CC BY
21BIOLOGICAL SCIENCES
АНАЛИЗ БИОФИЗИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕПРОДУКТИВНОСТИ ОСЕТРОВЫХ РЫБ
Мандра А.В.
ассистент кафедры информационных управляющих систем и технологий, Национальный университет кораблестроения им. адмирала Макарова,
г. Николаев, Украина Титова Н.В. доктор технических наук, профессор кафедры информационных систем и технологий, Национальный транспортный университет, г. Киев, Украина
ANALYSIS OF THE BIOPHYSICAL ACTION OF AN ELECTROMAGNETIC FIELD TO INCREASE
THE REPRODUCTIVITY OF STURGEON FISH
Mandra A.
Assistant, Department of Information Control Systems and Technologies, Admiral Makarov National University of Shipbuilding,
Nikolaev, Ukraine Titova N.
Doctor of Technical Sciences Professor, Department of Information Systems and Technologies, National Transport University, Kiev, Ukraine
Аннотация
На основе анализа в статье установлено, что наибольшее влияние электромагнитные излучения оказывают на физико-химические процессы в биологических объектах в мм и см диапазонах длин волн. В статье установлено, что на самом микроэнергетическом уровне взаимодействия ЭМП с биологическими объектами (икра осетровых рыб) стоит информационный тип взаимодействия с уровнем мощности 10-12 Вт. Считается установленным, что электромагнитные излучения миллиметрового и сантиметрового диапазонов могут ориентировать атомные группы и молекулы, изменять процессы диффузии, в частности, через клеточную мембрану, индуцировать дополнительные комбинационные переходы между электронными состояниями с разной спиновой мультиплетностью, изменять вероятность этих процессов и таким образом влиять на вероятность реакций, и в конечном итоге проявляются в виде макроэффектов на клеточном или организменном уровне осетровых рыб.
Abstract
Based on the analysis in the article, it was found that electromagnetic radiation has the greatest influence on the physicochemical processes in biological objects in the millimeter and centimeter wavelength ranges. The article established that at the most micro energetic level of interaction of EMF with biological objects (sturgeon caviar) there is an information type of interaction with a power level of 10-12 Wt. It is considered proved that electromagnetic radiation of the millimeter and centimeter ranges can orient atomic groups and molecules, change diffusion processes, in particular, through a cell membrane, induce additional combination transitions between electronic states with different spin multiplicity, change the probability of these processes and thus affect the probability reactions, and ultimately appear in the form of macro effects at the cellular or organism level of sturgeon fish.
Ключевые слова: биологические объекты; икра осетровых рыб; физико-химические процессы; информационные электромагнитные излучения.
Keywords: biological objects; sturgeon caviar; physicochemical processes; informational electromagnetic radiation.
Введение. По данным «Всемирного фонда дикой природы» за последние 20 лет численность осетровых только Каспийского бассейна сократилась в 30 раз. В связи с чем все большее распространение получает развитие различных форм аква-культуры [1]. Усложнение методов выращивания рыбы шло по пути от простого к сложному, но всегда в основе лежал технологический процесс культивирования различных объектов рыбоводства. В настоящее время для повышения эффективности в аквакультуре используются различные технологии,
а именно: различные фармакологические добавки для стимулирования роста, изменение состава кормов, низкоинтенсивное лазерное излучение, плотность посадки, изменение температурного режима, насыщение кислородом воды, и другие [2]. Это дает возможность повысить выход мальков из икры, их способность к выживанию, пищевые показатели от 5 до 15 процентов. Однако данные методики имеют определенные недостатки, связанные с тем, что в некоторых случаях негативно отражаются на каче-
стве потомства, имеют угнетающее влияние, высокую цену, громоздкость оборудования, фармакологический рост рыбы не всегда полезен организму человека [3]. Анализ литературных источников показывает, что для повышения репродуктивной способности осетровых рыб их икру следует облучать информационным радиоипульсным излучением [4]. Несмотря на определенный прогресс, достигнутый в исследованиях по воздействию низкоэнергетического ЭМП на биологические объекты, многие первичные молекулярные механизмы этих воздействий теоретически и экспериментально не вскрыты. Знание же первичных, физически обоснованных механизмов воздействия ЭМИ на биологические системы, а также закономерностей взаимосвязи молекулярного и системного уровней, позволит объяснить фазонаправленность биоэлектромагнитных эффектов и даст возможность прогнозировать их возникновение, что особенно важно для повышения репродуктивной способности осетровых рыб [5].
Применение электромагнитных излучений с определенными биотропными параметрами позволит повысить стойкость икры осетровых к инфекционным болезням, ускорить процесс их созревания, увеличить количество и качество мальков. Однако определение оптимальных параметров электромагнитного излучения миллиметрового диапазона для повышения эффективности производства осетровых рыб требует проведения как теоретических, так экспериментальных исследований.
Анализ литературных данных и постановка проблемы. В результате анализа следует отметить, что молодь стерляди наиболее адаптивна к переходу от природных к искусственным условиям [6]. Одним из показателей нормального эмбрионального развития, характеризующего качество полученного потомства, является синхронность развития зародышей. В ходе нормального развития икры стадийный разброс развития не должен превышать более двух стадий в пробе [7].
В настоящее время для повышения эффективности в аквакультуре используются различные технологии, а именно: различные фармакологические добавки для стимулирования роста, изменение состава кормов, низкоинтенсивное лазерное излучение, плотность посадки, изменение температурного режима, насыщение кислородом воды и другие [8]. Это дает возможность повысить выход мальков из икры, их способность к выживанию, улучшить пищевые показатели от 5 до 15 процентов. Однако, данные методики имеют определенные недостатки, связанные с тем, что в некоторых случаях негативно отражаются на качестве потомства, угнетающее влияние, высокая цена, громоздкость оборудования, фармакологический рост рыбы не всегда полезен организму человека [9]. Анализ литературных источников показывает, что для повышения выхода жизнеспособных мальков из икры осетровых рыб ее необходимо облучать информационным радиоимпульсным электромагнитным излучением сантиметрового диапазона длин волн.
Цель статьи. Провести обоснование по применению электромагнитного излучения для повышения репродуктивной способности осетровых рыб.
Основная часть. Анализ исследований по воздействию информационных ЭМП на биологические объекты показывают, что наибольшее влияние ЭМП на физико-химические процессы в биологических объектах следует ожидать в мм и см диапазонах длин волн [11].
Взаимодействие ЭМП с биологическими объектами следует рассматривать в рамках развития теории информационного поля ноосферы. На самом микроэнергетическом уровне взаимодействия ЭМП с биологическими объектами стоит информационный тип взаимодействия с уровнем мощности 10 -12 Вт. ЭМП являются лишь энергетическим носителем информации в рамках ноосферы, поэтому необходимо рассматривать именно несущую часть этих полей при взаимодействии с икрой осетровых рыб [12].
В процессе эволюции живого электромагнитные поля из неизбежных спутников и свидетелей биохимических процессов в результате естественного отбора превратились в важнейшую информационную систему и обязательный атрибут жизни [12].
Слабые электромагнитные поля земли, космических объектов являются одним из важнейших видов информации, получаемой биобъектами и системами внешней среды, и в соответствии с получаемой информацией реализуются те или иные процессы жизнедеятельности биологических объектов. При этом в высокоорганизованных биосистемах это воздействие носит информационный характер и отрабатывается кибернетическими системами организма. В биологических системах более низкого иерархического уровня (клетки, молекулы) электромагнитные поля могут изменять ориентаци-онные связи. Электростатическое взаимодействие между диполями, ионные связи и ионно-дипольные взаимодействия в той или иной мере влияют на индукционные и дисперсионные связи. Считается установленным, что электромагнитные излучения миллиметрового и сантиметрового диапазонов могут ориентировать атомные группы и молекулы, изменять процессы диффузии, в частности, через клеточную мембрану, индуцировать дополнительные комбинационные переходы между электронными состояниями с разной спиновой мультиплетно-стью, изменять вероятность этих процессов и таким образом влиять на вероятность реакций, и в конечном итоге проявляться в виде макроэффектов на клеточном или организменном уровне [13].
В ряде фундаментальных работ обсуждены механизмы воздействия ЭМП на биологические объекты. В [14] предложен механизм воздействия, информационного электромагнитного излучения на живые организмы, основанный на предположении об электромеханических автоколебаниях клеточных субструктур, как естественном состоянии живых клеток.
Как следует из [15], между ядром клетки и клеточной оболочкой, заряженными разнополярно, находятся микроскопические магнитики - вибраторы, которые способны к резонансному приему и к индукции электромагнитного излучения. Электромагнитные поля отдельных молекул могут складываться и образовывать общее поле данного вида молекул под воздействием внешнего электромагнитного поля, частота которого будет совпадать с частотой вибратора, определяющего вид гена. Эти резонансные частоты, как показывают расчеты, лежат в миллиметровом диапазоне длин волн [13, 15].
Множество эффектов от действия информационных ЭМП на биологические системы связано с водой, которая в конденсированной фазе представляет собой смесь гексагональных фрагментов. Гексагональные фрагменты в зависимости от условий могут объединяться в кластеры различного размера. Соотношение концентрации и размеров кластеров определяют структурное состояние водного матрикса. Кластерные структуры находятся в колебательном состоянии и образуют систему осцилляторов. Синфазные колебания осцилляторов способны вызывать конформационные подстройки клеточных структур, влиять на проницаемость мембран и служить информационным сигналом для ре-гуляторных систем всего биологического объекта [16].
Молекулы воды, содержащиеся в биологических системах, всегда испытывают влияние присутствующих в этих системах молекул веществ. Типы межмолекулярных взаимодействий определяют характер поглощения мм-излучения, в том числе, влияют на глубину проникновения излучения. При этом независимо от того, является ли водная система молекулярным раствором или коллоидным, характер поглощения определяется химической природой присутствующих веществ и общим содержанием воды в системе [17].
Следует отметить, что при переходе от низкомолекулярных веществ к высокомолекулярным появляется специфика межмолекулярных взаимодействий, обусловленная структурой молекул этих соединений, что проявляется в характере поглощения мм-излучения такими системами.
Там же показано, что синхронизация излучения ведет к появлению внутренних информационных сигналов, воздействующих на регуляторные системы организма. При синхронизации внешнее ЭМП меняет спектральные характеристики этих осцилляторов. Синхронизация может сопровождаться фазировкой колебаний всех автогенераторов, при которых фазы колебаний автогенераторов совпадают с фазой внешнего поля в данном объеме биологического объекта. Как следует из работ [15] синфазные колебания способны вызвать комфор-мационные перестройки клеточных структур, влиять на проницаемость мембран и служить информационным сигналом для регуляторных систем всего биообъекта. Это связано с тем, что из-за влияния ЭМП молекулярные взаимодействия не могут быть абсолютно надежными. В течение действия ЭМП
происходят даже энергетически невыгодные реакции. Аналогичным образом специфичность фермента в отношении субстрата не может быть абсолютной, так как способность отличить одну молекулу от другой нарушается. Эти ошибки играют важную роль при синтезе ДНК, так как в последовательности оснований ДНК заключена генетическая информация живой клетки. Способность азотистых оснований молекул различных нуклеиновых кислот «узнавать» друг друга путем нековалентного взаимодействия лежит в основе механизмов наследственности и мутации [17]. В ряде работ указано на резонансный характер воздействия электромагнитного поля, то есть биологический эффект наблюдается в узких частотных интервалах, причем воздействие ЭМП на живые организмы носит не энергетический, а информационный характер [14]. Первичное воздействие ЭМП реализуется на клеточном уровне и связано с биоструктурами, общими для различных организмов. Новейшие исследования подтверждают концепцию волновой передачи генной информации [18]. Исходная посылка состоит в отождествлении живой клетки с фотонной вычислительной моделью объемного типа [8]. Механизм переключения генной активности в процессе жизнедеятельности биологических объектов является важнейшим при решении проблем патогенеза, управления развитием зародышей в эмбрионе.
Анализ этих процессов убедительно свидетельствует о механизме этой передачи как имеющем волновую природу сигналах электромагнитных излучений, управляющих генной активностью.
Величина плотности потока мощности ЭМП для реальных микрообъектов осетровых зависит от конкретных механизмов воздействия внешнего поля с клеточными осцилляторами, биотропных параметров электромагнитного излучения, уровня шумов в биологических объектах и должна превышать уровень слабых нековалентных связей в био-объкте: ионных взаимодействий, водородных связей и вандерваальсовых взаимодействий. С помощью этих связей реализуется информация, заключенная в последовательности макромолеку-лярных цепей [17].
Практические уровни энергии для воздействия на икру осетровых должны составлять десятки мкВт/см2.
Несмотря на определенный прогресс, достигнутый в исследованиях по воздействию низкоэнергетического ЭМП на биологические объекты, многие первичные молекулярные механизмы этих воздействий теоретически и экспериментально не вскрыты. Знание же первичных, физически обоснованных механизмов воздействия ЭМИ на биологические системы, а также закономерностей взаимосвязи молекулярного и системного уровней, позволит объяснить фазонаправленность биоэлектромагнитных эффектов и даст возможность прогнозировать их возникновение, что особенно важно для повышения репродуктивной способности осетровых рыб.
Выводы.
1. На основе анализа фактического материала отечественных и зарубежных публикаций установлено, что для повышения репродуктивной способности икры осетровых рыб, её следует обрабатывать радиоимпульсным излучением с определёнными биотропными параметрами.
2. Для определения параметров радиоимпульсного электромагнитного поля, которое при облучении икры осетровых повышает их продуктивность, необходимы теоретические исследования процесса взаимодействия электромагнитного поля с икрой осетровых рыб с учетом их строения и биофизических характеристик.
Список литературы
1. Девятков Н.Д. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности / Н.Д. Девятков, М.Б. Голант, О.В. Бескин. - М.: Радио и связь, 1991. - 169 с.
2. Детлаф Т.Л. Развитие осетровых рыб. (Созревание яиц, оплодотворение, развитие зародышей и предличинок) / Т.Л. Детлаф, А.С. Гинзбург. - М.: Наука, 1981. - 224 с.
3. Дехтяров П.А. Фiзiологiя риб: тдручник / П.А. Дехтяров, М.Ю. Евтушенко. - К.: Аграрна освгга, 2008. - 341 с.
4. Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучения. / Э.Ш. Исмаилов. - М.: Энергоато-миздат, 1981. - 144 с.
5. Арбер С.Л. Клеточные и молекулярные эффекты и механизм действия микроволновых электромагнитных полей на биологические системы / С.Л. Арбер // Электронная обработка материалов, 1978. - № 3. - С. 59-65.
6. Касимов Р.Ю. Суточный ритм двигательной активности видов осетровых рыб и их гибридов / Р.Ю. Касимов // Зоол. журнал. - 1961. - Т. 40, вып. 1. - С. 63-72.
7. Касимов Р.Ю. Изменение отношения к свету и температуре у некоторых видов курильских осетровых в раннем онтогенезе / Р.Ю. Касимов // Осетровое хозяйство в водоёмах СССР. - М.: Изд-во АН СССР. - 1963. - С. 65-68.
8. Касимов Р.Ю. Изучение реакций зародышей, личинок и молоди осетровых на разную осве-
щённость / Р.Ю. Касимов // Новое в рыбохозяй-ственных исследованиях Азербайджана. - Баку, 1973. - С. 118-131.
9. Власов В.А. Влияние света на рост и развитие рыб / В.А. Власов, Н.И. Маслова, С.В. Пономо-рёв // Вестник АГТУ. Сер. Рыбное хозяйство. -2013. - №2. - С. 24-32.
10. Aleksandr D. Cherenkov. Theoretical Analysis of Electromagnetic Field Electric Tension Distribution in the Seeds of Cereals / Aleksandr D. Cherenkov, Na-talija G. Kosulina and Aleksandr V. Sapryca // Research journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Scinces - November - December - 2015, — RJPBCS 6(6) - Pp. 1686 - 1694.
11. Рубин А.Б. Биофизика Т. 2. Биофизика клеточных процессов / А.Б. Рубин. - М.: Высшая школа, 1987. - 303 с.
12. Е.Г. Васильева. Механизм влияния электромагнитных полей на живые организмы / Е.Г. Васильева // Вестник АГТУ. - 2008. - №3(44). - С. 186-191.
13. Nevo A.S. Electroforetic properties of bull and rabbit spermatozoa / A.S. Nevo, I. Michaell, H. Schindler // Exp. Cell.Res., 1961.- Pp. 69 - 83.
14. Koehler J.K. A collagen binding protein on the surfase of ejaculated rabbit spermatozoa / J.K. Koehler, E.D. Nudelman, S.A. Hakomori // J. Cell Biol, 1980.-Pp. 529 - 536.
15. Bedford J.M. Changes in the electrophoretic properties of rabbit spermatozoa during passage through the epidermis // Nature (Lond.), 1963. - Pp. 1178-1180.
16. Наумчева Н.Н. Применение электромагнитных волн миллиметрового диапазона / Н.Н. Наумчева // ММ-волны в биологии и медицине. -1995. -№ 26. - С. 26 - 30.
17. Петросян В.Н. Физика взаимодействия ММ-волн с биологическими объектами / В.Н. Петросян, Ю.В. Гуляев, Э.А. Житенева, В.А. Елкин // Российский симпозиум «Миллиметровые волны в медицине и биологии»: Сб. докл. - М.: ИРЭ РАН. -1995. - С. 140 - 143.
18. Bradley M.P. Effects of filipin, digitonin and polymixin B on plasma membrane of ram spermatozoa / M.P. Bradley, D.G. Rayns, I.T. Farrester // Archs. Androl., 1980.- Pp. 195 - 204.
