Управление дистантными взаимодействиями биологических объектов как средство повышения жизнестойкости организмов в условиях космического полета

ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА

3. Соколова, Э.С. Инфекционные болезни деревьев и кустарников в насаждениях Москвы: монография / Э.С. Соколова, Е.Г. Мозолевская, Т.В. Галасьева.

- М.: МГУЛ, 2009. - 130 с.

4. Ванин, С.И. Лесная фитопатология / С.И. Ванин.

- М.-Л.: Госуд. лесотехнич. изд-во, 1948. - 354 с.

5. Журавлев, И.И. Определитель грибных болезней деревьев и кустарников / И.И. Журавлев, Т.Н. Селиванова, Н.А. Черемисинов. - М.: Лесная пром-сть, 1979. - 246 с.

6. Мелиа, М.С. Грибы деревьев и кустарников лесов Грузии. Каталог / М.С. Мелиа, И.А. Шавлиашви-ли, Л.В. Мшвидобадзе. - Тбилиси: Мин-во л./х. Грузинской ССР, 1987. - 649 с.

7. Визначник грибiв Украпни. Т III. Аскомщети / С.Ф. Морочковський, Г.Г. Ра^вський, М.Я. Зеро-ва, I.O. Дудка, М.Ф. Смщька, Г.Л. Роженко. - Кшв: Наукова думка, 1971. - 695 с.

8. Визначник грибiв Украпни. Т. II. Аскомiцети / С.Ф. Морочковський, М.Я. Зерова, З.Г. Лаытська, М.Ф. Смiцька. - Кшв: Наукова думка, 1969. - 517 с.

9. Sinclair, WA. Diseases of trees and shrubs / Wayne A. Sinclair, Howard H. Lyon. - Ithaca and London: Comstock publishing associates, a division of Cornell University press, 2005. - 660 p.

10. Sutton, B.C. The Coelomycetes. Fungi imperfecti with pycnidia, acervuli and stromata / Brian C. Sutton. - Kew, C. M. I., 1980. - 696 p.

11. Sutton, B.C. Coelomycetes. VI. Nomenclature of generic names proposed for Coelomycetes / Brian C. Sutton // Mycol. Pap. 1977. 141: 1 - 253.

12. Farr, David F. Fungi on plants and plant products in the United States / David F. Farr, Gerald F. Bills, George P. Chamuris, Amy Y. Rossman. - Minnesota USA: APS Press the American Phytopathological Sosiety St. Paul, 1989. - 1252 p.

УПРАВЛЕНИЕ ДИСТАНТНЫМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯМИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ КАК СРЕДСТВО

повышения жизнестойкости организмов в условиях космического полета

В.Д. БУРКОВ, проф. каф. ИИС и ТПМГУЛ, д-р техн. наук,

Ю.С. КАПРАНОВ, начальник отдела волоконно-оптических систем НТК сПП,

СВ. ПЕРМИНОВ, соискатель каф. ИИс и ТП МГУЛ,

Н.А. ХАРИТОНОВ, с. н. с. МГУЛ, канд. техн.

Феномен дистантного нехимического взаимовлияния биологических объектов разного уровня организации отмечается все большим числом исследователей [1,2,3,4]. Изучение свойств сверхслабых биоизлучений, являющихся основой этого феномена, заставляет искать новые пути и физические методы, поскольку приборы, совершенствование которых направлено на повышение чувствительности регистрации определенных параметров, не могут отражать всю совокупность характеристик излучения биологических объектов.

Наиболее чувствительные фотоэлектронные умножители, на которых удается регистрировать электромагнитный сигнал от биологического объекта, в значительной степени ограничены спектральными характеристиками и квантовым выходом (порядка

burkov@mgul.ac.ru

единиц %). А биологический объект воспринимает всю совокупность характеристик излучения, соответствующего в определенный момент его воспринимающим структурам. В связи с этим обстоятельством перспективным представляется следующий подход - анализ электромагнитных излучений биологических объектов, основанный на регистрации изменения отклика биологической системы на определенную трансформацию этого излучения различными оптическими устройствами. Одним из таких оптических устройств являются лазерные уголковые световозвращатели (УСВ), широко применяемые в практической космонавтике [5]. УСВ представляет собой оптический прибор, состоящий из трех взаимно-перпендикулярных зеркальных плоскостей. УСВ могут работать как в режиме троекратного отражения от металлических

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2011

129

ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА

зеркальных поверхностей, так и в режиме полного внутреннего отражения.

