Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖИВОТНЫМИ В СИСТЕМЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ И СВЯЗИ

Еськов Е.К.

Природные электрические и электромагнитные поля (ЭП и ЭМП) действовали на Земле задолго до появления на ней жизни. В процессе ее зарождения и эволюции природные ЭП и ЭМП, взаимодействуя с биоэлектрическими процессами, оказывали влияние на состояние и функционирование организмов. Это побуждало развитие механизмов восприятия и использования ЭП и ЭМП, а также способствовало приобретению средств защиты от их повреждающего воздействия.

Биологические эффекты ЭМП, с одной стороны, детерминируются их параметрами, а с другой - физико-химическими свойствами биообъектов. Многообразие их свойств, соответствующих различным уровням организации, порождает высокую вариабельность реагирования различных организмов на сходные параметры электромагнитного воздействия. С отличиями свойств клеток, тканей и органов у одного и того же организма сопряжено дифференцированное реагирование его различных структур на одинаковые ЭМП. Повышению вариабельности реагирования способствуют изменения физиологического состояния организма.

Эффекты постоянных магнитных полей (МП) связаны с магнитной восприимчивостью биологических структур, диамагнитными свойствами  белковых макромолекул и изменением свойств воды. Способность некоторых организмов ориентироваться в МП сопряжена с биогенным накоплением в их теле магнетита. Связанное с ним явление магнитотронизма основано на рецепции магнитных моментов больших кристаллов или их цепочек. Эти и им подобные структуры могут обеспечивать восприятие слабых флуктуаций МП.

Переменные ЭМП обладают различной эффективностью в зависимости от частоты, интенсивности и длительности действия. С частотой ЭМП связана глубина проникновения и соответственно уменьшение амплитуды колебаний. В области сверхвысоких частот проникновение волны в ткань составляет примерно 0,1 часть ее длины, уменьшаясь с повышением частоты. Эта зависимость нарушается в области рентгеновского и гамма-излучений,  пронизывающих мягкие ткани. Преобразование энергии ультра- и сверхвысокочастотных колебаний в тепло может порождать необратимые повреждения организмов или отдельных их органов. Вероятность поражающего влияния ЭМП возрастает с увеличением интенсивности и продолжительности воздействия.

Нетепловые эффекты ЭМП, по-видимому, связаны с динамическими перестройками, которые происходят в межклеточной и внутриклеточной жидкости. Эти перестройки могут влиять на процессы мембранного транспорта. Отличие свойств различных структур организма порождает их неадекватное реагирование на ЭМП, что порождает нарушение гомеостаза. Этому способствуют патологические изменения в отдельных органах и системах. ЭМП могут выступать также в роли помех регуляторным процессам, которые реализуются посредством биотоков. Восприятие низкочастотных ЭП основано на раздражении наведенными токами, протекающими при контакте с токопроводящими поверхностями.

Использование ЭП в ориентации и связи, обнаруженное у филогенетически отдаленных групп организмов - рыб и насекомых, имеет во многом конвергентное сходство. Это выражается в приобретении в процессе эволюции неродственными организмами сходных приспособлений к среде обитания. Ее сходство при наличии соответствующих морфофизиологических предпосылок способствовало совпадению направлений отбора. Необходимость ориентации в условиях, исключающих использование зрения (у рыб, обитающих в мутной воде или ведущих ночной образ жизни; у пчел, поселяющихся в укрытиях, защищающих от света) при наличии структур, способных генерировать и воспринимать ЭП, побуждала развитие электролокации. Для генерации ЭП рыбы исходно располагали электрическими органами, а пчелы - электризующимися покровами тела.

Ориентация рыб в ЭП связана с их очень высокой чувствительностью к току. Электрофизиологическим методом установлено, что органы боковой линии у обычного сома (Silurus glanis) реагируют на низкочастотные синусоидальные колебания (до 25 Гц) при плотности тока 10-10 А/мм2. Этого достаточно для обнаружения сомом своих жертв по биоэлектрическим процессам, сопутствующим двигательным актам и другим процессам жизнедеятельности.

Пространственная ориентация рыб в процессе дальних периодических миграций, возможно, также связана с использованием электрорецепции. В качестве ориентира могут использоваться теллурические токи. Их напряженность составляет около 90 мВ/км, а градиент полей этих токов в пересчете на длину тела рыбы равняется сотым долям микровольта на 1 см, что достаточно для их восприятия электрорецепторами.

Использование ЭП у наземных животных установлпено в системе внутригнездовых коммуникаций пчел рода Apis. Они, обнаружив источник корма, информируют о нем членов семьи в процессе исполнения стереотипных движений (танцев). Движения пчел-танцовщиц (сигнальщиц) зависят от расстояния до источника корма и направления к нему. При этом пчела-сигнальщица совершает маятникообразные движения брюшком с частотой около 14 Гц. Этому соответствует частота ЭП, генерируемого сигнальщицей. Наличие заряда на теле пчелы-танцовщицы (он выше, чем у пассивных пчел в десятки раз) и колебания брюшка порождают изменения напряженности ЭП. Благодаря этому пчелы-танцовщицы обнаруживаются мобилизуемыми ими пчелами  и обеспечивается соблюдение дистанции, необходимой для обеспечения надежной связи.

Многие насекомые определяют приближение ненастной погоды по интенсификации атмосфериков (разряды облаков). Наводимые ими токи раздражают насекомых при прикосновениях к токопроводящим поверхностям. Адаптация к этому в эволюции наземных насекомых выражается в приобретении ими инстинкта миграции перед грозой в места, обеспечивающие экранирование от ЭП атмосфериков. Их существенное ослабление обеспечивается кроной деревьев и кустарников, что используется многими одиночно живущими видами насекомых. Пчел и других социальных насекомых увеличение напряженности ЭП, порождаемое приближением грозового фронта, стимулирует возвращаться в свои гнезда. Вероятно, по этому же сигналу муравьи перед грозой закрывают входные отверстия.

Механизмы восприятия ЭП развивались на основе углубления мультифункциональности механорецепторов. У рыб для этого использовалась боковая линия, у пчел - быстроадаптирующиеся трихоидные сенсиллы, которые у тех и других выполняют роль акустических рецепторов. К специфическим показателям сходства их функционирования относится возникновение в указанных механорецепторах рыб (Броун, Ильинский, 1984) и пчел (Еськов, 1975, 1997) электрических колебаний, совпадающих с механическим воздействием.


Библиографическая ссылка

Еськов Е.К. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖИВОТНЫМИ В СИСТЕМЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ И СВЯЗИ // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 10. – С. 31-32;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=6672 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074