Магнитное поле в живых организмах сообщение
Обновлено: 05.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
автор преподаватель: Хужина А.И.
2. Источники электромагнитного излучения.
3. Действие электромагнитного излучения на живые организмы.
4. Методы защиты от электромагнитных излучений.
5. Заключение.
6. Список литературы.
Введение.
Электрическая энергия – важнейшее открытие человечества, без которого цивилизации в ее сегодняшнем виде не существовало бы. Этот вид энергии широко используется человечеством во многих сферах жизнедеятельности. Известно, что вокруг проводника, по которому протекает электрический ток, возникают электрическое и магнитное поля. Если ток постоянный, то эти поля существуют независимо друг от друга. При переменном электрическом токе электрическое и магнитное поля связаны между собой, составляя единое электромагнитное поле. При появлении электрического напряжения на токоведущих частях появляется электрическое поле. Если электрическая цепь замкнута, то есть по ней протекает ток, это сопровождается появлением магнитной составляющей поля, и в этом случае говорят о существовании электромагнитного поля. Это поле всегда возникает при движении свободных электронов в проводнике, поэтому в процессе жизнедеятельности человек постоянно находится в зоне действия электромагнитного поля. Естественное электромагнитное поле Земли является необходимым фактором существования человека. Земля - это магнит, Все живое на Земле существует в элект ромагнитном поле. Исторически все живое на Земле развивалось в электромагнитном поле нашей планеты. ЭМП Земли - ЩИТ для космических ионизирующих факторов. Такое поле, называемое фоном, считается нормальным и не наносит здоровью людей никакого вреда. Технический прогресс принес человечеству не только облегчение и удобство в производстве и быту, но и создал ряд серьезных проблем. В частности, возникла проблема защиты человека и других организмов от сильных электромагнитных, магнитных и электрических полей, создаваемых различными техническими устройствами. Позже появилась проблема защиты человека от длительного воздействия слабых электромагнитных полей, которое, как, оказалось, также наносит вред человеку. И только в последнее время стали обращать внимание и проводить соответствующие исследования по оценке влияния на живые организмы экранирования естественных геомагнитных и электрических полей.
Источники электромагнитного излучения.
На заре человечества, первые люди промышляли собирательством, употребляли в пищу сырое мясо, одевались в шкуры убитых животных, жили в пещерах, передвигались по чистой земле исключительно на своих двух или проще - довольствовались тем, что было им дано. Прошло немного времени, и что мы имеем? Проснувшись утром, мы идем на кухню, подогреваем пищу в микроволновой печи, включаем электрический чайник, сушим волосы с помощью фена, ставим на подзарядку мобильный телефон. Смотрим в окно и видим рядом жужжащую линию электрических передач, под которой прошел трамвай или троллейбус. На рабочем месте слышен маленький фон от работающих электрических приборов - наших маленьких, умных помощников.
Сегодня в мире существует множество источников электромагнитного излучения различной мощности:
- системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока;
- транспорт на электроприводе;
Линии электропередачи.
Провода работающей линии электропередачи (ЛЭП) создают в прилегающем пространстве электромагнитные поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает десятков метров.
Дальность, распространение и величина поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии — например, ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение — тем больше зона повышенного уровня электромагнитного поля, при этом размеры зоны не изменяются в течение времени работы линии электропередачи. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.
Бытовые электроприборы
Функциональные передатчики.
Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников.
Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты.
Сотовая связь.
Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения.
Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию.
Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженной узконаправленный основной луч — главный лепесток. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м 2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении. Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.
Теле- и радиостанции.
Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций.
Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком. Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части. Первая часть зоны — это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны — это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны. Расположение ПРЦ может быть различным, например, в Москве и Санкт- Петербурге характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки. Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду электромагнитные волны ВЧ и УВЧ-диапазонов.
Влияние электромагнитных полей на живые организмы .
Отрицательное воздействие электромагнитных полей на человека прямо пропорционально мощности поля и времени облучения. У человека нарушается работа эндокринной системы, обменные процессы, функции головного и спинного мозга и др.
Влияние электромагнитного поля на клетку - Электромагнитное поле воздействует на заряженные частицы и токи, вследствие чего энергия поля на уровне клетки преобразуется в другие виды энергии. Переменное электрическое поле вызывает нагрев тканей живых организмов. Наиболее чувствительны к перегреву органы зрения, мозг, почки, желчный и мочевой пузырь.
Влияние электромагнитного поля на нервную систему - установлено наличие прямого действия электромагнитного поля на мозг, мембраны нейронов, память, условно-рефлекторную деятельность, может развиться нарушение кратковременной памяти.
Влияние электромагнитного поля на половую систему - под влиянием электромагнитного излучения снижается функция сперматогенеза, изменяется менструальный цикл, замедляется эмбриональное развитие, возникают врожденные уродства у новорожденных детей и уменьшение лактации у кормящих матерей.
Влияние электромагнитного излучения на иммунную систему - установлено, что под влиянием электромагнитного поля изменяется характер инфекционного процесса, возникают нарушения белкового обмена.
Слабые электромагнитные поля - Результаты проведенных исследований по оценке воздействия сотового телефона, компьютера и других современных радиоэлектронных средств на различные организмы, как в рабочем, так и в выключенном состоянии оказались неутешительными и показали крайне негативное их влияние на состояние биологических объектов.
Способы защиты от электромагнитного излучения.
Организационные мероприятия по защите населения от электромагнитных полей.
К организационным мероприятиям по защите от действия электромагнитных полей относятся:
Выбор режимов работы излучающего оборудования , обеспечивающих уровень излучения, не превышающий предельно допустимый.
Ограничение места и времени нахождения людей в зоне действия поля .
Обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем излучения.
Защита временем. Применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. Путем обозначения, оповещения и т.п. ограничивается время нахождения людей в зоне выраженного воздействия электромагнитного поля. В действующих нормативных документах предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения.
Инженерные мероприятия по защите людей от электромагнитного воздействия.
