Формирование космической погоды и ее проникновение в среду обитания Космическая погода в жизни клетки
|
|
Скачать 145.67 Kb.
|
|
План Введение………………………………………………………………………3 1.Формирование космической погоды и ее проникновение в среду обитания....5 2.Космическая погода в жизни клетки………….………………………………….9 3.Эффекты космической погоды в биосфере - млекопитающие и организм человека…………..…………………………………………………………………11 4.Солнечная активность и медицина……………………...………………………15 Вывод…………………………………………………………..……………..17 Литература………………………………………….………………………..18 Введение Изучение гелиобиологии в нашей стране началось в 20—30-х годах прошлого столетия с трудов А.Л.Чижевского и имеет довольно непростую историю. Бурное развитие геофизических и космических исследований в 60—70 е годы XX в. радикально изменило представления об околоземном и межпланетном пространствах. Открытие солнечного ветра и магнитосферы Земли привело к обнаружению новых факторов, связанных с корпускулярным излучением Солнца и межпланетным магнитным полем, которые могут влиять на электромагнитные свойства среды обитания биологических объектов [Т.К. Бреус, 1998]. Чрезвычайно малая интенсивность природных электромагнитных полей — меньше порождаемой технологической деятельностью человека и сопоставимая с собственными шумами клеток живых организмов — долгое время не позволяла понять механизм восприятия ими электромагнитных излучений. Лабораторные эксперименты по изучению влияния сверхнизкочастотных электромагнитных полей на биологические объекты на органном и клеточном уровне давали плохо воспроизводимые результаты. Это было еще одной причиной скептицизма по отношению к гелиобиологии, приводившего порой к трактовке ее как лженауки. Еще к середине 80-х и в начале 90-х годов наметился прогресс в экспериментальных, наблюдательных и статистических исследованиях, что позволило предложить новую гипотезу о биологических причинах воздействия очень слабых электромагнитных полей на живые организмы. Позднее она получила ряд подтверждений в цикле работ, проводимых у нас в стране и за рубежом и по сей день [Т.К. Бреус, С.И. Рапопорт, 2004]. Биологические объекты — это сложные открытые нелинейные системы, в процессах самоорганизации которых внешний шум может играть активную роль. Поскольку ритмические колебания составляют естественную характеристику биологических объектов (на всех их уровнях — от клеточного до популяционного), легко представить, что их эндогенная (внутренняя) временная структура складывалась эволюционно под влиянием внешних природных ритмических синхронизаторов. Внешние сигналы естественных электромагнитных полей включают шум и слабую периодическую составляющую. Биологические системы могут «захватывать» ритмы этих сигналов или сбиваться с собственного ритма под их влиянием при определенных обстоятельствах. Формирование космической погоды и ее проникновение в среду обитания. Космическая погода – совокупность различных процессов в космическом окружении Земли – определяется сложным комплексом явлений, протекающим на поверхности Солнца. Поэтому сначала уместно напомнить некоторые сведения об этой ближайшей к нам звезде. Согласно «стандартной солнечной модели», которая базируется на колоссальном, тщательно проанализированном материале наблюдений Солнца и большого числа звезд, энерговыделение в его ядре стабильно. Это соответствует отсутствию каких-либо изменений светимости (не более 0,1% - согласно данным последних десятилетий). Энергия из зоны ядерных реакций (сфера 0,1 радиуса звезды) передается наружу сначала диффузией фотонов. На глубине 0,3 радиуса (считая от поверхности) включается еще один механизм переноса – конвекция. Циркуляция солнечного вещества в этой зоне порождает самовозбуждающиеся колебания: часть кинетической энергии движущейся плазмы превращается в энергию магнитных полей, а эти поля влияют на картину течений. Основной период автоколебаний – составляет 22 года. На солнечной поверхности наблюдается непосредственно половина этого периода – около 11 лет. Циклы этого фундаментального ритма нумеруются: сейчас ( с 2007г.)начинается цикл №24. 11-летние циклы легко обнаружить в простейших наблюдениях по многим показателям. Исторически первым таким показателем было просто число солнечных пятен, наблюдаемое в данный день. Согласно современным модельным представлениям, пятна – это просто жгуты силовых линий магнитного поля. На диске видно их сечение поверхностью Солнца (фотосферой). Они вполне аналогичны подковообразным магнитам, располагающимся преимущественно вдоль параллели, мы видим их полюса, по ходу вращения северный и южный – или наоборот – в каждом 11-летнем цикле последовательность меняется. Пятна кажутся черными по контрасту – температура внутри жгута силовых линий ниже окружающего газа процентов на 25. Самые употребительные индексы, характеризующие степень интенсивности всякого рода явлений, наблюдаемых на солнечном диске в данный день, связаны именно с пятнами. Пятна наблюдаются группами (активные области). Можно подсчитывать общее число пятен и учитывать число их групп. Тогда – это так называемые числа Вольфа. Можно определить просто суммарную площадь пятен. Ежесуточные ряды подобных индексов за весь период телескопических наблюдений (около 300 лет) тщательно анализировались. При этом было, прежде всего, изучено солнечное осевое вращение. Картина получилась сложная: ведь вращается рисунок конвективных течений, в которых есть еще и особые поверхностные колебания – так называемые инерционные. Для земного наблюдателя экваториальная зона вращается с периодом около 25 суток, полярная – около 29 суток. Употребителен некоторый «средний» период вращения (керрингтоновский) – 27,275 суток. Эти условные периоды для удобства нумеруются – первый день оборота номер 2290 соответствует дате 25 апреля 2001 г. и так далее через 27 суток (отбрасывая дробную часть). Если располагать обороты последовательно друг под другом, получается особый календарь Бартельса. Многие важные детали пространственной организации явлений на солнечной поверхности в таком календаре хорошо видны – например, активные долготы – меридиональные зоны преимущественного появления активных областей. Упомянутая пространственная организация может быть выявлена и другими методами [Б.М. Владимирский, 2003]. Для того, чтобы разобраться как именно различные проявления космической погоды «перерабатываются» далее в вариации экологических параметров и действуют «микродозами» на биосистемы, необходимо в общих чертах представить себе «устройство» среды обитания . Биосфера – это глобальное сообщество всех организмов – располагается на поверхности Земли под защитой нескольких оболочек. (Читатель заметит, что здесь изложение будет касаться еще одной области знаний, так что имеет место переход от космической физики к геофизике). Самая внешняя из них (и самая обширная) – магнитосфера. Ее сложная структура и процессы, в ней протекающие, не могут быть здесь рассмотрены. Благодаря магнитосфере с  олнечный ветер никогда не попадает в среду обитания, но изменения всех его параметров фиксируются на поверхности планеты косвенно. Можно сказать, что в магнитосфере располагаются естественные «радиостанции», работающие на очень низких – экстремально низких частотах – килогерцы – миллигерцы. «Сигналы» этих «радиостанций» постоянно «принимаются» Биосферой, параметры этих сигналов сильно зависят от космической погоды. Следующая защитная оболочка – ионосфера.Она образуется из-за поглощения в верхней атмосфере солнечного рентгеновского излучения. Ионизирующее ультрафиолетовое солнечное излучение поглощается озоносферой. Динамика этих оболочек также очень сильно зависит от космической погоды. Электрически высокопроводящие поверхности ионосферы и поверхности Земли образуют особую полость – волновод. В этой полости «заперты» радиоволны с частотой менее 1 МГц. Этот электромагнитный фон формируется несколькими источниками: шумит сама атмосфера, есть еще несколько чисто геофизических источников, излучает и литосфера. В нашу эпоху вклад в этот фон вносят и поля индустриально-технического происхождения. Близ максимума солнечной активности, когда поток солнечного рентгеновского излучения относительно велик, ионосфера становится весьма мощным электромагнитным экраном, интенсивность запертого радиоизлучения заметно возрастает по сравнению с эпохой минимума. Волновод имеет собственные частоты, так что он еще и резонатор (основной «тон» - 8 герц). Стенки волновода электрически заряжены, так что мы находимся в сферическом конденсаторе (поверхность Земли – «минус»). Электрическое поле атмосферы также зависит от космической погоды. Совокупность электромагнитных явлений в магнитосфере-ионосфере в обобщенном виде отражается индексами геомагнитной активности. Таких индексов известно несколько. Все они являются показателями размаха изменений геомагнитного поля. Иногда этот размах (средний для некоторого числа обсерваторий) измеряется в баллах (С-индекс), иногда – прямо в величине изменений индукции (А-индекс, нанотеслы). Подобно числам Вольфа, длительный ряд геомагнитных индексов подробно исследовался. И  ндексы геомагнитной активности описывают главным образом эффект солнечного ветра – магнитосферы. Сигнал от Солнца исходит от узкой зональной области, откуда стартует струя солнечного ветра, поступающая на Землю спустя 4,5 суток [А.Бруцек , 1980].Космическая погода в жизни клетки Обзор наблюдений, указывающих на воздействие космической погоды, целесообразно начать с данных о бактериях, клетках и клеточных культур. Такие объекты легче наблюдать, удобнее контролировать и, главное, проще разобраться во влияющих на них факторах. Здесь и далее будут представлены отдельные примеры, описанные в некоторых деталях.  Самый продолжительный ряд наблюдений принадлежит итальянскому микробиологу П. Фараоне. Он ежедневно в первую половину дня собирал на некоторой высоте пробу бактериальной аэрофлоры в Милане (потом в Риме), с 1970 г. более солнечного 11-летнего цикла. Собранные бактерии сутки проращивались в термостате. В итоге, около каждой бактерии вырастала колония. В микроскопе было хорошо видно, что у некоторых колоний в процессе роста происходят определенные изменения, так что вместо однородного кружочка получаются участки (секторы) другого цвета, прозрачности, фактуры. Меру этих изменений – процент таких аномальных колоний (среди всех видов и штаммов) – удобно взять в качестве индекса изменчивости аэрофлоры в данный день. Причина подобной изменчивости не рассматривалась, но можно было легко сравнить индекс изменчивости с показателями космической погоды. Оказалось, что для средних за год индекс сильно растет в годы минимума солнечной активности (чисел Вольфа). Магнитная буря на высоких широтах сильно влияет на клеточные культуры – если судить по морфологическим признакам [Н.К. Белишева, А.Н. Попов, 1995]. Опыт проводился на высокоширотном (66,3°) геофизическом полигоне, где нет никаких промышленных помех. Клеточные культуры были самого разного происхождения, они выращивались в специальных флаконах на стандартных питательных средах и регулярно наблюдались с применением специальной технологии, принятой в подобных исследованиях.Было обнаружено, что спустя несколько часов после начала магнитной бури во всех образцах всех культур наступили синхронно хорошо заметные изменения. П  оказатель роста растительных клеток в фитотроне – при фиксированных температуре и влажности. По вертикальной оси – интенсивность роста в усл. единицах, кривая обозначенная квадратами. Кривая обозначенная крестами – ход изменения индекса магнитной активности аа – в те же сутки. По горизонтальной оси – календарные дни. Видно, что клетки растут более интенсивно, когда уровень магнитной активности снижается. [Д. Томассен, 1990]О  тклонения в датах зацветания подснежников от многолетней средней – сутки (левая шкала по вертикали; более раннее зацветание – «плюс», позднее – «минус»). Правая вертикальная шкала – отклонения от среднего показателя для солнечной активности. По горизонтальной оси – годы. Наблюдения собраны в Канаде [Cuming, 1990]. Основной вклад в эти изменения вносят, очевидно, климатические изменения, прежде всего – изменения температуры.Эффекты космической погоды в биосфере - млекопитающие и организм человека. О  дин из ярких примеров вмешательства космической погоды в работу организма млекопитающих – результаты исследований физиологов Университета Дружбы народов [С.М. Чибисов и сотр., 1998]. Они проводили долговременную программу изучения физиологических показателей кроликов в зависимости от сезона. При этом выявилась зависимость этих показателей и от солнечной активности. Рисунок иллюстрирует эту зависимость. Здесь приведены величины давления в полости левого желудочка сердца кролика (каждая точка – среднее по грудине из 5 – 20 животных, ошибки – стандартные отклонения) в зависимости от фазы 11-летнего цикла солнечной активности.Во время одного из экспериментов (каждый из них охватывал трое суток непрерывных измерений) произошли две подряд магнитные бури (сентябрь 1984 г.). Впервые в истории удалось зафиксировать эффект магнитной бури для сердечно-сосудистой системы во всеоружии современных физиологических методик. У всех подопытных животных сразу после начала бури синхронно наступили глубокие функциональные изменения. После анализа всего массива собранных данных [Т.К. Бреус и др., 2002], можно было сделать два основных вывода :
Самые информативные (и убедительные) данные о влиянии космической погоды на «среднего практически здорового человека» были получены в последние годы путем организации специального мониторинга. Например, исследователи ИЗМИРАН [Рагульская, 2005] организовали эту работу таким образом: каждый день в одно и то же время представители некоторой постоянной группы (20 – 30 чел.) отвлекались от своей работы для того, чтобы один и тот же человек, одним и тем же прибором, измерил у каждого испытуемого электрический потенциал определенных биологически активных точек (БАТ). Продолжалась эта работа годами, в нескольких городах, по одним и тем же правилам. Важно, что потенциал БАТ измеряется быстро и не является серьезным вмешательством в работу организма.  Вот два важных вывода, полученных при изучении эффекта магнитных бурь с внезапным началом:Рис. 1 – Реакция организма на наступление бури наступила синхронно у всех испытуемых во всех пунктах – как правило, в день бури (на горизонтальной оси – нуль). По вертикальной оси – условные ед. шкалы, которые соответствуют проводимости в БАТ, килоомы. М 1, 2 и П 1, 2 – это группы в Москве и Петербурге. Р  ис. 2 – Испытуемые реагируют на наступление бури по типу стресс-реакции неодинаково – можно выделить характерные варианты кривых: 1 – норма; 2 – в организме имеет место острый воспалительный процесс; 3 – имеется хроническое воспаление.На магнитные бури реагируют даже «сверхздоровые» люди – космонавты в условиях орбитального полета на космической станции. Их физиологические показатели, непрерывно регистрируются и передаются на Землю. Изучение эффекта бурь проводилось задним числом – по архивным записям. Исходный материал тщательно классифицировался. Сравнивались физиологические показатели космонавтов, которые работали на орбите (и совершали посадку) во время магнитных бурь и в невозмущенные интервалы времени (контрольная группа) – при прочих равных условиях. Всего были изучены данные для нескольких десятков космонавтов (1991 – 97 гг.) После анализа всей совокупности накопленных данных авторы приходят к заключению, что: «… воздействие магнитной бури ведет к усилению тонуса симпатической нервной системы (увеличению частоты пульса, снижению общей вариабельности сердечного ритма, снижению мощности спектра дыхательных волн и т.д.) и к возможному включению в процессы регуляции более высоких уровней управления физиологическими функциями».[ Т.К. Бреус, С.И. Рапопорт, 2003] Значение этой работы состоит в том, что воздействие магнитных бурь надежно установлено для абсолютно здоровых людей. Испытуемые находились в совершенно особых условиях: на них не действовали обычные экологические параметры среды обитания. Но это означает, что физическая природа действующего агента определяется в данном случае однозначно: не влияет здесь инфразвук, «не работают» в условиях невесомости слабые изменения гравитации, и так далее. Остаются изменения в уровне ионизирующей радиации и интенсивности переменного магнитного поля очень низких частот. Н  о существуют, конечно, и другие– не столь экзотические – свидетельства воздействия космических агентов на центральную нервную систему – психику человека. Более полувека назад было найдено, что время реакции человека на внезапное изменение ситуации возрастает при гелиогеофизических возмущениях. В среднем, в возмущенные дни число аварий на улицах С.Петербурга возрастает по сравнению со спокойными на 17,4 ± 3,1 % (Р = 10-7).Солнечная активность и медицина Е  сли космофизические возмущения влияют на физиологические показатели здорового человека, то такие возмущения обязательно должны проявлять себя в медицинской статистике: ведь для больного организма адаптационные механизмы работают хуже. На сегодняшний день подробнее всего изучено влияние космической погоды на сердечно-сосу- дистую патологию. Каждая магнитная буря сопровождается всплеском в частоте следования инфарктом миокарда – синхронно в разных пунктах. Заметен 11-летний цикл (рис.). Имеется эффект смены знака межпланетного поля. Известный московский врач Ю.И. Гурфинкель убедительно продемонстрировал, что сердечно-сосудистых больных, чье состояние внушает опасение, можно от перепадов космической погоды защитить.Он помещал некоторых своих пациентов в особо оборудованную электромагнитно-экранированную палату, где индукция геомагнитного поля снижалась в 4,5 раза (во столько же раз уменьшилась амплитуда геомагнитных микропульсаций). Пациенты помещались в палату сразу после начала магнитной бури и находились там в среднем чуть более двух суток. По ряду показателей их состояние заметно улучшалось. Особенно важно, что нормализовались их показатели циркуляции крови в капиллярах: соответствующий индекс при повышенной магнитной активности составлял 6,6 ± 1,1 вне экранированной палаты, к концу пребывания в палате он снижался до 3,8 ± 0,8. [Б. М. Владимирский, Н. А. Темурьянц, В. С. Мартынюк, 2004.] Как уже говорилось, вариации гелиогеофизических факторов определенно влияют на функционирование центральной нервной системы. Поэтому эффекты космической погоды обязательно должны присутствовать в статистике нервно-психических заболеваний. Действительно, число поступлений в психиатрические клиники достоверно возрастает с увеличением уровня гелиогеофизической возмущенности. Нет сомнений, что имеется космофизическая составляющая в динамике самоубийств (это лучше заметно в статистике «социально-благополучных» стран, располагающихся на сравнительно высоких широтах – Финляндия). Пациенты, страдающие маниакально-депрессивным психозом, в годы с частыми магнитными бурями, находятся, как правило, в маниакальном состоянии. Частота следования эпилептических припадков в среднем выше в дни положительной полярности межпланетного магнитного поля (знак этого эффекта, скорее всего, изменяется при смене полярности общего магнитного поля Солнца). В специальной медицинской литературе имеется немало сообщений о связи с солнечной активностью и других заболеваний, притом – самых разных по своему происхождению. Ниже представлен список примеров, очевидно, не исчерпывающий:
Для онкологической заболеваемости ясность имеется только для статистики заболеваний раком кожи (злокачественная меланома). Вывод Идея о том, что наша среда обитания со всеми протекающими в ней процессами, полностью изолирована от Космоса, ошибочна и неприемлема для современного стиля научного мышления. Эволюция Биосферы всегда протекала под влиянием как чисто земных факторов, так и космических. Если не учитывать воздействия солнечной активности, то описание самого феномена жизни будет неполным и ущербным. В среде обитания изменения солнечной активности фиксируются как совокупность большого числа «вторичных» явлений. Как именно процессы на Солнце и в ближайшем космическом окружении планеты преобразуются в вариации экологических факторов – в общих чертах понятно. Но нет уверенности, что сейчас можно составить полный список действующих на организм экологических параметров, контролируемых Космосом. Еще более трудной представляется задача их ранжирования. Какой физический агент является «главным» в передаче изменений космической погоды в мир биологических явлений? Сейчас возникает впечатление, что наиболее важным таким фактором являются изменения электромагнитных полей (радиоволн) в некотором достаточно широком диапазоне частот – с акцентом на очень низкие – экстремально низкие частоты. На самом деле открыт новый очень важный экологический фактор – ведь изменения упомянутых полей тесно связаны со многими чисто земными процессами, включая погоду и сейсмические явления. Литература
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям