ВВЕДЕНИЕ........................................................................…………………...……3
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.............................................……………………10
1.1. История и современные представления о влиянии магнитных полей на живые системы……………………………………..….…..10
1.1.1. Влияние геомагнитных полей на функционирование биологических систем в природных популяциях………………..………..10
1.1.2. Влияние искусственных магнитных полей на живые системы………………………………………………..…………….…15
1.1.3. Физиологические, биохимические и ферментативные эффекты в
магнитных полях…………………………………………………25
1.1.4. Эффекты магнитных полей на ДНК……………………….…...29
1.1.5. Цитологические и генетические эффекты в МП………….…...32
1.2. Представления о механизмах действия магнитных полей на живые
системы………………………………………………….………..42
Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.......……………..…50
2.1. Традесканция как тест-система для выявления мутагенной активности
переменных магнитных полей……………………..…………..…….50
2.2. Скерда (Crepis capillaris (L.) как тест-система для выявления мутагенной активности переменных магнитных полей..........…………...….57
2.3. Оборудование для проведения опыта...........................………………58
2.4. Методика эксперимента..............................…………………………...60
Глава 3.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ……………………................….….65
3.1. Влияние переменных магнитных полей на традесканцию………………………………………………….…………………....65
3.2. Влияние переменных магнитных полей на Crepis
capillaris L…………………………………...…………………………...88
3.3. Корреляционная зависимость между числом гепов и мутационными
событиями в условиях опыта………………………………………....110
3.4. Длина хромосом у Crepis capillaris L. в условиях эксперимента…..113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………..115
ВЫВОДЫ..................................................………………………………………..120
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................…………………………………….....122
Такие физические факторы как магнитное поле, лазерные лучи, ультразвуковые колебания и др., привлекают все большее внимание ученых в связи с
перспективой их использования, как для стимулирования жизненных процессов
живых организмов, так и для исследований в области экологии и генетики.
Достижения современной цивилизации и быстрые темпы научнотехнического развития приводят к неконтролируемым изменениям в биосфере,
которые оказывают влияние на функционирование живых систем, в том числе
на наследственность и изменчивость.
Одним из важнейших факторов окружающей среды является магнетизм.
Магнетизм, как исключительно интересное явление природы, известен с V века
до н.э. А.С. Пресман (1968) пишет, что чудесная сила магнита издавна влекла к
себе изобретателей и ученых. Первые научные обоснования некоторых свойств
магнита принадлежат Псев Перегрину, который в 1269 году опубликовал манускрипт о наличии у магнита полюсов, один из которых указывает на север, а
другой – на юг. Им было установлено также, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются.
Ведущая роль в изучении магнетизма в XVII веке принадлежала английскому натур-философу Уильяму Гильберту, который в 1600 году опубликовал
работу «О магните, магнитных телах и о великом магните Земли». В ней он
впервые высказал предположение, что наша планета представляет собой огромный шарообразный магнит, ничем не отличающийся по своим проявлениям
на поверхности от любого другого сферического магнита. Он не только предельно объективно классифицировал множество известных явлений, о многих
из которых, возможно, узнал по работам Перегрина, но и высказал мысль, что
«магнетическое действие выливается с каждой стороны» магнитного тела.
Почти одновременно с работой У. Гильберта появился труд о магнетизме
итальянского ученого Баттисто Порта. Оба этих ученых считали, что магнитные силы относятся к классу духовных сил.4
Материалистическая концепция магнетизма отражена в работе великого
французского философа Рене Департе, который дал первую подробную теорию
магнетизма.
Одной из практических сторон применения магнитов, использование
магнитов для лечебных целей восходит еще к Гиппократу, во времена которого
с их помощью снимали боль, пытались лечить водянку. В конце XVIII века
появились даже попытки научного обоснования лечебного действия магнитного поля.
Крупный вклад в науку о магнетизме сделали русские ученые. М.В. Ломоносов говорил: «Из наблюдений устанавливать теорию, через теорию исправлять наблюдения есть лучший из всех способ к изысканию правды. Посему
и паче всего в магнитной теории, тончайшей всех материй, что ни есть в физике, поступать должно».
Великий русский ученый уже в то время пришел к правильному выводу о
необходимости пересмотра старой теории магнетизма, объяснявшей магнитные
явления истечением из них каких-то особых частиц. По мнению М.В. Ломоносова, в этих исследованиях первого места заслуживает магнитная теория и особенно вопросы земного магнетизма, магнитное наклонение и склонение.
Немалая заслуга в разработке теории магнетизма принадлежит и таким
выдающимся ученым, как Ф. Эпинусу – немецкому физику, работавшему в
России, а также Кулону, развившему двухфлюидную теорию магнетизма.
Ученым потребовалось еще более двухсот лет, чтобы сделать гигантский
шаг от наивных представлений о существовании в телах особых магнитных
жидкостей, от магнитной «души» до стойкой квантовой теории магнетизма, которая объясняет, что магнетизм – это движение элементарных частиц: движение электрона по орбите, внутриядерное движение протонов и нейтронов. Механизмы действия высокочастотных полей на организм изучались П.П. Лазаревым еще в 1916 году. Каждое изменение электромагнитной силы переменного
тока, по мнению П.П. Лазарева, оказывает влияние на диполи, которые, подвергаясь диэлектрической поляризации, приходят во вращательное движение. Ав-5
тор считал, что возникающее эндогенное тепло под влиянием электромагнитных полей понижает возбудимость тканей, а специфическое действие электромагнитных волн приводит к возбуждению тканей.
В процессе длительной эволюции биосферы живые системы выработали
как механизмы взаимодействия внутренних и внешних факторов среды, так и
ответных реакций на их изменение, в том числе и на антропогенные воздействия. Характерной особенностью этих механизмов является способность организмов избирательно реагировать на раздражители (Коган и др., 1977). Вопросы, связанные с их чувствительностью к электромагнитным полям в настоящее
время широко рассматриваются в различных аспектах биологической науки,
формируя самостоятельное направление – электромагнитобиологию. Интерес
вызывает не только влияние электромагнитных полей, связанных с мощностью
и частотой воздействия поглощенной энергии, но и сигнальные характеристики
этих полей, которые формируют три подхода к выявлению механизмов: кибернетический, синергетический и квантовый. Данные, полученные экспериментальным путем многочисленными исследователями, свидетельствуют о специфическом влиянии электромагнитных полей на биологические системы. Установлены возможности при помощи электромагнитных излучений, регулировать
физиолого-биохимические функции организма и повышать его резистентность.
Показана избирательная чувствительность живых систем к определенным частотным диапазонам электромагнитных полей.
Изучение взаимодействия электромагнитных полей с биологическими
системами дало ценные результаты в различных областях (медицине, технике
обнаружения последствий ядерных взрывов, сельском хозяйстве и т.д.). Однако, известно и отрицательное влияние на организм человека электромагнитных
полей определенных частот и напряженностей (профессиональные заболевания
работников электротранспорта, радио- и телестанций, радарных установок и
т.д.). В связи с этим, возникает необходимость разработки методов исследования взаимодействия электромагнитных полей с биологическими объектами, в
том числе и их мутагенной активности.6
Не прекращающееся насыщение биосферы физическими и химическими
факторами антропогенной природы вызывает большую обеспокоенность у генетиков и экологов, полагающих, что загрязнение природной среды увеличивает мутационный груз в популяциях организмов. Следует особо подчеркнуть,
что еще несколько лет назад электромагнитное воздействие на организм не рассматривали с точки зрения их мутагенной активности. Вместе с тем, С.Г.ИнгеВечтомов в учебнике по генетике с основами селекции, изданном в 1989 году
(Москва, Изд-во «Высшая школа») на стр. 528 указывает: «Развитие технологии, приводящее к новым физическим воздействиям на окружающую среду:
действие ультразвука, токов высокой частоты, переменного магнитного поля и
т.д., требует постоянного генетико-токсикологического контроля для своевременного выявления и предотвращения генетических последствий действия этих
факторов». Таким образом, любые биологические объекты, в том числе и человек, постоянно испытывают непрерывное действие суммарного электромагнитного фона от различных источников, что вызывает необходимость комплексного исследования их влияния.
Целью наших исследований явилось изучение генетической активности
переменных электромагнитных полей различных частот на двух широко известных растительных тест-системах: традесканция (Tradescantia, клон 02) и
скерда (Crepis capillaris L.).
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
1. Изучить и дать количественную оценку влиянию ПеМП различных
частот на характер изменения волосков тычиночных нитей в цветках
традесканции (клон 02), по которым можно судить о генетических последствиях их воздействия.
2. Выявить мутагенную активность исследуемого физического фактора
на митотических препаратах корешков Crepis capillaris L. и провести
учет хромосомных аберраций.
3. Определить влияние ПеМП различных частот на длину хромосом у
Crepis capillaris L.7
4. Провести анализ характера генетических изменений у Традесканции и
у Crepis capillaris L. внутри катушки индуктивности и на фиксированном расстоянии от нее.
5. Установить на основе полученных данных возможность использования изученных растений в качестве тест-систем для регистрации мутагенного эффекта переменных электромагнитных полей.
Актуальность. Окружающая среда в настоящее время насыщена и продолжает насыщаться огромным количеством радиотехнических приборов, работа которых сопровождается генерацией магнитных полей в окружающую
среду и влияние которых на живые объекты, несомненно, хотя недостаточно
изучено. Тем более ограничены данные по генетическому потенциалу этого
важнейшего фактора в окружающей среде. Из данных центра электромагнитной безопасности России и анализа зарубежных научно-технических публикаций (Григорьев и др., 2003), становится ясным, что человечество столкнулось
с новой серьезнейшей проблемой, суть которой состоит в том, что сети электроснабжения 0,4 кВ в зданиях, оснащенных компьютерной техникой (персональные компьютеры, файл-серверы, компьютерная периферия, мониторы, лазерные принтеры, блоки бесперебойного питания, другое обязательное офисное
оборудование – копировальные аппараты, факсы, газоразрядные лампы, другие
нелинейные электропотребители, а также бытовые приборы «заражены» высшими по отношению к промышленной частоте (50 Гц) гармониками. В связи с
вышеизложенным, изучение влияния переменных магнитных полей на живые
системы актуально и имеет теоретическое и практическое значение.
Установлено, что традесканция (клон 02) и скерда могут быть использованы для первичного мониторинга генетической активности переменных магнитных полей различных частот.
На традесканции с увеличением частоты переменных магнитных полей
достоверно повышается количество соматических мутаций в волосках тычиночных нитей. Их частота во много раз превосходит этот же показатель в контроле. Увеличивается и число бесцветных волосков тычиночных нитей, которые также можно отнести к пигментным мутациям.
2. Отмечено, что высокие частоты переменных магнитных полей приводят
к появлению ветвящихся волосков тычиночных нитей и их число достоверно
отличается не только от контроля, но и от действия на растения более низких
частот, что свидетельствует о тератогенном влиянии этого фактора. Вместе с
тем надо отметить, что резкое уменьшение напряженности МП, которое наблюдается при высоких частотах, приводит к отсутствию розовых клеток, но
сохранению бесцветных волосков тычиночных нитей.
3. Установлено, что ПеМП вызывают генетический эффект в период облучения растений. При этом растения цветут, короткий период времени (8-13
дней), тогда как в контроле цветение продолжается 17-19 дней. Повторное облучение приводит к появлению новых мутационных событий и увеличению
числа бесцветных волосков тычиночных нитей. Следует предположить, что
хроническое облучение будет способствовать возникновению мутаций при
формировании новых цветков.
Специфичность влияния магнитного поля обусловлена и тем, что появление, как мутационных событий, так и бесцветных волосков тычиночных нитей
происходит в первые дни наблюдений. Большинство цветков в опытных вариантах распускаются в первые дни, а затем цветение прекращается.
Переменные магнитные поля оказывают влияние на традесканцию даже на
значительном расстоянии, что подтверждено по всем режимам опыта.121
4. Характерной особенностью влияния ПеМП на C. capillaris L. является
значительное увеличение числа гепов и хромосомных аберраций начиная с
низких частот воздействующего фактора, хотя пропорциональной зависимости
не отмечено.
Переменные магнитные поля различных частот способствуют изменению
длины хромосом всех трех групп. В опыте хромосомы достоверно длиннее, чем
в контроле, что определяется по нашему мнению нарушением спирализации
нитей ДНК.
Корреляционный анализ показал, что существует прямая зависимость как
между частотой магнитного поля, числом гепов так и между частотой поля и
мутациями и наконец между частотой поля, числом гепов и мутаций.
5. Наши исследования показали, что переменные магнитные поля в используемых режимах, как экологический фактор приводят к значительным последствиям, т.к. вызывают, наряду с мутациями, появление большого числа гепов, а у традесканции – появление бесцветных и ветвящихся волосков тычиночных нитей.
Полученные нами данные свидетельствуют о необходимости дальнейших
исследований мутагенной активности переменных магнитных полей с целью выявления негативных последствий, в том числе на наследственность, и выработки
рекомендаций по безопасному их использованию в деятельности человека.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