Инженерные защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования электромагнитных полей, либо на ограничении эмиссионных параметров источника поля. При этом второй метод применяется в основном на этапе проектирования излучающего объекта. Электромагнитные излучения могут проникать в помещения через оконные и дверные проемы (явление дисперсии электромагнитных волн). Для экранирования оконных проемов применяются либо мелкоячеистая металлическая сетка (этот метод защиты не распространён по причине неэстетичности самой сетки и значительного ухудшения вентиляционного газообмена в помещении), либо металлизированное (напылением или горячим прессованием) стекло, обладающее экранирующими свойствами. Металлизированное стекло горячего прессования имеет кроме экранирующих свойств повышенную механическую прочность и используется в особых случаях (например, для наблюдательных окон на атомных регенерационных установках). Для защиты от электромагнитного воздействия населения чаще всего применяется стекло, металлизированное напылением. Напылённая плёнка металлов (олово, медь, никель, серебро) и их оксидов обладает достаточной оптической прозрачностью и химической стойкостью. Нанесенная на одну сторону поверхности стекла, она ослабляет интенсивность излучения в диапазоне [0,8..150] см в 1000 раз. При нанесении плёнки на обе стороны стекла достигается 10- тысячекратное снижение интенсивности.
Экранирование дверных проемов в основном достигается за счет использования дверей из проводящих материалов (стальные двери).
Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений могут применяться специальные строительные конструкции: металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, а также специально разработанные строительные материалы. В ряде случаев (защита помещений, расположенных относительно далеко от источников поля) достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовку стен помещения или заделываемой в штукатурку. В сложных случаях могут применяться также различные пленки и ткани с электропроводящим покрытием.
Из специальных экранирующих материалов в настоящее время получили широкое распространение металлизированные ткани на основе синтетических волокон. Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью, хорошо закрепляются смолами и синтетическими клеящими составами
Известно, что магнитное поле Земли оберегает нас от губительного воздействия солнечных лучей, но оно также способно оказывать непосредственное воздействие на организм человека. Как благоприятное, так и негативное.
Магнитное поле и живой организм
Современная наука уже доказала, что магнитное поле Земли влияет на живые организмы. Установлено также, что живые существа не только воспринимают электромагнитные потоки, но и генерируют собственные.
Биофизики и врачи отмечают положительное влияние магнитного поля на систему кровообращения – состояние кровеносных сосудов, активность переноса кислорода через кровь, транспортировку питательных веществ.
Еще в ХIХ веке французский невропатолог Ж. М. Шарко и русский клиницист С. П. Боткин обратили внимание на то, что магнитное поле успокаивающе действует на нервную систему.
Советский ученый А. С. Пресман выдвинул гипотезу, согласно которой электромагнитные поля, существующие в природе, оказали воздействие на эволюцию живых организмов. По теории Пресмана, наряду с энергетическими взаимодействиями в биологических процессах существенную роль играют информационные взаимодействия. Причем, если чувствительность воспринимающих систем достаточно высока, передача информации электромагнитным полем может осуществляться при помощи весьма малой энергии. Эта теория получила подтверждение в исследованиях современных, в частности, американских ученых.
Всепроникающее воздействие
Особенности влияния магнитного поля на человека принципиально отличаются от любого другого воздействия – химического, теплового, радиационного, электрического. Например, если мускулатура и система кровообращения могут отчасти шунтировать опасный ток, а радиация частично поглотиться поверхностными слоями тела, то магнитное поле воздействует на организм целиком.
Сотрудники Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской АН предполагают, что магнитные поля действуют в ультранизком диапазоне частот, а поэтому отвечают основным физиологическим ритмам – сердечному, мозговому, ритму дыхания.
По мнению ученых, в отличие от других физиологических воздействий человек может не чувствовать виляние магнитного поля, однако организм все же реагирует на него, в первую очередь, функциональными изменениями нервной, сердечнососудистой систем и мозговой деятельности.
Магнитное поле и психика
Психиатры уже давно прослеживают связь между всплесками интенсивности магнитного поля Земли и обострениями психических заболеваний, которые нередко приводят к суициду. Ведущий психиатр Колумбийского университета США Келли Познер отмечает, что «наиболее вероятное объяснение факта тесной зависимости между психологическими отклонениями у людей и геомагнитными бурями является то, что происходит рассогласование циркадных ритмов организма (циклические колебания интенсивности различных биологических процессов с периодом примерно от 20 до 28 ч.) и сбой в выработке мелатонина – основного гормона эпифиза, отвечающего за регуляцию суточных ритмов.
На связь между нервно-психическими нарушениями и процессами магнитного поля Земли обратили внимание и британские ученые. Эту закономерность им удалось выявить исследуя около 40 тысяч больных.
Реакция на магнитные бури
В свое время отечественный биофизик Александр Чижевский на основе многочисленных статистических данных указывал на серьезность воздействия геомагнитных бурь на состояние здоровья человека. Такие бури, по мнению ученого, являются виновниками вспышек эпидемий чумы, холеры, дифтерии, гриппа, менингита и даже возвратного тифа.
В Ереванском медицинском институте изучили влияние возмущения магнитного поля Земли на уровень заболеваемости инфарктом миокарда. Это заболевание удобно для исследования тем, что можно четко определить время начала его возникновения, а затем соотнести данные с временем начала магнитных бурь.
Исследования показали, что в день прохождения магнитной бури и в течение ближайших двух дней возрастало количество обращений людей с сердечнососудистыми проблемами, а также число случаев с летальным исходом.
Но врачи утверждают, что чаще всего человеческий организм реагирует на возмущение магнитного поля Земли не сразу, а примерно спустя сутки после начала магнитной бури.
Многочисленные исследования показывают, что геомагнитная активность влияет также и на кровеносную систему. Даже при бурях средней интенсивности свертываемость крови увеличивается примерно в 2,5 раз, возрастает и скорость оседания эритроцитов, что приводит к риску тромбообразования.
Доктор биологических наук Петр Василик обнаружил, что в периоды усиления магнитного поля Земли рост человека замедлялся, но сейчас человечество переживает период спада активности магнитного поля планеты и, соответственно, этим Василик объясняет наблюдаемую сегодня акселерацию.
А по мнению японского ученого и врача Киочи Накагавы, слабеющая геомагнитная активность является причиной многих расстройств: плохого сна, потери аппетита, снижения иммунитета, склонности к частым заболеваниям, болезням суставов, кожи, мочеполовой системы, нервозности и общей слабости.
