Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 6
1.1 Параметры и типы электромагнитных полей 6
1.2. Природные электромагнитные поля 12
1.3. Искусственные электромагнитные поля 14
1.4. Электромагнитное поле как экологический фактор 17
1.4.1. Биологические эффекты ЭМП низкой и крайне низкой частоты]!
1.4.2. Биологическое действие ЭМП высокой частоты 22
1.4.3. Биологическое действие МП 26
1.4.3.1 Влияние МП на растения 26
1.4.3.2. Влияние МП на животных 35
1.4.3.3. Механизмы действия МП 38
1.5. Постановка задач диссертациионной работы 47
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 50
2.1. Генерация МП 50
2.2. Техника измерения МП 52
2.3. Переходные процессы электромагнита 52
2.4. Методика исследования Влияния МП на растения 53
2.5. Воздействие МП на развивающихся пчел 56
2.6. Статистический анализ 57
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ. ВЛИЯНИЕ МП НА
ИЗМЕНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ И НАЧАЛЬНЫЕ
РОСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ У СЕМЯН НЕКОТОРЫХ ЗЛАКОВЫХ 60
3.1 Магнитная восприимчивость 60
3.2 Влияние МП на Скорость поглощения воды семенами 66
3.3 Влияние МП на Начальные ростовые процессы 74
4. ВЛИЯНИЕ МП НА ИЗМЕНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ
ТЕЛА ПЧЕЛ, ИХ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ И РАЗВИТИЕ 84
4.1. Магнитная восприимчивость 84
4.2. Связь магнитной восприимчивости с активностью метаболизма 87
4.3. Летальная эффективность МП 88
4.4. Изменчивость морфометрических признаков пчел под действием МП
5. МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ МП НА БИООБЪЕКТЫ РАЗЛИЧНОГО
УРОВНЯ СЛОЖНОСТИ 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 106
ВЫВОДЫ ПО
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 112
Введение к работе
В последние годы в мировой науке значительно интенсифицировались фундаментальные и прикладные исследования в области взаимодействия физических полей с биообъектами. Большое внимание уделяется выявлению роли электромагнитного в оздействия в процессах метаболизма, регуляции гомеостаза, нервной деятельности. Среди полей физической природы только два поля - электромагнитное и гравитационное пронизывают Вселенную в каждой ее точке, а значит вся биосфера Земли - от геометрических образований до клеточных структур живого вещества связана воедино с этими полями.
На большом экспериментальном материале доказано реагирование биологических объектов на магнитные поля (МП) (Холодов, 1975; Протасов, 1982). В сельском хозяйстве предлагаются способы использования МП для повышения урожайности сельхозкультур (Батыргин и соавт.,1985; Хлебный, 1989 и др.). МП находят применение в медицине (Холодов, 1975; Беркутов, 1996 и др.).
Но к настоящему времени осталось много невыясненного в биологических эффектах и механизмах действия этого физического фактора. Это в значительной мере связано с тем, что у большинства организмов, реагирующих на магнитные поля, не обнаружено специализированных рецепторов. К особенностям исследований в этой области относится низкая воспроизводимость экспериментов, связанных с изучением биомагнитных эффектов. Это порождает неопределенность в объяснении их результатов.
До настоящего времени не существует общепринятой теории, которая объясняла бы процессы, происходящие в биообъектах при взаимодействии с магнитными полями. Для понимания этого необходимо углубленное изучение биомагнитных эффектов. Перспективным является использование срав-
5 нительных исследований на объектах отличающихся по уровням организации. Попытка таких исследований предпринята при выполнении нашей работы.
Целью исследований являлось изучение зависимости магнитной восприимчивости семян некоторых злаков и пчел от их физиологического состояния, а также выявление биологических последствий воздействия на эти биообъекты МП высокой индукции.
Положения, выносимые на защиту:
Доказательства связи между физиологическим состоянием и магнитной восприимчивостью у семян пшеницы и пчел Apis mellifera.
Наличие стимулирующих и ингибирующих эффектов МП: при изучении начальных ростовых процессов у семян некоторых злаковых.
Влияние МП на скорость поглощения воды семенами некоторых злаковых растений.
Влияние МП на жизнеспособность развивающихся пчел и их морфомет-рические признаки.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно - технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (Рязань, 1998 г.), на Всероссийской научно — технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (Рязань, 1999 г.), на 3 — ей научно — практической конференции "Человек - экология — здоровье" (Рязань, 1999 г.), на 2-й Всероссийской научно — практической конференции "Человек и биосфера" (Краснодар, 2000).
По теме диссертации опубликовано 14 научных работ.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, 7 выводов, библиографического списка из 146 наименований. Практическое исполнение результатов работы содержит 125 страниц сквозной нумерации, в том числе 111 страниц основного текста, 9 таблиц и 12 рисунков.
Параметры и типы электромагнитных полей
Электромагнитное поле как вид материи характеризуется наличием двух состояний - магнитного и электрического, связанных непрерывным взаимным превращением на основе явлений электромагнитной и магнитоэлектрической индукции.
Взаимное превращение электрического и магнитного полей связано с движением электромагнитного поля, которое распространяется в вакууме (в отсутствии сильных гравитационных полей) со скоростью, близкой к 3-Ю10 см/с.
Электромагнитное поле в одних случаях характеризуется непрерывным распределением в пространстве (электромагнитные волны), а в других случаях обнаруживает дискретность своей структуры (фотоны). Проявлением электромагнитного поля является силовое воздействие на заряженные частицы, зависящее от скорости, а также механическое давление, производимое на поглощающую поверхность.
Электромагнитное поле вокруг любого источника излучения волн условно разделяют на 3 зоны: ближнюю (зону индукции); промежуточную (зону интерференции); дальнюю (волновую зону или зону излучения). Если же геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения (точечный источник), границы зоны определяются следующими расстояниями (Карпов, Ковшило, 1979).
Между электрической и магнитной составляющими электромагнитного поля индукции, нет определенной зависимости и они могут отличаться друг от друга во много раз (Е& 377//). Эта зависимость соблюдается только в зоне излучения (дальней зоне), где напряженности обоих полей совпадают по фазе и в любой момент времени находятся в пропорциональной зависимости.
Раздельное действие электрического и магнитного полей (поля конденсатора и поля катушки) наблюдается при сравнительно медленном их изменении в зоне индукции (ближней зоне). В ближней зоне электромагнитная волна не сформирована, излучение не происходит, и электромагнитное поле по мере удаления от источника быстро затухает. Напряженность электрической составляющей поля в этой зоне обратно пропорциональна расстоянию в 3-й степени, а напряженность магнитной составляющей - во 2 — й степени. В дальней зоне (зоне излучения) напряженности электромагнитного поля обратно пропорциональны расстоянию в 1— й степени.
Практически же граница отстоит на расстоянии нескольких D, так как затухание происходит очень быстро.
Среда, в которой распространяется электромагнитное поле, характеризуемое векторами напряженности и И (составляющих его электрических и магнитного полей), обладает некоторыми свойствами, оказывающими определенное влияние на распространение в ней этого поля. Для монохроматического переменного поля эти свойства выражаются через комплексные величины: комплексную диэлектрическую и магнитную проницаемость; тангенсы углов электрических и магнитных потерь; а также волновое сопротивление среды.
Электромагнитная волна, как и волна любой другой природы, несет энергию. Важнейшей энергетической характеристикой распространяющейся волны служит ее интенсивность (или плотность потока энергии). Она представляет собой энергию, проходящую через единицу поверхности среды, в которой электромагнитная волна распространяется, в единицу времени.
Искусственные электромагнитные поля
В лабораториях создают электромагнитные поля (ЭМП) индукцией от 0,001 до 10 Тл на много превышающие геомагнитное поле Земли, которое составляет в среднем 5-Ю 5 Тл. В физике элементарных частиц магнитные поля применяются с целью управления пучками частиц и их фокусировки. В течение многих лет именно в данной области лежали первостепенные приложения крупных магнитных систем и современной технологии магнитов.
Системы, осуществляющие воздействие электромагнитных излучений на биообъекты, могут существенно отличаться по своей структуре и характеристикам в зависимости от целей и условий применения. Соответственно искусственные поля можно подразделить на электрические промышленной частоты, электростатические, магнитные, сверхвысокочастотные и поля радиочастот.
Электрические поля промышленной частоты (ЭП ПЧ) представляют частный случай электромагнитных полей частотой 50 - 60 Гц. Основными источниками ЭП являются электробытовая техника, электроаппаратура, высоковольтные линии электропередачи (ВЛЭП). (Агаджанян и соавт., 1996; Крылов, Юченкова, 1972; Протасов и соавт., 1982).
Бытовые электроприборы создают поля напряженностью от 2 В/м (настольная лампа) до 25 В/м (электроодеяло) (Suess, 1986). В низкочастотном диапазоне (1 - 100 Гц) находятся также поля, используемые в клинической ядерно магниторезонансной (ЯМР) томографии для диагностики (Walleczek, 1992).
Напряженность ЭП под В ЛЭП зависит от расстояния до то ко ведущих частей, достигая максимального значения непосредственно под проводами, в центре между опорами. Например, под В ЛЭП 750 кВ максимальная напряженность достигает 11 кВ/м, а на расстоянии 50 м от линии 6—7 кВ/м (Агад-жанян и соавт., 1996).
Электростатическое поле (ЭСП) создается свободными электрическими зарядами, возникающими, а затем сохраняющимися и релаксирующими на поверхности различных материалов. ЭСП наиболее часто встречаются в быту при пользовании бытовой электротехникой, обращении с полимерными материалами, бумагой и др. Основным параметром, характеризующим ЭСП является напряженность поля (В/м) (Агаджанян и соавт., 1996). Экологическая значимость ЭСП для живых объектов ниже, чем ЭП ПЧ.
Магнитные поля (МП) искусственного происхождения подразделяют на постоянные МП, импульсные МП и переменные МП. Постоянное МП чаще всего находит применение в электродвигателях и генераторах постоянно 16
го тока, магнетронах СВЧ - генераторов, электромагнитной защите от ионизирующей радиации. К переменным МП относятся МП промышленной частоты.
Для характеристики магнитного поля используется индукция (В), равная силе, с которой МП действует на единичный элемент тока, расположенный перпендикулярно к вектору индукции. Единицей индукции МП является тесла (Тл). Для характеристики МП в вакууме вводится величина, называемая напряженностью МП (Н), измеряемая в амперах на метр (А/м). Напряженность и индукция МП связаны соотношением:
В = я№
где fio магнитная постоянная, равная 4л 10 Гн/м, fx — относительная
магнитная проницаемость веществ. 1 Тл=7,96-10 А/м; 1 А/м= 1,256-10" Тл. Внесистемная единица магнитной индукции - гаусс (Гс): 1 Гс=10 4 Тл; напряженность МП - эрстед (Э): 1 Э=79,58 А/м. В воздушной среде 1 Гс= 1 Э.
Источниками РЧ и СВЧ, превышающими естественный электромагнитный фон окружающей среды, являются наземные радиолокационные станции (радарные установки), телевизионные и радиостанции; электробытовая аппаратура (микроволновые печи, экраны телевизоров, видеотерминалы персональных компьютеров) и др.
Первостепенными параметрами СВЧ полей являются мощность и частота его воздействия на биообъекты. При этом мощность, создаваемую источниками СВЧ и РЧ полей, можно подразделить на:
- дотепловую (доли ватта);
- слаботепловую (до 40 Вт);
- среднетепловую (до 60 Вт).
Поле РЧ и СВЧ характеризуется тремя основными параметрами: напряженностью электрического поля (Е), напряженностью магнитного поля (Н) и плотностью потока энергии (ППЭ).
class2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ. ВЛИЯНИЕ МП НА
ИЗМЕНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ И НАЧАЛЬНЫЕ
РОСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ У СЕМЯН НЕКОТОРЫХ ЗЛАКОВЫХ class2
Магнитная восприимчивость
Известно, что многие вещества биологического происхождения обладают магнитной восприимчивостью, выражающейся в изменении механической силы, действующей на биообъект, помещенный в неоднородное МП. Одним из показателей, характеризующих магнитную восприимчивость семян, может служить их разворот между полюсами магнита.
Результаты исследований показали,, что не все семена отклоняются (разворачиваются) в МП от своего первоначального положения (параллельного полюсам магнита). В случае отклонения их зародышевая сторона разворачивалась в сторону южного магнитного полюса.
Чтобы выяснить взаимосвязь между магнитной восприимчивостью семян и углом из разворота в МП, зависящего от упругости закрученного волоса, используемого в качестве подвеса, исследования проводили в двух вариантах. В первом варианте при постоянной і индукции МП (1,5 Тл) меняли длину волоса от 10 до 25 см, во втором — при неизменной длине подвеса (25 см) варьировали индукцией МП.
Роль длины подвеса: Для проведения исследований семена предварительно высушивали до постоянной массы в термостате при T=100oC. У одних и тех же семян, помещенных в МП индукцией 1,5 Тл, длину волоса, который использовался в качестве подвеса, укорачивали с 25 до 10 см.
Исследования показали, что действие магнитной силы на семена, помещенные между полюсами магнита, уравновешивалось противодействием упругости закрученного волоса, используемого в качестве подвеса. Отсюда следует, что если использовать подвес, обладающий бесконечно низкой упругостью, то семена будут устанавливаться вдоль силовых линий МП.
Влияние индукции МП. При проведении исследований дискретно изменяли индукцию МП от 0,25 Тл до 1,5 Тл. Высушенные при 100С семена пшеницы, подвешивали между полюсами магнита на волосе длиной 25 см. До включения электромагнита семена устанавливали продольной осью вдоль полюсных наконечников электромагнита.
Было установлено, что при индукции МП 0,25 Тл семена разворачивались в среднем на 8,1 (мин - 1, мах - 45), при 0,5 Тл - на 11,2 (мин - 1, мах - 50), при 0,75 Тл - на 14,7 (мин - 1, мах - 50), при 1,0 Тл - на 18,1 (мин - Г, мах - 55), при 1,25 Тл - на 20,5 (мин - 1, мах- 60) и при 1,5 Тл -на 24,5 (мин - 5, мах - 75).
То есть увеличение угла разворота семян, при постоянной длине подвеса, зависело от индукции МП. При этом повышению индукции с 0,25 до 1,5 Тл соответствовало увеличение угла разворота в среднем в 3,3 раза (рис. 4). Доверительная вероятность этого различия (Р 0,99). Из чего можно заключить, что повышение индукции МП усиливает действие силы, вращающей семена.
Связь между индукцией МП (х, Тл), изменяющейся в пределах 0,25-1,5 Тл и углом разворота (у) семян пшеницы на подвесе длиной 25 см характеризуется выражением: = 9,87- :-3,07,
В ходе исследований было обнаружено, что в МП индукцией 1,5 Тл время разворота семян после включения электромагнитов находилось в пределах от 5 до 15с. Возвращение в исходное состояние было значительно дольше и варьировало от 1 до 3 мин. Отмеченное различие во времени разворота и возвращения в исходное состояние, по-видимому, связано со свойствами волоса противодействовать скручиванию (преодолением сил деформации), а после отключения МП восстановлением исходного состояния. Поэтому отмеченное различие не имеет отношения к последствиям действия МП, хотя время в течение, которого семена разворачивались в МП и, особенно, возвращались в исходное состояние, зависело от угла разворота (возрастало с его увеличением).
Таким образом, разворот семян вдоль силовых линий указывает на обладание ими свойств магнитных диполей. При этом южному полюсу семян соответствует положение зародыша. Магнитная восприимчивость семян одной и той же партии существенно различается, то есть им свойственна высокая индивидуальная изменчивость по величине магнитной силы, действующей в неоднородном МП.
Начальные ростовые процессы у семян, отличающихся по магнитной восприимчивости. Как отмечалось выше, угол разворота семян в МП зависит от его индукции и длины подвеса. При прочих равных условиях угол разворота семян варьировал в широких пределах, а некоторые семена, подвешенные на волосе длиной 25 см, не разворачивались. Точнее не удавалось зафиксировать разворот при точности измерения угла в пределах ±1.
Похожие диссертации на Биологические последствия воздействия на семена некоторых злаковых и медоносную пчелу постоянного магнитного поля высокой напряженности
