Наука гелиобиология

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наука гелиобиология

солнце радиоизлучение гелиобиология физика

Гелиобиология (от гелио... и биология) раздел биофизики, изучающий влияние изменений активности Солнца на земные организмы. Основоположник - советский физик А. Л. Чижевский (его первая работа в этой области вышла в 1915), однако на связь между колебаниями активности Солнца и многими проявлениями жизнедеятельности у обитателей Земли указывали до него шведский ученый С. Аррениус и др. Колебания солнечной активности, сопровождающиеся периодическим увеличением количества пятен и хромосферными вспышками (цикл в среднем 11 лет), ведут к изменению интенсивности рентгеновского, ультрафиолетового и радиоизлучения Солнца, а также испускаемых им потоков корпускулярных частиц. Циклические колебания солнечного излучения отражаются на жизнедеятельности земных организмов. Так, установлено влияние изменений солнечной активности на рост зерновых, размножение и миграцию насекомых, рыб и др. животных, на возникновение и обострение ряда заболеваний у человека и животных. Крупные исследования выполнены советскими учеными. А. Л. Чижевский установил связь возникновения эпидемий и эпизоотий, обострений нервных и психических заболеваний и ряда других биологических явлений с изменениями солнечной активности. Энтомолог Н. С. Щербиновский наблюдал, что периодичность налетов саранчи соответствует ритму Солнца (т. е повторяется каждые 11 лет). Гематолог Н. А. Шульц установил влияние перепадов активности Солнца на число лейкоцитов в крови человека и относительный лимфоцитоз. Итальянский физик - химик Дж. Пиккарди обнаружил влияние различных факторов, и в частности изменений активности Солнца, на состояние коллоидных растворов. Японский гематолог М. Таката разработал пробу на осаждение белков крови, чувствительную к изменениям активности Солнца. Врач М. Фор (Франция) и другие показали, что учащение внезапных смертей и обострений хронических заболеваний связано с повышением солнечной активности ; Фор организовал первую в мире " медицинскую службу Солнца ". Исследования по гелиобиологии включают: 1) изучение корреляции изменений определенного биологического показателя (по статистическим данным) с колебаниями активности Солнца; 2) испытания на различных биологических объектах действия условий, моделирующих отдельные факторы солнечной активности. Развитие второго направления только начинается - первая лаборатория по гелиобиологии организована в СССР в 1968 (Иркутск). Гелиобиология тесно связана с другими отраслями биологии, с медициной, космической биологией, астрономией и физикой. Основные задачи стоящие перед гелиобиологией - выяснить, какие факторы активности солнца влияют на живые организмы и каковы характер и механизм этих влияний. Прогнозы резких колебаний солнечной активности (в частности, хромосферных вспышек) должны будут учитывается не только в космической биологии и медицине, но и в практике здравоохранения, в сельском хозяйстве и других отраслях науки и народного хозяйства.

Этапы развития

Этап 1. Работы А. л.Чижевского - зарождение и становление гелиобиологии. Изложение базовой парадигмы о всеобщем влиянии внутренних солнечных процессов и ритмики Солнца на амплитудно - временную организацию всех уровней биосферы и общества. Объект исследования : человеческая популяция в целом, усредненная за большой период времени, когда изучаемые временные промежутки (века, десятилетия) и базовые временные единицы (годы временного цикла) много больше характерных переходных процессов на Солнце и в различных оболочках Земли (длительность таких процессов - от минут до нескольких суток). Методика исследования: математический анализ статистических медицинских, исторических и экономических рядов данных, полученных в различных точках Земли и сопоставление их с единственно объективно доступным на тот момент показателем солнечной активности - числами Вольфа.

Этап - 2. 1957 год. Начало освоения человечеством космоса и получение объективной информации о строении космического пространства между Солнцем и Землей, обмене энергией и потоками частиц, а также структуре магнитосферы Земли. Только эти экспериментальные данные о существовании и внутренней природе не только волнового излучения Солнца, но и мощного корпускулярного, позволили всерьез говорить о поиске механизмов воздействия солнечной активности и космической погоды на биосферу и общество. Важным для физики солнечно - земных связей следствием космических полетов явилось введение новых геофизических индексов и получение объективной информации о периодике Солнца и оболочек земли во всем временном диапазоне и частотном спектре. Разработка методов прогноза магнитных бурь. Одновременно выяснилось, что при применении методов линейной корреляции или кросс - корреляции к поиску закономерностей солнечно - земных биологических связей на базе медицинской статистики во временной области сутки и часы (т.е. когда характерные времена внешнего воздействия совпадают с характерными временами переходных адаптационных процессов изучаемых биологических объектов) приводит к непроизводимости результатов ; в этой временной области достоверность корреляционных статических результатов падает до уровня шумов.

Этап -3. 70 - е годы 20 века и далее... Возникновение доступных технологий исследования клеточного уровня организации биосистем, взрывное развитие биофизики клетки. Появление многочисленных работо скореллированном изменении параметров крови и сердечной ритмики, гормональных ритмов человека, жизнедеятельности колоний различных бактерий и т. п. с резкими вариациями магнитного поля Земли и космических лучей. Интересно отметить, что для многих биофизиков существование таких корреляций выявилось ненамеренно, а в качестве побочного эффекта, мешающего проводить плановые тонкие мониторинговые исследования. Т. о. произошло изменение масштаба объекта исследования от человечества в целом к уровню клетки (от 10 6 м до 10 - 6 м), при этом характерные времена переходных процессов объекта исследования стали много меньше характерных времен воздействия и текущих флуктуаций внешней среды, и восстановилась достоверность и воспроизводимость гелиобиологических результатов. Область << средних времен >>, т. е. область изучения воздействия слабых внешних полей на закономерности функционирования отдельного конкретного человека в целом (линейные размеры порядка 100 м и частотная полоса 0,0001 - 10 Гц), плохо поддающаяся методам гелиобиологии из - за выраженной резонансной динамики переходных процессов и отсутствия воспроизводимых линейных корреляционных связей, фактически отошла к сформировавшимся в это время адаптологии человека и хронобиологии, а также к реанимационной клинической медицине и психологии. В связи с этим к концу 90 - х годов 20 века сначала в физической, а потом и в медицинской научной среде возникает понимание, что в биомедицинских экспериментах среднее по времени принципиально не равно среднему по пространству (т. е. результат одномоментного измерения 100 человек априори не будет равным результату измерения 1 человека в течении 100 дней). Резко возрастает роль мониторинговых экспериментов.

Этап - 4. С конца 90 - х годов 20 века. Возникновение и широкое распространение новых телекоммуникационных компьютерных технологий. Развитие синергетики, как новой методологии универсального научного познания. Современный этап развития гелиобиологии включает в себя комплексное сочетание как работ, выполненных в традиционной технике и методологии всех предыдущих этапов, так новаторских работ, закладывающих основы новой парадигмы восприятия биологических систем через применение к их изучению достижений и математического аппарата синергетики. Сложные биологические системы воспринимаются уже не как системы, находящиеся в состоянии сохранения устойчивого равновесия (гомеостаза) с выраженными причинно - следственными связями и преимущественно линейными закономерностями отклика на воздействие внешних факторов, а как нелинейные динамические системы, осуществляющие процессы самоорганизации в неустойчивом динамическом равновесии потоков массы, энергии и информации вблизи состояний фазовых переходов. Понятия поменялись местами в смысле удельного заполнения пространства реализуемых событий. Если во времена А. Л. Чижевского и практически до конца 20 века считалось, что природа полна детерминированности и линейных и причинно - следственных связей, и ее основная задача - нахождение и сохранение оптимальных устойчивых состояний, то в настоящее время линейная детерминированность и устойчивость кажутся маленьким островком в море неустойчивости и самоорганизованого хаоса природных явлений. Для жизни устойчивость есть аналог смерти, и только непрерывное падение из одного неустойчивого состояния в другое позволяет живым организмам адекватно приспосабливаться к непрерывно меняющимся внешним условиям. Таким образом, одним из основных направлений развития гелиобиологии на ближайшие десятилетия будет являться построение синергетических моделей сложных биологических систем, а также переосмысление процессов влияния космофизических факторов на биосферу в рамках концепции динамической теории информации и самоорганизации хаоса.

Размещено на Allbest.ru