от бытовых приборов оказывает влияние на микроорганизмы, входящие в состав кефирного грибка (шаровидные и овальные бактерии и палочковидные и нитевидные грибы);
Воздействие ЭМИ приводит к увеличению общей массы грибка за счет возрастающего количества клеток входящих в его состав микроорганизмов (в большей степени грибковых, в меньшей – бактериальных);
Влияние ЭМИ сказывается также на микроскопической структуре грибка – изменение месторасположения и характера распределения клеток внутри зерна (скопление бактериальных клеток группами и перемещение к краю зерна, закручивание грибковых клеток в клубки вплоть до плотного переплетения);
Наибольшее воздействие на микроорганизмы, входящие в состав грибка, оказывают ноутбук и микроволновая печь, меньшее – кинескопный телевизор.
Таким образом, наш эксперимент удался, цель работы достигнута, задачи выполнены. Мы смогли опытным путем подтвердить влияние электромагнитного излучения бытовых приборов на микроорганизмы.
Нам следует вести себя более внимательно и обдуманно, используя бытовые приборы. Всегда помнить о возможных последствиях, просиживая целый день за компьютером, экраном телевизора или постоянно готовя пищу в микроволновой печи. По возможности следует ограничивать время работы с такими приборами.
Наши исследования имеют перспективу. Поскольку влияние бытовых приборов на микроорганизмы доказано, интересным становится нахождение путей снижения такого влияния. Это является заделом для будущих исследований.
Читайте также: