ЭНЦИКЛОПЕДИЯ

Магнитобиология

Науку, которая изучает действие магнитного поля на живые существа, называют магнитобиологией. Она сложилась лишь в последние 10—15 лет. В эти годы возрос интерес к биологическому действию магнитного поля. Причиной тому были полеты человека в космос и усиленное применение магнитных полей в промышленности. Рождению новой науки способствовало бурное развитие молекулярной биологии, биохимии и биофизики.

Все вещества обладают магнитными свойствами, только выражены они у них в разной степени. Об этом уже более века назад было известно великому английскому ученому Майклу Фарадею. Наиболее четко эти свойства выражены у железа, кобальта, никеля и некоторых сплавов, а также у систем, по которым течет электрический ток. У большинства веществ эти свойства настолько слабы, что установить их можно лишь с помощью особых приборов, например магнитных весов.

Семя боба, подвешенное на тонкой нити вблизи зазора сильного электромагнита, при включении магнитного поля отклоняется под некоторым углом.

При исследовании на магнитных весах вещество помещается в зазор между полюсами электромагнита или вблизи него. Обычно в зазоре, а в особенности вблизи него, магнитное поле неоднородное, т. е. разное по величине и направлению в соседних точках. Если при включении электромагнита вещества притягиваются в область наиболее сильного поля, их называют парамагнитными, а если выталкиваются — диамагнитными. Магнитные свойства биологических объектов зависят от их состава и состояния. Так, например, сухие зерна ржи и пшеницы чаще диамагнитны, но иногда из-за большого содержания в них железа и некоторых микроэлементов они могут быть и парамагнитны.

Если подвесить семя боба на тонкой нити вблизи зазора сильного электромагнита, то при включении магнитного поля семя это отбрасывается наружу и повисает в воздухе под некоторым углом к первоначальному вертикальному положению. Оно диамагнитно. Такая реакция на магнитное поле называется магнитомеханической и свойственна в равной степени и живым существам и веществам. Внутри живой клетки при магнитомеханической реакции может происходить смещение органелл (частей клетки, выполняющих различные жизненные функции) или других частиц, например крахмальных зерен.

Английским ученым удалось установить, что в сильном неоднородном магнитном поле кончик корня кресс-салата изгибается в сторону поля наименьшей напряженности именно потому, что зерна крахмала в чувствительной зоне корешка смещаются в цитоплазме к одной из стенок клетки. Под влиянием возникающего давления, а за ним раздражения эта часть клетки замедляет рост, и кончик корня изгибается. Так магнитомеханическая реакция превращается в физиологическую. Явление изгибания корешка в магнитном поле назвали магнитотропизмом.

Так наблюдают за ростом корешка в магнитном поле.

Известны по крайней мере три вида магнитотропизмов: 1) реакция корней на неоднородность поля, о которой мы говорили выше; 2) реакция корешка прорастающего семени на ориентацию зародыша семени к северу или к югу, открытая советскими учеными А. В. Крыловым и Г. А. Таракановой; 3) реакция ориентации корневой системы растений в естественных условиях относительно силовых линий земного магнитного поля, исследования которой успешно ведутся в Советском Союзе и Канаде. Механизм изгибания корней в первом случае ученые смогли объяснить, но два других наблюдаемых явления пока остаются загадкой. Это не мешает ученым делать практические выводы. Например, если у какого-нибудь сорта пшеницы или сахарной свеклы (такие сорта есть в Канаде и США) ориентация корневой системы относительно магнитного меридиана выражена в достаточной степени, нужно вносить удобрения поперек направления этой ориентации. В этом случае минеральные удобрения используются растением наиболее полно и экономно.

Пока магнитотропизм наблюдали только у растений, и совершенно неизвестно, есть ли он у сидячих животных форм. Зато у животных хорошо изучена другая форма реакции на направление магнитного поля — направленные движения, или магнитотаксисы.

Так, например, при определенной напряженности магнитного поля инфузории-туфельки чаще собираются у южного полюса магнита, чем у северного, а некоторые виды насекомых, моллюсков и червей предпочитают располагать свое тело при движении или отдыхе определенным образом относительно силовых линий земного магнитного поля. Более того, ученые предполагают, что способность некоторых птиц, например голубя, и рыб, например угря, чувствовать слабые магнитные поля помогает им ориентироваться при перелетах или при движении к местам нереста.

Магнитобиологи не ограничиваются изучением тропизмов и таксисов в магнитном поле. Они стараются выяснить, какие физиологические сдвиги происходят в организме, когда его помещают в поле, отличное от земного (меньше или больше его), и какими изменениями в организме эти сдвиги сопровождаются.

Простой, казалось бы, вопрос: может ли организм существовать без земного магнитного поля? А чтобы ответить на него, ученым пришлось решать еще два вопроса: может ли организм существовать в среде с нулевым внешним магнитным полем? Может ли он существовать в ослабленном в той или иной степени магнитном поле?

Ответить на первый из них чрезвычайно трудно, так как пока технически невозможно создать на длительное время участок пространства, где были бы все условия естественной внешней среды, кроме земного магнитного поля. Однако ученым удалось ответить на второй вопрос, а косвенно это дает возможность ответить и на первый.

Оказалось, что при постепенном снижении напряженности земного магнитного поля (в пределах Москвы оно равно примерно 0,5 Э (эрстед) в 10, 100 и даже в 1000 раз многие растения и животные вовсе не плохо себя чувствуют. Огурцы и редис, например, ускоряют рост, а вот кукуруза и ячмень замедляют. Но если и дальше снижать напряженность магнитного поля и удлинять сроки пребывания в нем живых организмов, у них появляются и развиваются неблагоприятные признаки. У растений начинают утолщаться клеточные стенки, у животных — кожные покровы, клетки начинают неправильно делиться, у некоторых видов почвенных микроорганизмов образуются гигантские клетки, задерживается образование разных тканей в корнях пшеницы (так называемая дифференциация тканей), поверхность покрывается своеобразными опухолями, у мышей начинается облысение. Интересно, что в первую очередь на ослабление магнитного поля реагируют наиболее сложно устроенные, многоклеточные организмы и уже потом одноклеточные. На развитии некоторых из них, например водоросли хлореллы, снижение поля в 10 тыс. раз на протяжении 5 недель никак не сказалось. Таким образом, уже сейчас можно утверждать, что магнитное поле Земли необходимо для нормального существования большого числа животных и растений.

Ну а как реагируют живые организмы на увеличение напряженности магнитного поля по сравнению с земным? Оказывается, что нарисовать общую картину происходящих с организмами изменений — задача очень сложная. Например, слабые магнитные поля, в 20—200 раз превышающие силу земного магнитного поля, стимулируют рост корней растений, подавляют потребление кислорода и выделение углекислоты на первых этапах прорастания семян. Поля, в тысячи раз превышающие земное, тормозят рост растений и многих микроорганизмов, задерживают развитие злокачественных опухолей, препятствуют нормальному ходу клеточного деления, вызывают нарушение кровообращения и расстройство деятельности выделительной, кроветворной, нервной и пищеварительной систем у подопытных животных (белых мышей и крыс). В зависимости от величины напряженности поля, длительности пребывания в нем организма и его состояния (молодой организм или старый, находится он в покое или в состоянии активной деятельности) последствия пребывания в поле могут быть обратимыми или необратимыми. Иногда, правда крайне редко, наблюдается даже смертельный исход.

Речь шла только о действии постоянного магнитного поля. А ведь виды переменных магнитных полей более многочисленны и разнообразны, так же разнообразно их действие. Магнитобиологи сосредоточили свое внимание на постоянном магнитном поле потому, что механизм и природа его действия остаются во многом загадочными для нас и до сих пор. Его даже называют «странным раздражителем».

Долго ученые не могли выработать у животных на него условный рефлекс, и лишь в 1958 г. советскому ученому Ю. А. Холодову и американскому ученому Лиссману удалось это сделать на рыбах (на карасе, карпе и нильской рыбке мормирусе). Оказалось, что магнитное поле действует на животных как минуя нервную систему, так и через нее. При этом неожиданно выяснилось, что прежде всего действие поля воспринимает промежуточный мозг, а именно один из его отделов, называемый гипоталамусом.

Что же дает изучение биологического действия магнитного поля? Во-первых, оно говорит о том, что любой фактор внешней среды, как бы слаб и незначителен на первый взгляд он ни был, оставляет свой след в процессе эволюции живых форм. Во-вторых, оно дает возможность ученым еще с одной стороны заглянуть в тайны организации жизни, открывает исследователям новые, еще не изученные способы построения магниточувствительных систем. И в-третьих, указывает на не использованные до сих пор резервы сельскохозяйственного производства.