В представляемой работе исследовались последствия дистантных взаимодействий эмбриональной (стадия яйца) и има-гинальной (двухсуточного возраста) стадий Drosophila melanogaster линии дикого типа «Домодедовская-32» через УСВ с боковой гранью 46 мм (рис. 1). Такие УСВ используются для оснащения ретрорефлекторных систем космических аппаратов и выполнены с учетом эффектов, возникающих при работе с удаленным (орбиты с апогеем до 40 000 км), и перемещающимся с большой скоростью (около 8 км/с) объектом.

Питательная среда приготавливалась по стандартной методике и заливалась в кварцевые кюветы. Для получения большого количества одновозрастных яиц использовали метод, описанный Боденштейном [6]: 5-6дневных виргинных самок (20-30 штук) помещали с таким же количеством 2-3-дневных самцов в пробирку (10 х 2,5 см) с кормом. Мухам давалась возможность спариваться в течение часа, после чего самцы удалялись из пробирки, а самки переносились в кюветы со свежей питательной средой на один час. Эти пробирки затем и использовались в экспозиции с имаго (взрослое насекомое). Яйца, отложенные в этот период, отличаются друг от друга по возрасту не более чем на 2 часа. В другую группу кювет непосредственно перед началом экспозиции вносились двухсуточные имаго в количестве 20-ти особей (10 виргинных самок и 10 самцов). Следует отметить, что во всех вариантах опытов экспериментальные имаго без наркотизации и сотрясений пересаживались в новые кюветы на свежую питательную среду каждый 1 час вплоть до окончания взаимодействия. После чего восстанавливался контакт с кюветой с эмбрионами. Это делалось для того, чтобы экспонирующиеся эмбрионы контактировали только с имагинальной стадией без развивающегося в их кювете потомства и чтобы общее количество отложенных за это время яиц было соотносимо с таковым в случае использования «чистой» эмбриональной стадии в качестве взаимодействующей группы.

Для каждой возрастной стадии брался отдельный контроль.Пара экспериментальных кювет взаимодействовала через оптически сопряженные первый и четвертый сектора многопятнового УСВ, оказывающих наибольшее биологическое действие [7]. Помимо воздействия, через УСВ проводилось прямое дистантное взаимодействие указанных онтогенетических стадий.

В связи с тем, что ранее был выявлен эффект несимметричности биологического действия УСВ в зависимости от направления хода оптического излучения (наличие попарно-симметричных зон), эксперимент проводился в двух вариантах:

1. I сектор - эмбрионы, IV сектор - имаго; 2. I сектор - имаго, IV сектор - эмбрионы.

Не используемые в эксперименте сектора закрывались черной бумагой. Все кюветы помещались в большой металлический контейнер (стерилизатор) для защиты от внешних электромагнитных воздействий. Взаимодействующие и контрольные группы экранировались друг от друга непрозрачной ширмой. После завершения периода экспозиции кюветы в определенные моменты развития дрозофилы изымали из стерилизатора для выявления произошедших изменений, которые оценивались визуально (без открывания кювет) с помощью бинокулярного стереоскопического микроскопа МБС-9, а также фотографировались камерой «SONY» через оптическую систему микроскопа.

Каждый из вариантов опыта (с отдельными контрольными группами для каждого эксперимента) проведен в 15-кратной повторности. Данные обработаны статистически, достоверность отличий определялась по t-критерию Стьюдента и U-критерию Пуассона для редко проявляющихся аномалий развития.

Проведенные эксперименты показали, что прямые дистантные взаимодействия эмбрионов и имаго дрозофил приводят к значительному снижению выживаемости во всех вариантах экспериментов в зависимости от времени экспозиции. При этом в развитии группы исходных эмбрионов (рис. 2) основное уменьшение выживаемости наблюдается

130

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2011

ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА

в период от эмбриональной стадии до стадии куколки (рис. 2а), а при дальнейшем развитии до стадии имаго наблюдается лишь незначительное снижение этого показателя (рис. 2б). Это свидетельствует о том, что основное поражающее, или угнетающее действие оптического контакта со взрослыми особями (имаго) приходится на эмбриональный и личиночный периоды развития.

Оптический контакт эмбрионов и имаго через УСВ приводит к значительному изменению характера выживаемости по сравнению с прямыми дистантными взаимодействиями. Наиболее мощное угнетающее, или «поражающее» действие наблюдается в I секторе. При этом значительное уменьшение выживаемости происходит не только в период от эмбриональной стадии до куколки (рис. 2а), но и на стадии куколки до стадии имаго (рис. 2б). Наблюдаемый эффект доза-зависи-мый. В отличие от эффектов, наблюдаемых в I секторе, в IV секторе наблюдается сохранение выживаемости на высоком уровне как от эмбриональной стадии до стадии куколки, так и от стадии куколки до стадии имаго. Выживаемость в период от эмбриональной стадии до стадии куколки не имеет достоверных отличий от контроля (при экспозиции в течение 0,5 часа), либо они слабо выражены (p<0,5). Но от стадии куколки до стадии имаго выживаемость снижается и переходит на следующий высоко достоверный уровень различий по сравнению с контролем (p<0,001). Результат не зависит от времени экспозиции (доза-зависимый эффект отсутствует).

Для выявления отсроченных эффектов действия эмбрионов на взрослых особей (имаго) изучали особенности выживаемости потомства первого поколения (Ft) от экспонировавшихся имаго при их исходном взаимодействии с группой эмбрионов (рис. 3). Как показали проведенные эксперименты, эффекты дистантного взаимодействия эмбрионов и имаго проявляются при развитии имаго F При прямых дистантных взаимодействиях после небольших периодов экспозиции родительских имаго выживаемость имаго F1 имеет высокие значения, не всегда достоверно отличающиеся от контрольных.

При более продолжительных временных интервалах взаимодействия выживаемость F1 от эмбриональной стадии до стадии куколки и от стадии куколки до стадии имаго достоверно (р<0,001) снижается. Эффект доза-зависим. Эффекты дистантных взаимодействий через УСВ в IV секторе имеют сходный характер с таковыми при наблюдении группы изначально экспонировавшейся эмбриональной стадии. А в группе имаго F родительские имаго которых помещали в I сектор, наблюдали более высокие значения выживаемости, чем в группе исходных эмбрионов.

При действии УСВ на экспериментальные группы во всех вариантах опыта наблюдается появление особей имаго, имеющих аномалии развития крыльев (рис. 2).

Максимальное количество наблюдаемых аномалий при развитии крыльев у имаго наблюдается при времени экспозиции 2,5 часа.

Таким образом, дистантные взаимодействия групп эмбрионов и имаго оказывают ественное влияние на их выживаемость. Разные сектора УСВ по-разному влияют на выживаемость экспериментальных групп. В I секторе наблюдается резкое угнетение выживаемости по сравнению с прямыми дистантными взаимодействиями, носящее доза-зависимый характер, а в IV секторе наоборот - стабилизация выживаемости на более высоком уровне при отсутствии доза-зависимого эффекта. Это несомненно свидетельствует о неодинаковой трансформации собственного излучения эмбрионов или имаго при прохождении их из I сектора УСВ в IV или наоборот, из IV в I. Проявление эффекта дистантного взаимодействия среди F1 свидетельствует о том, что они (взаимодействия) в значительной степени затрагивают репродуктивную способность (систему) взрослых особей дрозофилы.

Проведенные эксперименты показали, что спустя 7 суток после начала экспозиции во взаимодействующих кюветах погибали все особи, изначально занесенные в кюветы (и имаго, и личинки соответственно), в отличие от контрольных, изолированных от оптического контакта с соседними кювет. Однако в кювете с имаго через сутки после начала

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2011

131

ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА

Рис. 1. Призменный многопятновый УСВ: а - чертеж; б - оптическая схема прохождения световых лучей при переносе изображения; в - дифракционная картина

эксперимента появлялись личинки первого возраста (из яиц, отложенных погибшими родительскими имаго). Их количество не отличалось от такового в контроле и составляло 25±4 особи; морфоанатомических изменений у этих особей не выявлено. Примечательно, что их появление опережало таковое в соответствующих контрольных образцах на 2 - 3 суток при одинаковом возрасте родительских имаго! Вероятно, это может быть связано либо со стимуляцией более ранней откладки яиц у имаго из УСВ (при их контакте с более ранней онтогенетической фазой), либо с ускорением развития на эмбриональной стадии развития Drosophila melanogaster.

На 8-е сутки закладывался новый эксперимент: кювета (УСВ, 1 сектор) с «ранними» личинками оставлялась на месте, а на 4-ый сектор помещалась кювета с эквивалентным количеству вылупившихся личинок число куколок (~25). Параллельно приготовляли контрольную кювету с 25 куколками. Взаимодействие куколок поздней стадии (1,5 - 2 суток до вылета имаго) с личинками в течение 5 суток приводит к следующим результатам:

в кювете с куколками наблюдалась 100 %-ная летальность (не вылетела ни одна взрослая особь), а личинки в контактирующей кювете остались жизнеспособными. Кроме того, их возраст составляет уже почти 8 суток. На этой стадии обычно остается около 40 % личинок третьего возраста, а большинство из них уже окукливается (Объекты биологии развития, 1975). В данном же случае личинки по своим размерам и степени прозрачности соответствуют лишь личинкам первого возраста! Они, как и пять суток до сего момента, остаются в 2-3 раза мельче «сверстников»! Это наблюдалось на 5-е сутки экспозиции (плюс к тем семи, которые уже прошли). Экспозицию прекращали, и через 20-25 часов все эти личинки погибали, вероятно, из-за незначительных размеров, не дающих возможности для формирования пупария.

В следующей серии экспериментов личинки также взаимодействовали с поздними куколками в течение 5-ти суток. Результатом являлась 100 %-ная гибель куколок. Но экспозиция на этом не заканчивалась. Взаимодействие личинок через УСВ проводилось

132

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2011

ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА

f

Рис. 2. Проявляющиеся при дистантных взаимодействиях аномалии развития крыльев у имаго дрозофилы: а) - норма; б) - симметричная деформация крыльев; в) - несимметричная деформация крыльев

Коррекция развития при развороте дифракционного пятна на 8 градусов

150

100

%

50

0

левая правая контроль

гибель  живые

Рис. 3. Биологическое действие УСВ: Слева - дифракционная картина прибора, справа - биологическое действие

с хорошо развившимися в обычных условиях имаго (трехсуточного возраста). Контролем являлись личинки такого же возраста и физиологического состояния, полученные в результате дистантного взаимодействия через УСВ с куколками. Брались личинки в том же количестве, что и имаго. Контрольные личинки погибали, как и в первом случае, примерно через 20-25 часов, а экспериментальные - через 7-7,5 суток даже могли окукливаться, метаморфизируясь в аномально маленьких куколок (примерно в 3 раза мельче, чем в контроле)! Полученные данные свидетельствуют о том, что в подобном случае воздействие старшей возрастной группы оказало «оживляющее» действие на младшую (хотя в ряде работ, проводимых на низших позвоночных,

иногда прослеживается и обратная закономерность) [4, 8].

За столь длительное время в кювете с имаго уже начало развиваться Fp личинки догнали и перегнали «соседей», а примерно 30 % из них уже начали окукливаться. Жизненный цикл, протекающий в кювете с исходными имаго, не имел достоверных отличий от контроля (которым служила кювета с таким же количеством имаго, выросших в обычных условиях) по численности особей F выживаемости и продолжительности отдельных онтогенетических стадий и самого жизненного цикла.

Общая продолжительность аномальной личиночной стадии составила, т.о., 1112 суток, что почти соответствует нормальной продолжительности всего жизненного цикла

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2011

133

ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА

дрозофилы. Следовательно, можно констатировать достоверное удлинение личиночной стадии жизненного цикла. Дальнейшее наступление стадии куколки было характерно для примерно 35 % крохотных личинок. А еще через трое суток из всех сформировавшихся крохотных куколок вылупились крошечные имаго (также примерно в 3 раза меньше имаго, развившихся в контрольных нормальных условиях)! Их жизнеспособность оказалась очень незначительной, и в течение двух последующих суток все они погибали.

Общая продолжительность жизненного цикла необычных мух при температуре 24 °С составила 19-20 суток, тогда как контроль при той же температуре развивался за 10-11 суток. Т.е. наблюдается статистически значимое удлинение жизненного цикла мух, контактирующих на стадии личинки через первую секцию УСВ попеременно: с младшей (личинки) (пока происходит взаимодействие с имаго-родителями необычных форм), более старшей (куколки) (родительские имаго уже погибли, но вылупились личинки), а затем с «еще более старшей» (имаго) онтогенетической стадией, примерно на 172-190 %. Также следует отметить, что, вероятно, собственно эмбриональный период развития в столь длительном жизненном цикле имеет меньшую продолжительность, нежели в норме, т.к. личинки вылупляются раньше обычного (см. выше) и продолжительность всего цикла увеличивается преимущественно за счет личиночной стадии.

Таким образом, трансформация УСВ параметров естественных сверхслабых собственных электромагнитных излучений дрозофил Drosophila melanogaster может являться действенным механизмом информационной регуляции не только продолжительности хода, но и последовательности прохождения стадий постэмбрионального развития насекомых с полным превращением.

Интересные результаты были получены авторами при экспериментах с эмбрионами рыбы вьюн Misgurnus fossilis. Описание экспериментальной установки и методики эксперимента подробно приведены в работах [9, 10]. Как показали уже самые первые экс-

перименты (2003 г.), в процессе обмена биологической информацией (собственные электромагнитные излучения эмбрионов) между двумя группами биологических образцов наблюдались попарно-симметричные зоны, в которых характер и проявления дистантных взаимодействий были идентичны.

Оптическое взаимодействие групп одновозрастных эмбрионов через УСВ в течение 20.. .24 ч изменяло динамику их дальнейшего развития по сравнению с контрольными группами, чего никогда ранее не наблюдалось при прямом оптическом контакте одновозрастных зародышей [4]. На рис. 3 показаны результаты эксперимента, при котором условия, в которых содержались зародыши, исключали возможность выживания эмбрионов для всех групп, участвующих в эксперименте. По крайней мере, в проводимом эксперименте наблюдалась 100 % гибель образцов в контроле.

Тем не менее, в секторе I (на рис. 3 он обозначен как «левый»), выживаемость эмбрионов достигала 30 %. По сравнению со 100 % гибелью эмбрионов в «контроле» это весьма впечатляющий результат.

Ниже мы приводим иллюстрацию результатов проведенного эксперимента из работы [9]. На рисунке сохранены оригинальные обозначения работы 2008 г.

Дальнейшее исследование механизмов трансформации собственного электромагнитного излучения биологических организмов лазерными УСВ с различными оптическими характеристиками позволит значительно расширить их использование не только в космических астронавигационных системах, но также в биологии и медицине для коррекции различных физиологических процессов.

Таким образом, трансформация УСВ параметров естественных сверхслабых информационных собственных электромагнитных излучений биологических объектов, принадлежащих к разным видам живых организмов - беспозвоночные дрозофилы Drosophila melanogaster или низшие позвоночные - рыба вьюн Misgurnus fossilis, может являться действенным механизмом регуля-

134

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2011

ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА

ции не только продолжительности хода, но и последовательности прохождения стадий постэмбрионального развития.

На основании полученных экспериментальных данных авторы предлагают провести аналогичный эксперимент в условиях космического полета на биоспутниках типа «Бион» или «Фотон». Биологические эксперименты и ранее проводились в условиях полета автоматических спутников, например во время полета КА «Космос-936» [11].

Библиографический список

1. Кузнецов, Е.А. Дистантные взаимоотношения зооспоровых водных грибов / Е.А. Кузнецов // Микология и альгология -2004: Материалы юбилейной конференции, посвященной 85-летию кафедры микологии и альгологии МГУ им. М.В. Ломоносова. - М.: Издательство «Прометей», 2004. -С. 81-83.

2. Николаев, Ю.А. Взаимодействие микроорганизмов, опосредованное физическими полями / Ю.А. Николаев, В.К. Плакунов, С.Н. Филиппова и др. // Электромагнитные излучения в биологии. Труды III международной конференции. - Калуга: изд-во КГПУ, 2005. - С. 213-218.

3. Moltchanov A.A., Galantsev V.P. On the functional role of spontaneous photon emission in the mammary gland // Biophotonics. Non-equilibrium and coherent systems in biology, biophysics, biotechnology. Proceedings oflnternationalA.G.Gurwitsch conferens. BioInform Services (Moscow, Russia). 1995, p.341-350.

4. Бурлаков, А.Б. Дистантные взаимодействия разновозрастных эмбрионов вьюна / А.Б. Бурлаков, О.В. Бурлакова, В.А. Голиченков // ДАН. - 1999. - Т. 368. - № 4. - С. 562-563.

5. Шаргородский, В.Д. Разработка лазерных ретрорефлекторных антенн на основе уголковых световозвращателей для высокоточных измерений дальности до космических аппаратов / В.Д. Шаргородский и др. //Электромагнитные волны и электронные системы. - 1997. - Т. 2. - № 2. - С. 50-57., С. 137-147.

6. Bodenstein D. The postembryonic development of Drosophila. In: «Biology of Drosophila». N.Y. John Wiley & Sons, 1950, P. 275-367.

7. Бурлаков, А.Б. Управление дистантным взаимодействием биологических объектов при помощи оптических приборов. Анализ механизмов воздействия / А.Б. Бурлаков, О.В. Бурлакова, Ю.С. Капранов и др. // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2005. - Т. 10. - № 1-2.

- С. 57-65.

8. Burlakov A.B., Golichenkov V.A. The long range interactions of developing biosystems // Modern Natural Sciences: Proceedingss of 3rd International Conference INTERNAS’2007, Kaluga, Russia. May 22-25, 2007. -Kaluga: KGPU. - 2007. - .P. 115-118.

9. Бурков, В.Д. Управление дистантным взаимодействием биологических объектов при помощи кварцевых световозвращателей / В.Д. Бурков, А.Б. Бурлаков, С.В. Перминов и др. // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2008. - № 8-9. - С. 41-48.

10. Бурлаков, А.Б. Физические механизмы управления волновыми дистантными межорганизменными взаимодействиями при помощи зеркальных оптических приборов / А.Б. Бурлаков, О.В. Бурлакова, М.Р. Короткина и др. // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2008. - Т. 13. - № 10.

- С. 30-37.

11. Крашенинникова, Т.К. Влияние факторов космического полета на свойства микроорганизмов

- продуктов биологически активных веществ / Т.К. Крашенинникова, Е.Н. Канаева, А.Д. Украинцев и др. // Космические исследования. - 2001. -Т. 39. - № 4. - С. 356-360.

СОЦИАЛЬНО ОТВЕТСТВЕННЫЕ ИНВЕСТИЦИИ ГОСУДАРСТВА

и бизнеса в области снижения антропогенной нагрузки на экосистему

Н.А. ХУТОРОВА, доц. каф. стратегического маркетинга Международной школы управления и бизнеса МГУЛ, канд. экон. наук

В последние десятилетия существенно меняется парадигма развития общества, отношения общества к глобальным, общемировым проблемам. Активно нарастают процессы экологизации населения. Экологи-

khutorova@mgul.ac.ru

ческое мышление распространяется на все сферы деятельности человечества, охватывая все большее число населения планеты и мотивируя повышение ответственности по отношению к окружающей среде.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2011

135