Основа исследования
Авторы исследования указывают на то, что одним из самых сложных вопросов в биологии является определение происхождения колебаний электрического поля в диапазоне чрезвычайно низких частот. Одной из самых удивительных особенностей этой тайны является факт того, что многие виды организмов (позвоночные и беспозвоночные) проявляют одинаковую низкочастотную электрическую активность, независимо от размера их мозга, сложности мозга или даже наличия коры. Другими словами, у человека, у собаки, у кота и ворона, например, фактически одинаковая электрическая активность.
Изображение №1
Конкретнее говоря, зоопланктон, обитающий в океанах, проявляет электрическую активность с пиком в 7 и 14 Гц (1а). Более крупные позвоночные и беспозвоночные (морской лев, змея, акула и осьминог; 1b) также показывают спектры, которые встречаются в основном ниже 50 Гц. У человека показатели тоже не превышают 50 Гц (1с). Любопытно, что у большинства видов доминирующим пиком в активности является 8 Гц. Конечно, в электромагнитной активности разных видов есть отличия, однако и сходств немало.
Одним из самых явных отличий является амплитуда спектров, которая отличается у разных классов позвоночных. При этом самые высокие амплитуды встречаются именно у млекопитающих. У позвоночных почти всегда есть максимум от 5 до 15 Гц, который падает на более высоких частотах примерно в два раза для каждой октавы* до примерно 1/10 при 100 Гц.
Октава* — в данном случае это логарифмическая единица отношений между частотами, когда одна октава соответствует удвоению частоты. Например, частота, большая на одну октаву от 40 Гц, равна 80 Гц.
Большая часть электрической активности у людей происходит в диапазоне частот ниже 50 Гц с таким распределением по типу волн:
- альфа-волны (8–13 Гц) представляют собой глубокое расслабление, медитацию и снятие напряжения;
- бета-волны (14–25 Гц) представляют нормальное тревожное психическое состояние;
- гамма-волны (30–100 Гц), связанные с восприятием и сознанием; дельта-волны (0.5–4 Гц) представляют глубокий сон;
- тета-волны (4–8 Гц) представляет творческие способности и состояния сновидений.
Изображение №2
Не стоит забывать и то, что мозг человека достаточно часто проявляет повышенную активность около 26 Гц (1c), что близко к частоте четвертой моды резонанса Шумана*.
Резонанс Шумана* — явление образования стоячих электромагнитных волн низких и сверхнизких частот между поверхностью Земли и ионосферой.
Винфрид Отто Шуман
Шуман рассчитал, что эти гармонические стоячие волны должны находиться в диапазоне чрезвычайно низких частот. Предположив, что резонанс существует без потерь (без поглощения в ионосфере), он предсказал, что первая мода резонансных частот должна возникать при 10 Гц. Уже в 1960 году Бальзером и Вагнером были проведены первые спектральные измерения, которые показали, что резонансные частоты возникают примерно при 8, 14, 20, 26,… Гц из-за частичного поглощения ионосферы.
Источником этих волн резонанса Шумана является глобальная грозовая активность, а электромагнитные волны излучаются из каналов молнии с некоторой вертикальной составляющей переноса заряда.
На этих частотах в атмосфере очень мало затухания (0.1 дБ/Мм или 1 дБ на 10000 км). Следовательно, волны чрезвычайно низких частот от молний в любой точке планеты способны распространяться в любое другое место за счет естественного волновода, образованного ионосферой и поверхностью Земли. Конструктивная интерференция этих радиоволн при их движении вокруг Земли (40075 км) приводит к появлению стоячих волн и их гармонии (λ ~ nc / 40000), известных как резонансы Шумана.
Изображение №3
Учитывая, что каждую секунду на планете возникает от 50 до 100 молний, фоновое поле резонанса Шумана присутствует в атмосфере постоянно (график выше).
Спектр резонанса Шумана изменяется по амплитуде и частоте в зависимости от времени суток, времени года и относительного местоположения на Земле по сравнению с грозовыми районами. На данный момент известно, что большая часть грозовой активности протекает над тропическими участками суши (Юго-Восточная Азия, Юго-Восточная Африка и Южная Америка) и лишь 10% глобальной грозовой активности приходится на Мировой океан.
На расстояниях, превышающих несколько тысяч километров от грозы, электромагнитное поле состоит в основном из горизонтального магнитного поля и вертикального электрического поля. Из-за модальной структуры стоячих волн резонанса Шумана и ортогональности электрического и магнитного полей, резонанс Шумана на расстоянии 10000 км от тропиков покажет максимум при 8 Гц для магнитного поля, однако минимум при 8 Гц для электрического поля. Противоположная ситуация будет наблюдаться при расстоянии в 20000 км от грозового региона.
Соотношение амплитуд различных мод резонанса Шумана изменяется при изменении расстояния от источника до наблюдателя. Следовательно, спектры резонанса Шумана не будут одинаковыми во всех местах, даже если глобальная грозовая активность будет постоянной в течение всего периода наблюдения.
Извержение вулкана Колима (Мексика) 2017 года (фотограф: Серхио Тапиро / Sergio Tapiro).
Резонанс Шумана, хоть и был открыт в середине прошлого века, существует на планете с момента образования атмосферы и ионосферы. Первоначально атмосфера создавалась выделением газа из вулканов. Даже в наши дни можно наблюдать, как извержения вулканов сопровождаются молниями. Тем не менее, естественная атмосферная конвекция на ранней Земле также привела бы к электрификации облаков и образованию разрядов молнии. Ионосфера и, следовательно, волновод, необходимые для создания резонанса Шумана, поддерживаются солнечным излучением, сталкивающимся с атомами и молекулами в нашей верхней атмосфере, производя ионы и свободные электроны, которые приводят к отражению электромагнитных волн в диапазоне чрезвычайно низких частот.
Следовательно, делают выводы исследователи, резонансы Шумана существуют на нашей планете с самого начала жизни или, по крайней мере, больше 2-3 миллионов лет.
И вот тут начинается самое интересное, ведь существует удивительное сходство наблюдаемых частот резонанса Шумана и электрической активности организмов. Ученые задаются вопросом, является ли это простым совпадением или все же имеется некая ранее незамеченная связь. Ранее ответить на этот вопрос уже пытались, проводя эксперименты с людьми, птицами и даже мухами. Однако ответ был не очень внятным, потому современные ученые решили проанализировать былой опыт и, возможно, дополнить его собственными открытиями.
Результаты исследования (прошлое и настоящее)
Итак, мы уже знаем, что грозовая активность и, следовательно, резонанс Шумана существовали на Земле с незапамятных времен, т.е. миллиарды лет. За счет этого поддерживалось естественное фоновое поле чрезвычайно низких частот по всей планете. Это естественное поле обладает определенным максимумом частоты с основной модой около 8 Гц.
Зная это, можно ли задать вопрос о том, могли ли биологические виды использовать это естественное поле для тренировки собственных систем? Оказывается, не только можно, но и нужно задать этот вопрос.
Среди многочисленных нелинейных эффектов в природе синхронизация является явлением, которое, вероятно, наиболее часто наблюдается во многих различных системах. Синхронизация представляет собой взаимосвязь между двумя объектами, которые колеблются во времени. Синхронизация происходит, когда существует фиксированное фазовое соотношение между двумя объектами.
В XVII веке Христиан Гюйгенс (1629-1695) первым открыл эффект синхронизации. Он заметил, что маятниковые часы, висящие на общей опоре, со временем переходят в состояние фазовой синхронизации, то есть колебания их маятников начинают совпадать.
Пара маятниковых часов на общей опоре и портрет Христиана Гюйгенса.
Между объектами должна быть некая связь, которая и приводит к их синхронизации. В случае с часами этой связью были слабые вибрации, передаваемые через стену (общая опора) от одних часов к другим.
Синхронизация семи метрономов, демонстрирующая наблюдения Христиана Гюйгенса.
Эффект синхронизации присутствует во многих системах. Например, в биологических системах синхронизация может присутствовать на микроскопическом уровне в клеточных популяциях, в одиночных нейронах, в крупных нейронных сетях, в динамике кардио-респираторного развития человека и даже в коллективном поведении отдельных организмов.
Следовательно, синхронизация представляет собой механизм самоорганизации в сложных системах, значительно уменьшающий степень свободы системы из-за взаимодействия с окружающей средой или взаимодействия между подсистемами.
Классическая теория синхронизации оперирует так называемыми самоподдерживающимися периодическими осцилляторами. Если на автономный генератор воздействует внешняя периодическая сила соответствующей амплитуды и частоты, колебания системы будут синхронизироваться по фазе с внешним сигналом. Потому синхронизацию можно более конкретно определить как фазовую и частотную синхронизацию.
Из этого определения и произрастает теория исследователей. Ученые считают, что в течение эволюции биологические системы могли быть синхронизированы по фазе с фоновыми электрическими полями атмосферы, определяемыми резонансами Шумана. В ходе эволюции, особенно на ее ранних этапах, резонанс Шумана был единственным постоянным электромагнитным полем, доступным для такой синхронизации.
Кроме того, учитывая, что ранние формы жизни возникли в океанах, следует отметить, что волны чрезвычайно низких частот с планетарной длиной волны могут проникать на сотни метров в фотическую зону океанов (освещаемая солнцем верхняя толща воды).
Глубина проникновения через кожу для электромагнитных волн определяется как:
где σ — проводимость (См/м, т.е. сименс на метр); f — частота в Гц.
Для морской воды (σ = 3.3 См/м) и крови (σ = 0.7 См/м) глубина проникновения электромагнитной волны (8 Гц) составляет приблизительно 100 м и 210 м соответственно.
Это подразумевает, что организмы в фотической зоне в морской воде (до 100 м глубины) будут чувствовать волны резонанса Шумана и что внутренности организмов будут подвергаться воздействию амплитуд поля, аналогичных тем, которые встречаются в атмосфере. Следовательно, организмы в океанах постоянно подвергаются воздействию полей резонанса Шумана.
Хотя идея стохастической синхронизации звучит привлекательно, резонансные поля Шумана в атмосфере чрезвычайно малы. Амплитуда магнитных полей измеряется в пикотеслах (1 пТ = 10 -12 Тесла), что в 10 миллионов раз слабее, чем квазистатическое геомагнитное поле Земли, в то время как электрические поля измеряются в мВ/м. Даже при стохастической синхронизации, как такие маленькие атмосферные поля могут влиять на биологические системы?
Стохастический резонанс возникает, когда нелинейная система подвергается воздействию слабого периодического сигнала, который обычно не обнаруживается, но он становится обнаруживаемым из-за явления резонанса между стохастическим шумом и слабым детерминированным периодическим сигналом.
Ранее проведенные исследования стохастического резонанса показали, что повышение уровня фонового шума часто приводило к увеличению силы выходного сигнала.
Шум может быть случайным или систематическим. Обычно шум воспринимается как помехи, связанные с передачей и обнаружением сигналов. Однако стохастический резонанс подразумевает обратное. Фактически, добавление соответствующего количества шума может усилить сигнал и, следовательно, помочь в его обнаружении в шумной среде.
Настраивая амплитуду внешнего шума на внутренние свойства системы, механизм периодического возбуждения и внешний шум могут взаимодействовать друг с другом, передавая энергию из спектра шума на единую частоту, которая согласована с сигналом. Это взаимодействие между внешним шумом и сигналом может привести к четкому максимуму в спектре мощности выходного сигнала, увеличивая отношение сигнал / шум. Однако амплитуда шума также важна, и если шум слишком велик, сигнал будет нарушен.
Мы знаем, что когда-то уже проводились эксперименты с людьми, которые должны были подтвердить вышеописанную теорию. Так в 1973 году был проведен опыт с циркадными ритмами (биологический ритм человека с периодом в 24 часа). Под землей были построены две одинаковые комнаты, где не было окон и дверей, от чего нельзя было визуально определить время суток. В каждую из комнат поселили по добровольцу, которые жили в таких условиях около месяца. Ученые отслеживали активность (сон и бодрствование) и температуру тела участников опыта.
Изображение №4
В первую неделю эксперимента биологические часы, наблюдаемые у субъектов, изменились до 26.6 часов в сутки. Затем в одной из комнат в течение второй недели непрерывно включался генератор электрического поля с частотой 10 Гц. Биологические часы, по-видимому, стабилизировались и пытались вернуться к нормальному суточному ритму (наблюдалось снижение до 25.8 часа). Еще через неделю поле было выключено, и биологические часы повторно начали отклоняться от реального суточного ритма до 36.7 часов в сутки.
Тем временем биологические часы второго испытуемого, который не подвергался воздействию внешнего электрического поля, оставались стабильными на протяжении всех трех недель.
Данный опыт был проведен повторно, но с участием птиц. Результаты были схожими с теми, что наблюдались у людей — наблюдались изменения в циркадных ритмах из-за влияния электрического сигнала 10 Гц.
Использование именно 10 Гц, а не 8 Гц, обусловлено тем, что изначально сам Шуман считал, что резонанс чрезвычайно низких частот должен быть именно 10 Гц, поскольку ионосфера не имеет погрешностей в отражении. Это, конечно, не так, потому необходимо было использовать 8 Гц, а точнее 7.8 Гц — истинная частота первой моды.
В 2016 году был проведен еще более необычный опыт, в котором брали участие крысы с повреждением спинного мозга. На подопытных крыс воздействовало магнитное поле двух разных частот: 15.72 (в два раза больше первой моды резонанса Шумана) и 26 Гц (четвертая мода резонанса Шумана).
Магнитные поля применялись 8 минут в день, 5 дней в неделю в течение одного месяца. На следующий месяц время воздействия увеличили до 20 минут в день 5 дней в неделю.
В целом, крысы из обеих групп показали значительно более быстрое восстановление по сравнению с крысами из контрольной группы, где не применялось магнитное поле. В случае поля в 15.72 Гц восстановление достигло своего предела спустя 60 дней наблюдений, но в случае 26 Гц восстановление продолжалось (график ниже).
Изображение №5
Дополнительно был проведен такой же эксперимент на крысах с инсультом. В этом случае лучшие результаты по восстановлению показали частоты 0.5 х 7.8 Гц и 2 х 7.8 Гц.
Вышеописанные эксперименты являются важным историческим опытом для постановки современных экспериментов, учитывающих все накопленные знания в данной области.
Авторы рассматриваемого нами сегодня исследования проанализировали влияние магнитных полей 7.8 Гц на миоциты (мышечные клетки) сердца крысы. Магнитное поле воздействовало на клетки возрастом 3-4 дня.
Наблюдения проводились в несколько этапов. На первом этапе ученые просто наблюдали за спонтанными механическими сокращениями клеток сердца (с и без магнитного поля) с помощью оптического микроскопа. Второй этап был посвящен наблюдению спонтанных переходных процессов с Ca + . Третий этап — изучение повреждений клеток ввиду стресса, вызванного гипоксией или добавлением H2O2.
В течение 30–40 минут после приложения магнитного поля спонтанные сокращения прекратились, а переходные процессы по Ca + уменьшились на 80%. Самое интересное то, что магнитное поле уменьшило повреждения, вызванные стрессом, примерно на 40% по сравнению с контрольной группой.
Это может говорить о том, что внешние поля резонанса Шумана исполняют роль защитной оболочки клеток в состоянии стресса.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.
Эпилог
Авторы не скрывают, что их труд можно назвать провокационным. Кому-то он покажется странным и лишенным логики, а кому-то — революционным. И тут сложно выбрать одну позицию, поскольку рассмотренные в труде аспекты науки крайне неохотно раскрывают свои секреты, от чего исследования на их основе крайне сложно судить объективно.
Тем не менее, нельзя отрицать наличие связи между внешними электромагнитными полями и работой биологических систем, то есть живых организмов.
Исследователи считают, что живые организмы, обитающие на Земле миллионы лет, эволюционировали под воздействием внешних сил, таких как резонанс Шумана. Следовательно, эти внешние силы тем или иным образом могли повлиять на сам процесс эволюции.
Основной задачей своего исследования ученые называют не только понимание взаимодействия живых организмов и окружающей среды, но и возможность усовершенствовать медицину. Конечно, нельзя безоговорочно отметить факт того, что магнитное поле, воздействующее на крысу с повреждением спинного мозга, дало положительный результат. С другой стороны, ученые не отрицают и того, что им предстоит еще очень многое изучить, чтобы полноценно контролировать силы, которые существовали на планете Земля задолго до появления человека.
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. :)
Немного рекламы :)
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Индукция (В) — основной параметр магнитного поля, представляет собой плотность магнитного потока (магнитный поток, приходящийся на единицу площади сечения). Индукция — величина векторная, определяется модулем и направлением. Единицей измерения индукции является тесла: 1 Тл = 1 В-с/м2.
Биологически активным является любое МП, величина которого отличается как в сторону увеличения, так и уменьшения от геомагнитного поля, составляющего десятки мкТл. Пороговые напряженности для различных видов МП колеблются от 3 мТл для ПМП до 0,01 мТл для ИБМП. Отмечена необходимость снижения интенсивности МП при воздействии на уровне целостного организма. Предельно допустимый уровень величины индукции МП на производстве составляет 1. 2 Тл. В серийно выпускаемой аппаратуре, предназначенной для магнитостиму-ляции, величина индукции МП находится в пределах от 1500 до 4000 мТл; для воздействия на биологические активные точки — 100 мТл; для воздействия на локальные участки частей тела человека — от 15 до 50 мТл; для воздействия на части тела и всего человека — от 0 до 5 мТл. Налицо явная тенденция снижения интенсивности МП с увеличением площади воздействия.
В зависимости от значений индукции магнитные поля, применяемые в магнитотерапии, условно подразделяют на сверхслабые — 500 мТл.
Наибольшее распространение в лечебной практике получили слабые МП. Если магнитная индукция не изменяется в пространстве, поле является однородным. В однородном поле все векторы магнитной индукции имеют одно и то же значение и одно направление. При этом градиент магнитной индукции равен нулю. Достаточно однородными считаются поля в центральной части длинного соленоида и в центре системы катушек Гельмгольца. Такого рода поля широко используются при физиологических исследованиях, а в практике магнитотерапии их применение ограничено.
Градиент магнитной индукции есть вектор, имеющий значение 3B/3N и направленный по нормали N к поверхности равной индукции в сторону наибольшего возрастания магнитной индукции:
(1)
Практически gradB определяется как изменение магнитной индукции, приходящееся на единицу длины по каждой из координат. Как физическая величина этот показатель характеризует динамику поля и свидетельствует о его неоднородности. Единица измерения градиента магнитной индукции — тесла на метр (Тл/м).
Ряд авторов считают, что механизм действия слабых МП однозначно определяется пространственно-временными градиентами поля [34], другие связывают усиление магнитобиологических эффектов с увеличением пространственно-временной неоднородности МП и при их интерпретации советуют учитывать перепад напряженности МП по площади заинтересованных структур.
Вектор магнитного поля указывает направление магнитных силовых линий. При изменении направления вектора меняется характер магнитобиологического эффекта, что, по-видимому, адекватно различному действию северного и южного полюсов постоянного магнита. Ряд исследователей отмечают большую активность поперечного магнитного поля, т.е. в тех случаях, когда вектор магнитного поля перпендикулярен поверхности тела человека, в отличие от продольного поля, при котором вектор магнитной индукции параллелен поверхности тела человека. Собственный опыт авторов показывает, что довольно часто большей активностью обладает продольное поле. И это не является противоречием, поскольку реальные искусственные МП, в особенности, создаваемые локально-сосредоточенными источниками небольших габаритов, имеют смешанный характер вектора магнитной индукции, обладающего как продольной, так и поперечной составляющими. Помимо этого ряд ученых в своих магнитобиологических исследованиях отмечают большую активность МП с вертикальным направлением вектора, объясняя его взаимодействием с геомагнитным полем.
Форма магнитного поля во времени и пространстве. При использовании в качестве источника магнитного излучения одного элементарного индуктора форма поля в пространстве определяется конструкцией самого индуктора, а во времени — формой питающего тока. В этом смысле, как уже отмечалось, предпочтительнее, чтобы индуктор вырабатывал неоднородное поле, а ток питания был импульсным. При этом усиливается общая динамика изменения магнитного потока, что и несет в себе, по-видимому, основной терапевтический эффект. Этот вывод подтверждается также в работе. В случае использования систем общего воздействия на человека открывается возможность формирования магнитного поля требуемой конфигурации как в пространстве, так и во времени.
Экспозиция — биотропный параметр, связанный с временем одного сеанса воздействия магнитным полем и с числом сеансов. Интегрально он несет информацию о времени взаимодействия (t3KC) живого организма с искусственным магнитным полем. В соответствии с традициями классической физиотерапии время сеанса устанавливается в пределах 10. 30 мин ежедневно в количестве от 10 до 25 процедур. По данным многих исследователей, в том числе и авторов, физиотерапевтический эффект при воздействии магнитным полем развивается после 5. 7 процедур, который закрепляется последующими процедурами. В целом экспозиция устанавливается лечащим врачом соответственно индивидуальным особенностям пациента, тяжести заболевания и т.п.
Рисунок 1 – Разновидности искусственных магнитных полей (в пространственной области)
Энергия магнитного поля (W) может служить обобщенным показателем, характеризующим воздействие МП на живой организм. Энергия магнитного поля вычисляется через его параметры:
(2)
где В — индукция магнитного поля, V — объем, занимаемый биообъектом; — относительная магнитная проницаемость; 0 — магнитная постоянная.
Учитывая общее время экспозиции можно определить работу А магнитного поля:
(3)
Последнее соотношение связывает основные характеристики поля (индукция, частота) и время его взаимодействия с живым организмом.
Затрачивается работа магнитного поля, в основном, на перемещение заряженных частиц биообъекта.
Систематическое воздействие различных факторов внешней среды на живые организмы способствовало созданию у них тонких механизмов адаптации, позволяющих приспосабливаться к изменяющимся условиям. Наиболее эффективно процесс формирования этих механизмов запускается возмущающими влияниями, в том числе и имеющими электромагнитную природу, например, распределенными по всему электромагнитному спектру, включая инфранизкие частоты, геомагнитные и геоэлектрические поля. Поскольку независимо от природы фактора, способствовавшего их возникновению, адаптационные механизмы играют важную роль в жизнедеятельности и неспецифической резистентное™ организма, то возможность осознанного управления процессами их формирования постоянно привлекает внимание исследователей. Именно с этих позиций естественные и искусственные магнитные и электромагнитные поля представляют собой область повышенного интереса.
Формирование вышеперечисленных эффектов, вероятно, объясняется тем, что ЭМП, обладая высокой избирательной проникающей способностью, вызывают изменения не только в нейроглиальных клетках мозга, но при более длительных или интенсивных воздействиях способны повлиять на структуру нейронов и кровеносных сосудов.
В заключение этого раздела, посвященного анализу эффектов действия ЭМП на живые организмы на различных уровнях организации: клеточном, органном, системном и в целом на функциональное состояние организма, можно отметить, что геомагнитные и электромагнитные поля способны оказывать влияние на жизнедеятельность организма. При этом установлено, что действие МП неоднозначно, и могут иметь место как отрицательные последствия, так и положительные результаты. Вышесказанное предопределяет два основных направления дальнейших исследований:
— необходимость тщательной проработки проблемы с позиций экологии;
— дальнейшее изучение возможностей использования ЭМП в практической медицине.
Прогрессивное развитие этих направлений невозможно без дальнейшего продолжения фундаментальных исследований, направленных на изучение механизмов влияния ЭМП на живые системы.
В экспериментальной биологии и медицинской практике накоплен громадный эмпирический опыт об эффектах ЭМП, требующий систематизации и теоретического осмысления для расшифровки механизмов их действия на живые объекты. Обилие гипотез по этой проблеме свидетельствует скорее о ее нерешенности, чем о достаточном уровне понимания механизмов взаимодействия живого с естественными и искусственными магнитными полями.
В попытках добиться решения этой проблемы следует исходить из того, что организм представляет собой многоуровневую иерархическую организацию. Особенности структуры каждого из этих уровней предопределяют характерную избирательность взаимодействия по различным параметрам МП. В связи с этим для осмысления механизмов действия МП на живые системы предлагается выделить следующие уровни, на которых это взаимодействие прослеживается достаточно явно.
1. Ядерно-молекулярный уровень, включающий подуровни:
2. Цитохимический уровень, в котором следует выделить:
— структурные образования, обеспечивающие ионное равновесие в клетках и тканевой жидкости;
— биополимеры, определяющие вязкость и способность изменять агрегатное состояние жидких сред организма.
3. Тканевый уровень, на котором воздействие МП будет предопределяться:
— особенностями морфологии данной ткани;
— функциональной предназначенностью тканей;
— преобладающим характером метаболизма.
4. Органный уровень (воздействие на отдельные органы).
5. Системный уровень, включающий:
— центральную, периферическую и вегетативную нервные системы;
— дыхательную, пищеварительную и выделительную системы;
— опорно-двигательный аппарат и др.
6. Межсистемный уровень, описывающий взаимодействие между отдельными системами организма.
7. Общесистемный уровень, формирующийся при интегрировании взаимодействий между всеми системами.
8. Межличностный уровень, включающий:
— воздействие одного организма на другой через собственное излучение ЭМП;
— взаимодействие живых организмов во внешнем ЭМП.
И, тем не менее, несмотря на обилие литературы, описывающей влияние МП на биохимические процессы, в частности, на активность ферментов, концентрацию продуктов химических реакций, данные изменения могут оказаться следствием совершенно иного, неизвестного механизма воздействия МП.
1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И.Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с.
2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И.Утямышева и М.Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с.
3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. :[Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.
Рис. 1. Магнитное поле Земли. Силовые линии идут от южного магнитного полюса к северному. Пунктирная линия — магнитная ось Земли, сплошная — ось вращения планеты. Показано довольно значительное отклонение положения геомагнитных полюсов от географических. Некоторые животные и птицы способны ориентироваться по магнитному полю (например, птицы используют его для навигации во время миграций). Однако из-за постоянного дрейфа магнитных полюсов, который периодически даже приводит к их инверсии (последний раз это было, предположительно, 780 тысяч лет назад), такая навигация может давать сбои — если магнитный полюс оказался далеко от географического. У положения магнитных полюсов есть и краткосрочные колебания, см. задачу Блуждающий магнитный полюс. Изображение с сайта maglab.caltech.edu
Магнитное поле и человек
Помимо магниторецепции бактерии и другие организмы, известные примерно с того же времени и находящиеся приблизительно на том же уровне организации, обладают химическим чувством, термо-, фото- и механорецепцией. Аналогичные чувства — зрение, обоняние, ощущение температуры, прикосновений и т. д. — есть и у людей. Логично (по крайней мере, для Киршвинка) предположить, что столь древняя способность, как магнитное чувство, тоже сохранилась у Homo sapiens. Первые эксперименты по поиску магниторецепции у людей Киршвинк начал еще несколько лет назад (см. об этом: E. Hand, 2016. Maverick scientist thinks he has discovered a magnetic sixth sense in humans), и вот теперь вышла полноценная научная статья в рецензируемом журнале eNeuro (C. X. Wang et al., 2019. Transduction of the Geomagnetic Field as Evidenced from Alpha-band Activity in the Human Brain).
Рис. 2. Слева: схема помещения для экспериментов. Справа: фотография этого помещения снаружи; видно кресло, на котором сидели испытуемые. Изображения из обсуждаемой статьи в eNeuro и с сайта maglab.caltech.edu
Горизонтальную и вертикальную составляющие магнитного поля и направление его линий можно было менять. По предположению Киршвинка, детекция каких-то из этих изменений должна была отражаться на электрической активности головного мозга испытуемых, но совершенно не обязана достигать сознания. Простой способ оценить упомянутую электрическую активность — снять ЭЭГ у испытуемого, когда магнитное поле вокруг него неизменно и когда что-то происходит с различными составляющими его индукции.
Если поле постоянное, а не переменное, оно не должно оказать влияния на показания ЭЭГ-электродов. Этим фактом и воспользовался Киршвинк. Его испытуемые — 34 добровольца в возрасте от 18 до 68 лет (европейского, азиатского и африканского происхождения, а также коренные американцы) — по 7 минут сидели с закрытыми глазами в экспериментальном помещении. Никакого конкретного задания у них в этот момент не было. В течение семи минут направление вращения горизонтальной компоненты магнитного поля менялось около ста раз: его вектор время от времени разворачивали по часовой стрелке или против нее. Нечто похожее (в смысле воздействия магнитного поля на мозг — если оно есть) происходит при повороте головы влево или вправо, но в данном случае испытуемые не двигались. Направление вертикального вращения не меняли, так как серия предварительных экспериментов показала: электрическая активность мозга испытуемых из Северного полушария от этого никак не меняется. Поле все время было ориентировано вниз под углом 60–75° к горизонтали. Такое направление соответствовало направлению линий геомагнитного поля в регионах, где родились и выросли испытуемые. Были и моменты, когда искусственное магнитное поле отключали — в качестве контроля. Семиминутные испытания повторяли неоднократно в разные дни.
Во время спокойного бодрствования с закрытыми глазами, когда сознание не занято ничем конкретным, у многих людей на электроэнцефалограмме проявляется альфа-ритм — колебания частотой 8–13 герц и амплитудой 5–100 микровольт. Когда человек сосредотачивает внимание на какой-то поступающей информации, альфа-ритм сменяется другими, при которых электрическая активность клеток мозга менее синхронизирована, — например, бета-ритмом. Соответственно, если Homo sapiens обладают магниторецепцией, амплитуда альфа-колебаний должна падать в момент смены направления вращения магнитного поля.
Рис. 3. Изменение амплитуды (в микровольтах) альфа-ритма ЭЭГ отдельного испытуемого. Показаны все 64 канала — по одному на каждый регистрирующий электрод. CCW — вращение вектора индукции магнитного поля против часовой стрелки (counterclockwise), CW — вращение по часовой стрелке (clockwise), FIXED — направление вращения не поменяли по сравнению с предыдущим временным отрезком. Моменты смены направления вращения (или перехода к новому временному отрезку в случае FIXED) отмечены розовыми вертикальными линиями. Каждый раз сравнивается амплитуда альфа-колебаний на старте интервала со сменой направления вращения магнитного поля и обратно по сравнению с амплитудой альфа-колебаний на старте интервала, в котором направление вращения не меняется. Изображение с сайта maglab.caltech.edu
Такая реакция действительно наблюдалась (на рис. 3 это можно увидеть после первой и третьей розовых линий, также это видно на видеоролике, прилагающемся к исследованию), но лишь у части испытуемых и только тогда, когда поле начинало вращаться против часовой стрелки. Но когда исследователи спрашивали их, чувствовали ли они какие-то изменения, и даже когда в отдельной серии опытов просили ради этого открыть глаза и специально следить за необычными ощущениями, люди давали отрицательный ответ. Иными словами, если магниторецепция у людей и есть, то с сознанием она не связана, а способности к ней у разных людей проявляются в разной степени.
Железный компас?
Помимо криптохромов чувствительность к магнитному полю может обеспечивать магнетит (Fe3O4), его мы упомянули в самом начале. Это ферромагнетик, то есть вещество, в котором магнитные моменты атомов упорядочены и в отсутствие заметного магнитного поля. Их направление зависит от полярности такого поля (если оно имеется). Киршвинк и соавторы предполагают, что именно магнетит обеспечивал изменение ЭЭГ испытуемых при наличии магнитного поля. Однако на данный момент рецепторных структур в теле человека, несущих магнетит, не нашли. Известно, что Fe3O4 в заметных количествах есть в мозжечке и в стволе мозга (см. S. A. Gilder et al., 2018. Distribution of magnetic remanence carriers in the human brain). Но это не рецепторы, и находятся они глубоко в толще тканей — в то время как магниточувствительные структуры логично было бы вынести ближе к поверхности, дабы повысить число доступных для их восприятия сигналов.
Истинность обоих предположений подвергли сомнению сотрудники Дэвида Киза (David Keays) из Венского биоцентра. С помощью методов иммуногистохимии, молекулярной биологии и различных вариантов электронной микроскопии они пытались воспроизвести результаты Фляйсснера и Дикмана — и не смогли. В 2012 году в лаборатории Киза показали, что клетки с магнетитом в надклювье голубей не образуют никаких групп. Что еще интереснее, было установлено, что это вовсе не нервные клетки-рецепторы, а клетки иммунной системы — макрофаги (C. D. Treiber et al, 2012. Clusters of iron-rich cells in the upper beak of pigeons are macrophages not magnetosensitive neurons)! Вероятно, эти макрофаги активно поглощают и перерабатывают эритроциты, богатые железосодержащим белком гемоглобином, из-за чего в них самих накапливается железо. В принципе, обнаруженные группой Киза клетки могли бы фагоцитировать и магниторецепторы и поэтому содержать много железа, но эту версию пока никто не подтвердил.
Рис. 4. А — общий вид внутреннего уха голубя с указанием расположения лагены. Черным отмечены места предположительного скопления магнетита, пунктиром — плоскость срезов B–G. B, С — варианты расположения отокониев с кристаллами магнетита в лагене. В теории они могут образовывать обособленную группу (как на изображении B) рядом с определенными волосковыми клетками (hair cell) или перемежаться обычными отокониями (как на изображении C). D — пример рентгеновской флуоресцентной микроскопии среза лагены голубя, длина масштабного отрезка — 50 мкм. Красным отмечены скопления железа, зеленым — кальция, синим — калия. HCs — слой волосковых клеток, TV — tegmentum vasculosum, структуры внутреннего уха. E, F, G — выявление загрязнения срезов лагены железом, длины масштабных отрезков — 50, 10 и 5 мкм соответственно; пунктирами на изображении F обведены две волосковые клетки. При увеличении изображения железосодержащих участков лагены становится видно, что в них присутствует не только железо (красный), но и хром (желтый). Наличие этого элемента — признак загрязнения ткани металлами, и железом в том числе. Изображение из статьи E. P. Malkemper et al., 2019. No evidence for a magnetite-based magnetoreceptor in the lagena of pigeons
Кто видел магниторецепторы?
Возникает вопрос: хотя бы у какого-нибудь животного уже удалось достоверно обнаружить магниторецепторы? Увы, пока нет. Большие надежды в этом плане подавал популярный лабораторный объект, круглый червь Caenorhabditis elegans. У этого животного в зрелом возрасте всегда 302 нейрона, и найти в таком количестве клеток магниторецепторы значительно проще, чем в сотнях миллионов птичьих нейронов. Кроме того, C. elegans — единственный организм, для которого известен полный коннектом — все связи, образуемые всеми нервными клетками между собой. То есть в целом уже понятно, чем занимается каждый из этих трехсот с небольшим нейронов.
Рис. 5. Ошибка гипотезы Видаля-Гадеа. A — нематода Caenorhabditis elegans далеко от экватора, там, где линии геомагнитного поля входят в землю под довольно большим углом. α — угол корректировки. Поскольку червь не различает верх и низ, он может ползти под углом α, отложенным с любой стороны от линии поля. Из-за этого в ряде случаев он не будет вертикально вбуравливаться в субстрат, а поползет практически по горизонтали. B — C. elegans ближе к экватору, где линии геомагнитного поля входят в землю под острым углом. Ситуация с углом α та же, но сам угол больше, и поэтому в ряде случаев животное будет рыть скорее вверх и выходить на поверхность, куда ему не нужно. Изображение из статьи L. Landler et al., 2018. Comment on "Magnetosensitive neurons mediate geomagnetic orientation in Caenorhabditis elegans".
Источник: Connie X. Wang, Isaac A. Hilburn, Daw-An Wu, Yuki Mizuhara, Christopher P. Cousté, Jacob N. H. Abrahams, Sam E. Bernstein, Ayumu Matani, Shinsuke Shimojo and Joseph L. Kirschvink. Transduction of the Geomagnetic Field as Evidenced from Alpha-band Activity in the Human Brain // eNeuro. 2019. DOI: 10.1523/ENEURO.0483-18.2019.
Читайте также: