Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка

АМПЛІТУДНО-ЧАСТОТНІ ЗАЛЕЖНОСТІ ДІЇ КОМБІНОВАНИХ МАГНІТНИХ ПОЛІВ НА ГРАВІТРОПІЧНУ РЕАКЦІЮ ТА ВИПРОМІНЮВАННЯ РОСЛИН

03.00.02 - Біофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Автор: Шейкіна

Надія Валеріївна

Київ 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразина сумісно з Фізико-технічним інститутом низьких температур ім. Б.І. Вєркіна.

Науковий керівник:доктор біологічних наук, професор Бондаренко Валерій Антонович, Інститут проблем кріобіології і кріомедицини Національної академії наук України, завідувач відділу кріофізіології клітини, м. Харків; Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти та науки України, завідувач кафедри фізіології людини і тварин, м. Харків

Офіційні опоненти:

- доктор біологічних наук, професор Говорун Дмитро Миколайович, Інститут молекулярної біології і генетики Національної академії наук України, завідувач відділу молекулярної та квантової біофізики, м. Київ

- доктор біологічних наук, доцент Мартинюк Віктор Семенович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, доцент кафедри біофізики, м. Київ

Захист відбудеться 04 березня 2009 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.38 при Київському національному університеті імені Тараса Шевченка (адреса: 03022, Україна, Київ, пр-т Глушкова, 2, корпус 12).

Автореферат розісланий 22 січня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д26.001.38

О.В. Цимбалюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В останні роки дослідження слабких комбінованих магнітних полів (КМП), що мають величину магнітної індукції сталої складової магнітного поля (МП) порядку земного поля і величину колінеарної їй змінної складової МП на рівні від 10^-12 до 10^-6 Тл, на біологічні об'єкти на різних рівнях організації складають зміст одного з найбільш цікавих і перспективних напрямків біофізики. Така цікавість до цієї проблеми зумовлена двома причинами: по-перше, вони знаходять широке застосування на практиці (зокрема, в медицині), не зважаючи на те, що механізм дії КМП до кінця невідомий; по-друге, у зв'язку з все більш зростаючим техногенним забрудненням навколишнього середовища. До цього часу знайдено цілий ряд ефектів, що зумовлені дією КМП на організменому, клітинному і молекулярному рівні (Liboff A.R. et al.; Новіков В.В., Фесенко Є.Є. та ін..; Лєдньов В.В. та ін.). Але, не зважаючи на велику кількість робіт в цієї галузі, питання про відтворювання експериментальних результатів все ще стоїть на порядку денному. Ця проблема пов'язана з тим, що більшість експериментів проводиться в магнітному полі Землі, яке само по собі не є постійним. До останнього часу залишалися вивченими недостатньо достовірно амплітудні та частотні залежності впливу КМП на біологічні об'єкти, а також невідомий їх зв'язок з випромінюванням біологічних об'єктів та його залежністю від КМП. Крім того, невідомий механізм впливу слабких КМП на біологічні процеси. Окрема проблема - це проблема механізму чутливості біооб'єктів до оточуючих предметів та зв'язок з їх фізико-хімічними властивостями. Отримані результаті обіцяють, по-перше, розробити необхідні, безпечні норми зовнішнього КМП, а по-друге, знайти можливість для застосування цих методів в біології та медицині. Гравітропічна реакція (ГТР), яка досліджується в роботі, викликає особливий інтерес науковців у зв'язку зі своєї високою чутливістю до зовнішніх факторів, таких як температура, світло, наявність цілого ряду іонів: Са, К, Н, індолілоцетової кислоти (ІОК), абсцизової кислоти (АБК). Природа ГТР також досі незрозуміла. Передбачається, що комплексне вивчення ГТР і КМП зможе пояснити природу ГТР та природу дії КМП на біо'єкти. Таким чином, вивчення залежностей ГТР від КМП, його частоти та амплітуди змінної складової є дуже актуальними та дозволяють просунутися у розумінні механізмів впливу КМП на біо'єкти та розумінні природи ГТР.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертацію виконано на установах відділу молекулярної біофізики Фізико-технічного інституту низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України під керівництвом В.А.Бондаренко відповідно до наукового напрямку кафедри фізіології людини і тварин Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна за темою: „Закономірності фізіолого-біохімічної та структурно-функціональної адаптації біологічних систем до факторів середовища в онтогенезі”, № державної реєстрації 0103U005743.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягала у виявленні ефектів КМП при різних частотах і амплітудах його змінної складової з використанням високоточної техніки екранування, включаючи низькотемпературну, та відтворюванням магнітних умов експерименту, реєстрації низькочастотного випромінювання біооб'єктів за допомогою високоточної техніки (включаючи низькотемпературну), та вивченні залежності амплітуди спектральної щільності цього випромінювання від зовнішніх магнітних умов та у встановленні взаємозв'язку між ними.

Відповідно до мети роботи передбачалося вирішити такі експериментальні задачі:

1. Створити експериментальну установку для поточного відтворення заданих магнітних умов експерименту та вивчити особливості МП в робочому об'ємі установки для виключення побічних факторів, що можуть впливати на біооб'єкт.

2. Дослідити вплив КМП на ГТР рослин в області частот від 1 до 45 Гц з метою виявлення частот, що чинять біологічну дію.

3. Дослідити амплітудну залежність величини біоефекту від амплітуди змінної складової КМП в областях 0.1 - 10 нТл, 10 нТл - 35 мкТл, порівняти з теоретичними передбаченнями та визначити вплив постійного МП в діапазоні величин магнітної індукції 0.1 - 150 мкТл.

4. Зареєструвати величини постійного та змінного МП, що генеруються біооб'єктами під час росту. Розрахувати та вимірити викривлення власного МП біооб'єкту в залежності від фізичних властивостей (провідність, діелектрична та магнітна проникність) предметів, що близько розташовані до об'єкту.

Об'єктами досліджень є біологічні зміни рослинних об'єктів в КМП та явище генерації біооб'єктами низькочастотного випромінювання.

Предметом досліджень є відповідні реакції рослин (гравітропічна, ростова, розташування амілопластів у клітині, розташування білка актину у клітині) на КМП і спектри випромінювання біооб'єктів.

Методи дослідження. Всі вимірювання проводились з використанням методу екранування зовнішнього МП у робочому об'ємі та створювання штучного КМП. Для цього виконання використовували пермалоєві та надпровідні магнітні екрани (НПМЕ) з теплим робочим об'ємом. Вимірювання змін в ГТР проводили за допомогою методів цифрової фотографії, світлової, електронної та конфокальної мікроскопії в широкій області слабких КМП (від 5 нТл до 200 мкТл для постійної складової та від 1 пТл до 30 мкТл для змінної складової) та частот (від 1 до 45 Гц). Під час фіксації випромінювання біооб'єктів використовували ферозондові та НКВІД магнітометри та методи Фур'є аналізу сигналу.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше виявлений ефект зміни знаку ГТР для коренів крес-салату при впливі на нього КМП, яке налагоджене на циклотронну частоту іонів Са²⁺. Вперше досліджено вплив КМП у всій області частот від 1 до 45 Гц на ГТР коренів крес-салату. Виявлена ціла низка частот, що відповідають за зміну ГТР, ці частоті ідентифіковані та пов'язані з певними іонами. Вперше виявлено випромінювання магнітних шумів рослинними об'єктами. Також вперше виявлено, що рівень магнітного шуму зовнішнього МП впливає на спектр магнітних шумів, що генеруються зерновками. Виявлено, що спектри випромінювання в шумовому МП та поглинання в КМП задовільно збігаються. Вперше було виявлено та пояснено викривлення власного МП біооб'єкту від фізичних властивостей зовнішніх предметів.

Отримані в дисертації результати, висновки та положення достовірні та обґрунтовані, оскільки вони базуються на добре апробованих методах експерименту фізики надпровідності та добре вивчених методах дослідження клітини (світлової, електронної та конфокальної мікроскопії), вони добре відтворюються та узгоджуються з існуючими біофізичними уявленнями про дослідні процеси.

Практичне значення отриманих результатів. Вперше проведено комплексне дослідження біооб'єктів у слабкому КМП, характеристики якого добре відтворюються. Це має суттєве значення для кращого розуміння біологічних, біохімічних та біофізичних процесів, які індуковані КМП. Для цього був розроблений новий метод екранування зовнішнього МП, який може бути використаний для подальшого вивчення дії КМП на біологічні об'єкти. Отримані дані дозволяють глибше просунутися в розумінні механізму ГТР. Вимірювання власних змінних МП, що генеруються рослинами в процесі росту, показали, що амплітуда випромінювання суттєво залежить від амплітуди шумового МП. Вимірювання викривлень власних МП зовнішніми предметами дозволили розробити методику, при якій таке викривлення мінімальне. Отримані результати можуть бути використані для розробки норм гранично припустимих значень КМП зовнішнього середовища.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом вивчені та узагальнені дані вітчизняної й закордонної літератури за темою дисертаційної роботи та проаналізовані експериментальні недоліки різних авторів. В усіх роботах, що були опубліковані в співавторстві, здобувач брала участь в вимірюваннях, обробці даних та написанні статей та тез доповідей В роботах [5-7, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 19, 21] внесок здобувача був вирішальним і полягав в виявлені негативної ГТР коренів крес-салату при частоти змінної складової МП, що дорівнює циклотронній частоті іонів Са²⁺, в постановці завдання подальших досліджень, в обговоренні та інтерпретації результатів. Нею була пропонована модель [9] впливу КМП на ГТР, яка побудована на факті знаходження коренів деякий час в дуже слабкому магнітному полі (нижче порога).

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертаційної роботи доповідалися на таких конференціях: 13^th Congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology (Hersonissos, Greece, 2002); 34^th, 35^th, 36^th, 37^th COSPAR Scientific Assemblies (Houston, USA, 2002; Paris, France, 2004; Beijing, China, 2006; Montrйal, Canada, 2008), Life in Space and life on Earth (International Conference of the European Space Agency), Anger, France. 2008; III, IV International Congress “Weak and Hyperweak Fields and Radiations in Biology and Medicine (Санкт-Петербург, 2003, 2006); «Космос та біосфера: космічна погода та біологічні процеси» (Партеніт, Крим, Україна, 2005, Судак, Крим, Україна, 2007), «Втілення фізичних методів дослідження в біології та медицині» (Київ, 2007), „Проблеми біологічної і медичної фізики” (Харків, 2004), конференція молодих вчених „Радіофізика та НВЧ електроніка”, „Біофізика” (Харків, 2004, 2005, 2006, 2007).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковані 11 статей у виданнях, які включені до переліку ВАК України, та 21 матеріал (тез) наукових конференцій.

Структура та обсяг роботи. Матеріали викладені на 169 сторінках друкованого тексту і включають вступ, огляд літератури, матеріали і методи досліджень, результати досліджень та їх обговорення, заключення, висновки, 38 ілюстрацій, 21 таблицю, а також список літератури, що містить 183 найменування літературних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали і методи досліджень

Рослинними об'єктами для дослідження були насіння крес-салату (дослідження ГТР) та пшениці. Насіння пророщувалось на пінопластових підложках з попередньо нанесеною кутовою сіткою. Причому, насіння було зорієнтоване так, що корені його росли вниз протягом 2-3 діб, потім підложку перегортали таким чином, що насіння опинялось орієнтованим горизонтально відносно Землі, або рівні корені довжиною від 4 до 7 мм розташовували на плоскій поверхні паралелепіпеду (підставці) так, щоб кінчики коренів довжиною 3 - 5 мм знаходились горизонтально і в повітрі. Потім підставку розташовували у вологій немагнітній камері. Камеру розміщували всередині соленоїду, розташованого або в пермалоєвому, або в НПМЕ. В дослідженнях вимірювався кут відхилення кореня від горизонтальної площини. Задля більш точного визначення кута відхилення використовували цифровий фотоапарат, отримані зображення обробляли на комп'ютері.

Всі вимірювання проводили в штучних слабких (порядку земного й менше) КМП (паралельних між собою та перпендикулярних поверхні Землі), що створені всередині феромагнітних або НПМЕ. Застосування цих екранів дозволило суттєво зменшити рівень магнітних шумів (тобто фактично зменшити індукцію змінних МП різних частот до рівня 5^.10^-11 Тл/Гц^0.5 - 10^-10Тл/Гц^0.5 для НПМЕ і до рівня 10^-9 Тл/Гц^0.5 - для феромагнітного екрану для всіх частот вище 0.3 Гц, крім вібраційних). Це дуже важливо, тому що поріг спостереженого ефекту лежить, певно, в діапазоні дуже малих значень магнітної індукції змінного МП. Вимірювання величин постійного, змінного та шумового МП проводились за допомогою ферозондового магнітометру. Магнітні поля були направлені вертикально відносно Землі.

Для світлової та електронної мікроскопії верхівки коренів довжиною 5 мм фіксувалися в 1% розчині глутаральдегіду та в 5% розчині формальдегіду (1:1) на какоділатний буфер (рН=7.2) після 30 та 60 хвилин, а також після 4 годин експозиції в гравістимулюючому КМП. Після цього зразки фіксувалися 1% розчином OsO₄. Для електронної мікроскопії використовувався 70% уранілацетат в етанолі. Зразки дегідратувалися послідовно етанолом та ацетоном та заливалися епоксидною смолою. Напівтонкі (1.7 - 1.9 мкм) та ультра тонкі (60 - 80 нм) ділянки були отримані за допомогою ультра мікротому M-XL (RMC). Напівтонкі ділянки підлягали періодичній реакції шиффового окислення та забарвлювалися толуїдиновим голубим після чого були досліджені на аксіоскопі Цейса за допомогою цифрового апарату. Ультра тонкі ділянки були забарвлені освінцованою оцтовою кислотою та досліджені за допомогою трансмісійного електронного мікроскопу JEM-1200EX (Jeol). Для конфокальної мікроскопії примірники були фіксовані у 3% параформальдегіді (рН=7.4) у 10 мМ PBS буфері, де гідратовані етанолом та залиті воском Стидмана. До ділянок мікротому додавали фалоїдин - FITC та досліджували їх за допомогою конфокального лазерного мікроскопу LSM 5 PASCAL.

Для реєстрації випромінювання, що генерується біооб'єктами, використовували НПМЕ з теплим робочим об'ємом. На протязі всього часу експерименту утримувалась температура об'єму з насінням 20 ^оС0.1 ^оС, остаточне заморожене МП в теплому об'ємі дорівнювало 7 нТл або 12 мкТл. Вимірювання проводились за допомогою ферозондового магнітометру на відстані 3 - 5 мм від насіння. Чутливість ферозондового магнітометру дорівнює 60 пТл, але може суттєво зменшуватись за рахунок власних шумів екрану. З метою запобігти негативному впливу зовнішніх шумів на відтворення експерименту були вивчені особливості власного магнітного шуму для НПМЕ із замороженим МП, власний шум пермалоєвого екрану, магнітні умови лабораторії. Була виділена низка частот, в яких проведення експерименту небажане. Всі вимірювання спектрів проведені за допомогою аналізатора спектрів.

Ця ж методика використовувалась і при реєстрації викривлення МП зовнішніми предметами. Статистичну обробку результатів проводили за методом Стьюдента-Фішера.

Результати досліджень та обговорення. Вплив КМП на ГТР коренів крес-салату

Отримані дані для кутів відхилення коренів крес-салату при значеннях магнітної індукції постійного поля мкТл, 20 нТл, і змінних МП різної частоти (, 25, 32, 37 Гц) з мкТл (температура зразків була 28 та 21 ^оС). Достовірна різниця спостерігається (за критерієм Стьюдента достовірність дорівнює 95%) лише між земним постійним МП і КМП (мкТл, мкТл, Гц, що формально відповідає циклотронній частоті для іонів Са²⁺ (для відповідного значення постійного МП). ГТР змінює знак на протилежний (корені відхиляються догори від земної поверхні) вже після 10 хвилин експозиції в КМП. Цей ефект спостерігається протягом 1 години. У наступний час (спостерігання велося до 7 годин) корінь в КМП росте паралельно земній поверхні. Проведені аналогічні експерименти на коренях крес-салату в області частот від 0.1 до 5.5 Гц, використовуючи як захист від зовнішніх електромагнітних випромінювань НПМЕ. Частота обмежена зверху 5.5 Гц, тому що в області частот 5.5 - 10 Гц лежить декілька вібраційних піків, що можуть негативно впливати на достовірність результатів. В цій області частот знайдено три частоти, для яких ГТР пригнічується: це частоти 1.2, 2.7 та 3.5 Гц. Вони відповідають циклотронним частотам гібберрелінів, ІОК (ауксин), АБК, причому поведінка коренів при знаходженні в полях з цими частотами різна. При частоті 2.7 Гц (АБК) ріст коренів значно пригнічується та ГТР взагалі не спостерігається. За умов опромінення частотою 3.5 - 3.9 Гц (ІОК) протягом перших 7 годин знак ГТР не змінюється, але при подальшому опроміненні вони починають випрямлятися, та до 24-ї години знаходження в КМП 95% коренів направлені паралельно Землі. Пригнічення або стимуляції росту коренів тут не помічено. При частоті 1.2 Гц (гібберреліни) спостерігається дуже широкий за частотою максимум.

Для вивчення ГТР від 5.5 до 10 Гц збільшували постійну складову МП вдвічі, при цьому циклотронні частоти всіх іонів також подвоюються. Потім вивчалася ГТР для частот 10 - 20 Гц, що відповідає вдвічі меншим частотам для постійної складової МП 40 мкТл. Така методика дозволяє виключити взаємодію вібраційних коливань зразка з електромагнітними коливаннями.

Один з найбільш важливих результатів - це явно резонансний характер спостереженого біологічного ефекту. Про це свідчіть форма кривих. Вони спостерігаються при одних й тих же значеннях частоти і добре відтворюються при одному й тому ж значенні КМП. Півширина цих ліній складає близько 0.2 Гц для низьких частот в області 5 Гц і близько 1 - 4 Гц в області частот 10 - 45 Гц (для різних ліній вона різна).

В області частот 5 - 10 Гц вимірювання проведені в КМП з магнітною індукцією 80 мкТл в 10 - 20 Гц, що відповідають області 5 - 10 Гц для мкТл, з метою виключення впливу механічних вібрацій. При Гц спостерігається пік, що відповідає циклотронній частоті одновалентної міді, і достатньо розмитий пік при Гц, поки що остаточно не ідентифікований нами, за своєю частотою він доволі близький до одновалентного срібла ( Гц). В КМП з мкТл ніяких піків на цих частотах не спостерігається.

Мікроскопічні дослідження: метод світлової, електронної та конфокальної мікроскопії

Світлова мікроскопія виявила різне розташування амілопластів в статоцитах гравістимульованих коренів під час контролю та при КМП з частотою змінної складової 32 Гц. Після 60 хвилин гравістимуляції всі амілопласти осідали на дистальній частині контрольної клітини колумели (рис.1(а)). Але в КМП вони були локалізовані біля однієї з продольних стінок, іноді один з усіх амілопластів торкався до стінки (рис. 1(b - d)). Після 30 хвилин гравістимуляції в КМП амілопласти ставали схильними до агрегації у напрямку до центру статоцитів, часто розсіюючись вдовж довгої осі клітин (рис. 2(а - с)). Після 4 годин гравістимуляції в КМП, коли корені росли більш-менш горизонтально, амілопласти намагалися згрупуватися біля проксимальної стінки та рідше в центрі статоцита (рис. 2(d - f)). Було виявлено, що амілопласти розташовуються ближче один до одного при 32 Гц КМП. За умов гравістимуляції в КМП ядра статоцитів не переміщувались, а залишались у проксимальній області. Розташування актинових мікрофіламентів навкруг ядра та амілопластів було ідентичним в статоцитах в контрольних та експериментальних клітинах колумели.

Таким чином, змінення ГТР коренів пов'язано зі зміною у розподілі амілопластів. Згідно з гіпотезою Немеца - Габерландта, амілопласти в гравічутливих клітинах осідають у напрямку гравітаційного вектору в дистальній частині клітини. Полярне розподілення органел керується та підтримується за допомогою цитоскелета. Доведено, що актинові філаменти залучені до ГТР за допомогою позиційного транспорту та седиментації статолітів. Седаментовані статоліти кореневого чохлику зв'язуються за допомогою динамічної сітки мікрофіламентів. На підставі теорії Холодного-Вента, можна стверджувати, що викривлення кореня є результатом полярного руху ІОК від кореневого чохлику до зони елонгації та його акумуляції на нижчий стороні гравістимульованого кореня. Вважають, що біоелектричні градієнти індукуються гравістимуляцієй від аксіальних органів та є результатом транспорту іонів Са²⁺ й Н⁺ крізь мембрану. Гравістимуляція викликає швидкий рух Са²⁺ до нижчої частини кореня й перерозподіл Са²⁺ в клітинних стінках зони здовження. Концентрація Са²⁺ в стінці низького росту вище, для ділянок прискореного росту вірне протилежне. Цей перерозподіл спостерігається в кореневих чохликах. Одночасне використання змінного МП з тією ж частотою могло викликати коливання Са²⁺ в системі й, відповідно, змінити швидкість обертання та/або напрямок потоку іонів Са²⁺ в біологічному об'єкті.

Вплив амплітуди постійної складової КМП на величину спостереженого ефекту. З метою перевірки ряду теорій впливу КМП на ГТР рослин дуже важливо було з'ясувати залежність спостереженого ефекту від амплітуди постійної складової КМП у відсутності змінної складової КМП. Контрольні зразки розташовували в штучно створеному всередині екрану постійному МП. Було доведено, що ГТР значно зменшується в малих постійних МП (менш 1 - 2 мкТл). максимальна ГТР спостерігається в області полів 2 - 40 мкТл.

Вплив амплітуди змінної складової КМП на ГТР коренів крес-салату в області значень амплітуди ЗмМП порядку індукції постійного МП. Згідно з теорією параметричного резонансу в біосистемах, значення біологічно ефективних частот змінної компоненти формально збігаються з циклотронною частотою даного типу іонів у вакуумі (Liboff A.R., 1995, Леднев В.В., 1996). Величина такого ефекту, індукованого КМП в режимі параметричного резонансу, тобто при частотах змінної складової МП, близьких до циклотронної, визначається за квадратом функції Бесселя 1-го порядку:

(1),

де - частота змінної складової КМП, - частота Лармора для відповідного іону в КМП (при повинен спостерігатися максимум ефекту), - півширина піку частотної залежності відповіді біологічного об'єкту на дію КМП, та при цьому константа швидкості дисоціації даного іону з центру зв'язування Са ²⁺, визначається як (Ледньов В.В., 1996). З формули (1) видно, що найбільша величина ефекту досягається при співвідношенні .

Аналіз отриманої кривої привів до наступного висновку: максимум біологічного ефекту розташований нижче передбаченого теорією параметричного резонансу (при ). Невелике зрушення, що спостерігається в експерименті, підпадає під стандартну помилку експерименту. Однак характер максимуму сильно відрізняється від квадрата функції Бесселя . З рис. 5. добре видно, що отримані криві мають резонансний характер і можуть бути апроксимовані скоріш за лоренціаном чи гауссіаном, ніж за квадратом функції Бесселя.

На експериментальній кривій існує 5 точок, що з імовірністю більш 95% відхиляються від теоретично передбаченої залежності. Спостережені результати можуть знайти більш просте пояснення. ГТР має поріг, що лежить в районі 2 - 4 мкТл. При модуляції постійного МП змінним, амплітуда якого може бути більше величини магнітної індукції постійного МП, сумарне МП проходить крізь 0 та змінює знак. При цьому корені частину періоду знаходяться в МП, величина якого нижче порогу, що може призводити до уповільнення ГТР. Вочевидь, що максимальним цей час буде при значенні амплітуди змінного МП , де - порогова індукція постійного МП. Якщо підставити значення , то отримаємо максимальний ефект для співвідношення , яке дорівнює 1.3 - 1.6, й добре узгоджується з експериментом. Крім того, початок ефекту буде спостерігатися при , тобто при значеннях відношення , що дорівнює 0.4 - 0.7, що також добре співпадає з експериментом.

Вплив амплітуди змінної складової КМП на ГТР коренів крес-салату в області малих значень амплітуди змінного МП ( на рівні піко та нанотеслового діапазону). Отримані результати приведені на рис.6. Тут є величиною гіромагнітного відношення для магнітного моменту, що розглядається У нашому випадку значення Гц/мкТл та відповідає спінові ядра атому водню. З рис. 6. добре видно, що максимальне відхилення ГТР від нормальної спостерігається при значеннях , , , , що добре співпадає з теоретичними передбаченнями (Білова та ін., 2006).

З рис.6 добре видно, що, хоча положення максимумів дуже добре збігається з теоретично передбаченими, амплітуди 1-го та 3-го максимумів значно нижче ніж передбачена. Оскільки в нашому випадку є гіромагнітним співвідношенням спіну ядра атома водню, то можна бути упевненим, що іони атому водню також беруть безпосередню участь в ГТР крес-салату.

Дослідження генерації ЕМВ з рослин, що пророщуються

Початкові експерименти з генерацією ЕМВ зернами, що пророщуються, були зроблені на насінні пшениці, тому що об'єм зерна крес-салату в 1000 разів менше, ніж об'єм зерна пшениці, відповідно в стільки ж разів буде менше потужність випромінювання. З насінням крес-салату проведені експерименти на ансамблі з 25 паралельно орієнтованих зерен. Всі вимірювання проводилися в середині магнітних екранів. Для вимірювання шумів власного магнітного полю сухі зерна пшениці розмішували послідовно в НПМЕ із замороженим МП 7 нТл і 12 мкТл, отримали відповідно криві а₁ і b₁ (рис. 7). Одночасно вимірювали МП коло зерен, відводячи магнітометр на відстань 10 мм від них, а потім наближаючи його на відстань 3 - 5 мм. Його магнітна індукція менш 0.10 нТл як у першому випадку нТл, так і в другому випадку при мкТл. При розташуванні сухих зерен в тришаровий пермалоєвий екран з МП 20 нТл та штучним МП 20 мкТл змін у кривих с та d (без зерен, рис. 7) взагалі не було виявлено. Отримані значення магнітної індукції вказують на те, що власний магнітний момент зерна Aм². Для порівняння серця людини складає ~510^-7 Ам², мозку - 210^-8 Ам².

Оцінки власного МП зерна в роботах (Богатіна та ін., 1996; Богатіна Н.І., 1986) були зроблені для зерен, що пророщуються у воді, тому й тут ми провели експерименти на вологих зернах за описаною віще схемою (відповідні криві а₂, b₂, c₂ та d₂ на рис. 7). Підсумуємо основні отримані результати: МП сухого зерна пшениці на відстані 3 - 5 мм від неї менш 0.1 нТл, як в МП знТл, так і в МП мкТл; МП вологого зерна пшениці на відстані 3 - 5 мм від неї менш 5 нТл в магнітному полі з індукцією нТл, нТл та мкТл (надпровідний екран), причому амплітуда спектральної щільності магнітного шуму як в області білого, так і в області шуму є арифметичною сумою власного шуму екрану і власного шуму вологого зерна. Крива амплітуди спектральної щільності магнітного шуму вологого насіння в штучно створеному МП з індукцією мкТл (пермалоєвий екран) лише в області частот Гц є арифметичною сумою амплітуд спектральних щільності шуму штучно створеного МП і вологого зерна. При частотах Гц амплітуда спектральної щільності шуму МП вологого зерна, розміщеного в штучно створеному МП з магнітною індукцією мкТл, значно перевищує арифметичну суму амплітуд спектральної щільності шуму вологого зерна в остаточним МП пермалоєвого екрану і щільності шуму штучно створеного МП. Вона суттєво (на 1 - 2 порядки) вище, причому має дві особливості типу телеграфного шуму при та Гц; місцеположення максимумів лінійно залежать від магнітної індукції постійного МП.

Таким чином, власне МП сухого зерна пшениці менш 0.1 нТл на відстані 3 -5 мм від неї власне МП вологого зерна пшениці менш 5 нТл на відстані 3 -5 мм від неї. Вологе зерно пшениці генерує однакове за величиною змінне шумове МП як в постійному МП з індукцією нТл, 20 нТл, так і в постійному МП з індукцією мкТл, якщо власні шуми цих полів не перевищують 1 нТл/Гц^0.5. Власне МП зерна крес-салату, що росте, складає ~ 3^.10^-11Тл на відстані 3 - 5 мм від нього, власний магнітний шум дорівнює 10^-11 Тл/ Гц^0.5. МП з магнітною індукцією мкТл та рівнем шумів 4 нТл/Гц^0.5індукує різке збільшення власних магнітних шумів, що генеруються вологим зерном в області низьких частот (до 3 - 100 разів). Формально використовуючи циклотронні частоти іонів, вдалося співвіднести цілу низку максимумів із певними біологічно активними молекулами. Цими молекулами виявилися молекули кальцію, калію, ІОК, АБК та гібберреліни.

Рівень магнітних шумів за земними умовами (також поза містом) саме такий, який був створений нами в штучному МП тришарового пермалоєвого екрану. З отриманих результатів витікає, що біооб'єкт взаємодіє із магнітними шумами. При перевищенні зовнішніми шумами деякого порогу об'єкти можуть самі вибирати з шуму ту частоту, яка викликає резонансне випромінювання зернами на деяких частотах.

Викривлення власного ЕМВ біооб'єктів зовнішнім середовищем. Ця частина роботи присвячена розрахункам змінення власного ЕМП, що супроводжує кожний біооб'єкт, зовнішніми предметами (не біологічними), зробленими з різноманітних матеріалів, з відмінною формою та симетрією при різної відстані до них. Розглядались металеві, діелектричні предмети, магнетики та надпровідники. Показано, що у всіх випадках при розміщенні біооб'єкту поблизу даного матеріалу викривлення власного ЕМП може досягати його власної величини. Результати розрахунків порівнювалися як з нашими результатами, так і з результатами, що отримані іншими авторами.

Отримані задовільні збіги. Показано, що у випадку циліндру (модель екрану) біооб'єкт повинен розташовуватися на його осі симетрії. При такому розташуванні викривлення мінімальне.

У більшості випадків будь-яке оточення біооб'єкту викривляє його власне постійне ЕП та МП та його змінне ЕМП,при цьому об'єкт взаємодіє із оточенням. Таким чином, будь-який біооб'єкт не є замкнутим, а суттєво реагує на своє безпосереднє оточення. Намагаючись позбавитися зовнішніх постійних ЕП, МП та змінних ЕМП, ми оточуємо біооб'єкт різними матеріалами. Необхідно враховувати, що таке оточення може вносити свої ефекти. Щоб уникнути цих ефектів, по-перше, екран повинен мати вісь симетрії, по-друге, його розміри повинні бути набагато більші за розміри біооб'єкту, по-третє, зразок потрібно розташовувати точно на осі симетрії.

ВИСНОВКИ

Експериментальні задачі, що були поставлені відповідно до мети, були вирішені. Таким чином, були зроблені наступні висновки.

1. Для отримання добре відтворюваних результатів було розроблено кілька оригінальних методик проведення експериментів в КМП з використанням екрануючої та надпровідної техніки. Використовувалась методика дослідження біооб'єктів малих розмірів в КМП із заданими характеристиками (постійна складова МП могла змінюватися у межах 0.02 до 200 мкТл, а змінна складова - від 500 пТл до 35 мкТл). При цьому фіксували всі змінення МП та його шумів. Були розроблені методика реєстрації шумового та постійного МП, що генерується біооб'єктом, та методика реєстрації викривлень МП біооб'єктів поблизу предметів з різних матеріалів.

2. Вперше показано, що КМП суттєво змінює характер ГТР коренів крес-салату. При цьому була виявлена зміна знаку КМП, змінна складова якого настроєна на циклотронну частоту іонів Ca²⁺. Були докладно вивчені амплітудно-частотні залежності ефекту впливу КМП на ГТР. Цей вплив має резонансний характер. Зміни ГТР спостерігаються у вузькій області поблизу резонансних частот, відповідно циклотронним частотам іонів кальцію, ІОК, АБК, Н. Доведено, що перелічені вище іони відповідають за ГТР.

3. Вперше виміряні власні МП поблизу рослин, що проростають. Власне МП сухого зерна пшениці менш 0.1 нТл на відстані 3 -5 мм від нього. Власне МП вологого зерна пшениці менш 5 нТл на відстані 3 - 5 мм від нього. Власне МП зерна крес-салату, що росте, дорівнює ~3^.10^-11 Тл на відстані 3 - 5 мм від нього, власний магнітний шум складає ~10^-11 Тл/ Гц^0.5.

4. Вперше виміряні шумові МП, що генеруються рослинами. Вологе зерно пшениці генерує однакове за величиною змінне шумове МП як у постійному МП з індукцією нТл, 20 нТл, 12мкТл, якщо власні шуми цих полів не перевищують 1нТл/Гц^0.5. Виявлено, що МП з індукцією мкТл та рівнем шумів 4 нТл/Гц^0.5 індукує різке збільшення власних магнітних шумів, що генеруються вологим зерном в області низьких частот (до 3 - 100 разів). Поле, що генерується, має кілька частотних максимумів.

5. Отримані спектри випромінювання добре збігаються зі спектрами поглинання. Цілу низку максимумів вдалося порівняти з визначеними біологічно активними молекулами, формально використовуючи циклотронні частоти іонів. Ними виявилися молекули кальцію, калію, водню, ІОК, АБК та гібберреліни.

6. Вперше було виявлено, що будь-яке оточення біооб'єкту викривляє його власне постійне ЕП та МП та його змінне ЕМП, при цьому об'єкт взаємодіє із оточенням.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

магнітне поле гравітропічна реакція низькочастотний

1. Богатина Н.И. Собственное магнитное поле зерновок пшеницы и генерируемые ими магнитные шумы / Н.И. Богатина, Н.В. Шейкина // Біофізичний Вісник.- 2001.- №525.- № 1(8).-С.101 - 107.

2. Богатина Н.И.Магнитные шумы, генерируемые прорастающими зерновками пшеницы / Н.И. Богатина, Н.В. Шейкина // Доповіді НАН України. - 2001. - №8. - С. 138 - 141.

3. Гравитропическая реакция растений в комбинированном (постоянном и переменном) магнитном поле / Н.И. Богатина, Н.В. Шейкина, Е.Л. Кордюм, В.А. Карачевцев // Доповіді НАН України. - 2002. - №4. -С. 176 - 179.

4. Влияние комбинированного магнитного поля на гравитропическую реакцию растений и спектр электромагнитного излучения, генерируемого ими в процессе роста // Избранные труды 111 Международного Конгресса „Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине”: статьи / Н.И. Богатина, Н.В. Шейкина, В.А.Карачевцев, Е.Л. Кордюм. - Санкт-Петербург, 2003. - С. 19 - 21.

5. Шейкина Н.В. Искажение собственного электромагнитного поля биологических объектов окружающей средой / Н.В. Шейкина, Н.И. Богатина // Біофізичний Вісник (Вісник Харківського университету). - 2005. - №716 - № 2 (16). - С. 57 - 64.

6. A weak combined magnetic field changes root gravitropism / E.L. Kordyum, N.I. Bogatina, Ya. M. Kalinina, N.V. Sheykina // Advances in Space Research. - 2005. -V. 36, №7. - Р. 1229 - 1236.

7. Шейкина Н.В. Влияние комбинированного магнитного поля на гравитропическую реакцию растений и спектр электромагнитного излучения, генерируемого ими. / Н.В. Шейкина, Н.И. Богатина, Е.Л. Кордюм // Радиофизика и электроника. - 2005. - Т.10, №2. - С.331 - 335.

8. Богатина Н.И. Изменения гравитропической реакции, вызванные постоянным магнитным полем. / Н.И. Богатина, Н.В. Шейкина, Е.Л. Кордюм //Біофізичний вісник.-2006. - №17(1). - С.78- 82.

9. Шейкина Н.В.Зависимость гравитропической реакции кресс-салата от амплитуды переменной составляющей комбинированного магнитного поля / Н.В. Шейкина, Н.И. Богатина, Е.Л. Кордюм // Біофізичний Вісник (Вісник Харківського университету). - 2007 - №18(1) - С. 78 - 90.

10. Шейкіна Н.В. Іони кальцію як первинна мішень впливу комбінованого магнітного поля на біологічні об'єкти / Н.В. Шейкіна, В.А. Бондаренко, Н.І Богатіна // Медична хімія. - 2008. - Т. 10, №1. - С. 5 - 9.

11. Шейкина Н.В. Влияние внешних магнитных шумов на гравитропическую реакцию растений и на амплитуду и спектр генерируемого ими в процессе роста магнитного шума / Н.В.Шейкина, В.А. Бондаренко, Н.И. Богатина // Біофізичний Вісник - 2008. - № 20(1). - С. 96 - 102.

12. Kordyum E.L. Weak combined magnetic fields affect a root gravitropic reaction / E.L. Kordyum, N.I. Bogatina, N.V. Sheykina// 13th Congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology: intern. conf., 2 - 6 September, 2002 y.:- Hersonissos, Heraklion, Crete, Greece, 2002. - P. 340.

13. N. Bogatina Magnetic Noises Generated by Plants in Microgravity, Effect of External Magnetic Field [ Електронний ресурс] / N. Bogatina, N. Sheykina, E. Kordyum // 34 COSPAR Scientific Assembly: intern. conf., 10-19 October, 2002 y.: - 2002. - Houston, USA, 2002. - F.4.4-0014-02. - Режим доступу до тез:

http://www.cosis.net/abstracts/COSPAR02/00518/COSPAR02-A-00518.pdf

14. N. Bogatina Gravitropic reaction of cress in combined magnetic fields [ Електронний ресурс] / N. Bogatina, N. Sheykina, E. Kordyum // 34 COSPAR Scientific Assembly: intern. conf., 10 - 19 October, 2002 y.: - 2002. - Houston, USA, 2002. -F4.4.-0013-02. Режим доступу до тез:

http://www.cosis.net/abstracts/COSPAR02/00474/COSPAR02-A-00474.pdf

15. Effect of combined magnetic fields on gravitropic reaction of plants and on electromagnetic radiation spectrum generated by plants during its growth / N.I. Bogatina, N.V. Sheykina, V.A. Karachevtsev, E.L. Korduym.// Weak and hyperweak fields and radiations in biology and medicine: 3 International congress, 30.June-3July, 2003 y.:- Sankt-Peterburg, Russia, 2003. - P. 53.

16. A weak combined magnetic field changes root gravitropism [ Електронний ресурс] / E.L. Kordyum, N.I. Bogatina, Ya.M. Kalinina Ya.M., N.V. Sheykina // 35 COSPAR Scientific Assembly: intern. conf., 19 - 23 July, 2004 y.: - 2004. - Paris, France, 2004. -F1.1-0021-04. Режим доступу до тез:

http://www.cosis.net/abstracts/COSPAR04/00349/COSPAR04-A-00349.pdf

17. Bogatina N.I. Resonance dependence of cress roots gravitropic reaction in weak combined magnetic fields [ Електронний ресурс] / N.I. Bogatina, N.V. Sheykina, E.L. Kordyum // 35 COSPAR Scientific Assembly: intern. conf., 19 - 23 July, 2004 y.: - 2004. - Paris, France, 2004.-F1.1-0037-04. Режим доступу до тез:

http://www.cosis.net/abstracts/COSPAR04/00349/COSPAR04-A-00349.pdf

18 Resonance dependence of gravitropic reaction of cress roots and cells ultra structure on combined magnetic field / N.I. Bogatina, E.L. Kordyum, N.V. Sheykina, V.A. Karachevtsev // Проблеми біологічної і медичної фізики: Й Українська наукова конференція, 20-22 вересня, 2004 р.:- Харків, Україна, 2004. : - Тези доповіді - С.169.

19. Шейкина Н.В. Влияние комбинированного магнитного поля на гравитропическую реакцию растений и спектр электромагнитного излучения, генерируемого ими в процессе роста / Н.В. Шейкина, Н.И. Богатина, Е.Л Кордюм Е.Л.// Радиофизика и СВЧ электроника (секция «Биофизика»): ЙV Харьковская конференция молодых ученых, 15 - 17 декабря, 2004 г.: - Харьков, Украина, 2004. : - Тезисы докладов - С. 38-39.

20. Богатина Н.И. Изменение гравитропической реакции корней кресс-салата, распределения амилопластов в клетках и скорости синтеза белков под действием комбинированного магнитного поля / Н.И. Богатина, Н.В.Шейкина, Е.Л Кордюм.// КОСМОС И БИОСФЕРА: VI Международная крымская конференция, 26 сентября - 1 октября, 2005 г.: - Партенит, Крым., Украина, 2005.: - Тезисы докладов - С. 105 - 106.

21. Шейкина Н.В. Зависимость магнитного и электрического поля, генерируемого биологическим объектом от физических свойств материалов, окружающих его / Н.В Шейкина, Н.И. Богатина // Радіофізика та НВЧ електроніка (секція «Біофізика»): V Харківська конференція молодих науковців, 14 - 16 грудня, 2005 р.: - Харків, Україна, 2005. : - тези доповіді - С. 54.

22. Шейкина Н.В. Искажение собственного электромагнитного поля биологических объектов окружающей средой. Природа биолокации / Н.В. Шейкина, Н.И. Богатина // Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине: IV международный конгресс, 3-7 июля, 2006 г.:- Санкт-Петербург, Россия, 2006. - С. 91.

23. Богатина Н.И. Изменения гравитропической реакции, вызванные действием постоянного и комбинированного магнитного поля / Н.И. Богатина, Н.В. Шейкина, Е.Л Кордюм Е.Л.// Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине: IV международный конгресс, 3-7 июля, 2006 г.:- Санкт-Петербург, Россия, 2006. - С. 100.

24. Bogatina N. Gravitropic Reaction Changes Caused by the Static Magnetic Field [ Електронний ресурс] / N.. Bogatina, N.. Sheykina, E.. Kordyum // 36 COSPAR Scientific Assembly: intern. conf.: 16 - 23 July, 2006 y.: - 2006. - Beijing, China, 2006. - F1.1-0021-06. Режим доступу до тез:

http://211.68.23.76/webmedia/jingpin/cospar/cd/data/COSPAR2006-A-00769.html

25. Sheykina N. Distortion of the Initial Biological Object Electromagnetic Field by External Surrounding [ Електронний ресурс] / N. Sheykina, N. Bogatina // 36 COSPAR Scientific Assembly: intern. conf.,: 16 - 23 July, 2006 y.: - 2006. - Beijing, China, 2006. - F1.1-0022-06. Режим доступу до тез:

http://211.68.23.76/webmedia/jingpin/cospar/cd/data/COSPAR2006-A-00778.html

26. Богатина Н.И. Изменения гравитропической реакции, вызванные постоянным магнитным полем / Н.И. Богатина, Н.В Шейкина, Е.Л. Кордюм // Радіофізика та електроніка (секція «Біофізика»): V1 Харківська конференція молодих науковців, 13 - 14 грудня, 2006 р.: - Харків, Україна, 2006. : - Тези доповіді - С. 44.

27. Шейкина Н.В. Влияние внешних магнитных шумов на амплитуду и спектр шума, генерируемого биологическим объектом в процессе его роста / Н.В. Шейкина, Н.И. Богатина // Актуальные проблемы биофизической медицины: V Международный симпозиум, 17-19 мая 2007 г.: - Киев, Украина, 2007.: - Тезисы докладов - С. 209-210.

28. Шейкина Н.В. Влияние внешних магнитных шумов на гравитропическую реакцию растений и на амплитуду и спектр генерируемого ими в процессе роста магнитного шума / Н.В. Шейкина, Н.И. Богатина // КОСМОС И БИОСФЕРА: VI1 Международная крымская конференция, 1-6 октября, 2007 г.: - Судак, Крым, Украина, 2007.: - Тезисы докладов - С. 135-136.

29. Шейкина Н.В. Влияние комбинированного магнитного поля на регенерацию различных биологических объектов после шока, вызванного переохлаждением / Н.В. Шейкина, В.А. Бондаренко, Н.И. Богатина // Радіофізика та електроніка «Біофізика»: V11 Харківська конференція молодих науковців, 12 - 14 грудня, 2007 р.: - Харків, Україна, 2007. : - Тези доповіді - С. 49/145.

30. Шейкина Н.В. Влияние внешних магнитных шумов на амплитуду и спектр генерируемого растениями в процессе их роста магнитного поля и на гравитропическую реакцию корней растений / Н.В. Шейкина, Н.И. Богатина, В.А. Бондаренко // Радіофізика та електроніка (секція «Біофізика»): V11 Харківська конференція молодих науковців, 12 - 14 грудня, 2007 р.: - Харків, Україна, 2007. : - Тези доповіді - С. 52/145.

31. Sheykina N. The Influence of Combined Magnetic Field Noise on the Gravitropic Reaction of Cress and Pea Roots [ Електронний ресурс] / N. Sheykina, N. Bogatina, E Kordyum // Life in Space for Life on Earth: International conference of European Space Association, 23-28 June, 2008 y.: - Anger, France, 2008. Режим доступу до тез:

http://www.congrex.nl/08a09/Sessions/24-06%20Session%202a.htm

32. Bogatina N. Magnetic Field Noise Changes Effect of Combined Magnetic Field on Gravitropic Reaction of Cress Roots [ Електронний ресурс] / N. Bogatina, E Kordyum, N. Sheykina //37 COSPAR Scientific Assembly (F. - Life sciences as related to space): intern. conf.,: 12 - 20 July, 2008 y.: - 2008. - Montreal, Canada, 2008. - Montreal, Canada, F11-0037-08. Режим доступу до тез: http://adsabs.harvard.edu/abs/2008cosp...37..337B

АНОТАЦІЯ

Шейкіна Надія Валеріївна: „Амплітудно-частотні залежності дії комбінованих магнітних полів на гравітропічну реакцію та випромінювання рослин”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 - біофізика. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ. 2009.

Дисертація присвячена вивченню впливу КМП на біообєкти, генерації ЕМП біооб'єктами, а також взаємодії цих явищ. Дані явища вивчались в добре відтворених магнітних умовах в штучно створених КМП, що досягалося за допомогою високоточної техніки екранування, в тому числі, надпровідної. ЕМП, що генерується біооб'єктами, реєструвалося за допомогою ферозондового та СКВІД магнітометрів. Біологічним процесом, за яким вивчався вплив КМП, була ГТР коренів крес-салату.

Під час роботи було виявлено, що біологічний ефект залежить від змінної складової КМП. Встановлено, що діючі частоти формально збігаються із циклотронними частотами Са²⁺, ИУК^-, АБК^-, К⁺, Fe³⁺, Cu⁺, H⁺. Крім того, циклотронні частоти ИУК^- та АБК^- збігаються з максимумами ЕМП, що генерується біооб'єктами. Отримані дані дають можливість передбачити, що ці іони беруть участь в процесі ГТР, що підтверджується результатами світлової мікроскопії. Виявлений поріг впливу постійного МП на ГТР. Докладне вивчення залежності величини біоефекту від співвідношення дозволило зробити висновок, що основний механізм дії за умовою більшої величини співвідношення зв'язаний зі знаходженням біооб'єкту в підпороговому МП довгий час. Було проведене вимірювання власного МП об'єкту й показано, що воно може суттєво викривлятися зовнішніми предметами. Проведені розрахунки таких викривлень для металу, діелектрика, магнетика та надпровідника. Розрахункові значення добре збігаються з виміряними.

Ключові слова: комбіноване магнітне поле, гравітропічна реакція біооб'єкту, корінь, циклотронна частота, випромінювання, власне електромагнітне поле біооб'єкту, викривлення, біооб'єкт, екранування, магнітометр.

АННОТАЦИЯ

Шейкина Надежда Валерьевна: «Амплитудно-частотные зависимости действия комбинированных магнитных полей на гравитропическую реакцию и излучение растений» - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.02 - биофизика. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2009.

Диссертация посвящена изучению влияния КМП (постоянное МП и коллинеарное ему переменное МП) на биообъекты, генерации ЭМП биообъектами, а также взаимосвязи этих явлений.

Для получения хорошо воспроизводимых результатов было разработано несколько оригинальных методик проведения экспериментов в КМП с использованием экранирующей и сверхпроводящей техники. Использовалась методика исследования биообъектов малых размеров в КМП с заданными характеристиками (постоянная составляющая МП могла изменяться в пределах от 0.02 до 200 мкТл, а переменная - от 500 пТл до 35 мкТл). При этом фиксировали все изменения МП и его шумов. Была разработана методика регистрации шумового и постоянного МП, генерируемого биообъектом, и методика регистрации искажений МП биообъектов вблизи предметов из различных материалов с помощью феррозондового и СКВИД магнитометров. Биологическим процессом, на котором исследовалось влияние КМП, была ГТР корней кресс-салата. Генерация ЭМП биообъектами изучалась на проростках пшеницы и кресс-салата.

Было показано, что КМП существенно изменяет характер гравитропической реакции корней кресс-салата. При этом было обнаружено даже изменение знака ГТР для КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту ионов кальция. Были подробно исследованы амплитудно-частотные зависимости влияния КМП на ГТР. Это воздействие носит резонансный характер. Изменения ГТР наблюдаются в узкой области вблизи резонансных частот, соответствующих циклотронным частотам ионов кальция, калия, ИУК, АБК, Н. Доказано, что выше перечисленные ионы ответственны за ГТР. Наблюдаемые эффекты связаны, по-видимому, с воздействием КМП на степень связывания различных ионов в изучаемом объекте.

Впервые измерены собственные МП вблизи прорастающих растений. Собственное магнитное поле сухой зерновки пшеницы менее 0,1 нТл на расстоянии 3 - 5 мм от нее. Собственное магнитное поле влажной зерновки пшеницы менее 5 нТл на расстоянии 3 - 5 мм от нее. Собственное магнитное поле семени кресс-салата (растущего) порядка 3^.10^-11 Тл на расстоянии 3 - 5 мм от него, собственный магнитный шум 10^-11 Тл/ Гц^0.5.

Измерены также шумовые МП, генерируемые растениями. Влажная зерновка пшеницы генерирует одинаковое по величине переменное шумовое магнитное поле как в постоянном магнитном поле с индукцией нТл, 20 нТл, так и в постоянном магнитном поле с индукцией мкТл, если собственные шумы этих полей не превышают 1 нТл/Гц^0.5.

Обнаружено, что магнитное поле с магнитной индукцией мкТл и уровнем шумов 4 нТл/Гц^0.5индуцирует резкое увеличение собственных магнитных шумов, генерируемых влажной зерновкой в области низких частот (до 3 - 100 раз). Генерируемое поле имеет несколько частотных максимумов.

Полученные спектры излучения хорошо совпадают со спектрами поглощения. Целый ряд максимумов удалось соотнести с определенными биологически активными молекулами, формально используя циклотронные частоты ионов. Этими молекулами оказались молекулы кальция, калия, водорода, ИУК, АБК и гибберрелины.

Было обнаружено, что любое окружение биообъекта искажает его собственное постоянное ЭП и МП и его переменное ЭМП, при этом объект взаимодействует с окружением (в большинстве случаев притягивается к границе раздела разных сред). Так как уровень чувствительности многих организмов к постоянному МП лежит на уровне Тл, к постоянному ЭП - на уровне В/м и к переменному ЭМП Тл, то вполне возможно, что этим и объясняется биолокационный эффект.