Изменчивость активности гидробионтов в условиях геомагнитных возмущений

Изменчивость активности гидробионтов в условиях геомагнитных возмущений

Степанюк И. А., Баландина Н. Л.

Российский Государственный Гидрометеорологический Университет

Исследования последних лет доказывают наличие геомагнитного фактора экологии и его влияние на активность гидробионтов. При этом роль этого фактора сравнима с ролью таких общепринятых факторов как температура, соленость, освещенность и другие. Однако исследования в этой области практически не проводятся. Тем самым, вызывает особый интерес изучение влияния геомагнитных возмущений на поведенческую и пищевую активность гидробионтов.

Теоретические представления. Геомагнитные возмущения, источник которых связан с процессами, происходящими в ионосфере и магнитосфере в результате влияния солнечной активности, проникают в океан на значительные глубины и таким образом отражаются на процессах, протекающих в живых организмах. Косвенным доказательством такого влияния является значимый коэффициент корреляции между годовыми уловами сельди и планетарным индексом геомагнитной активности.

Кроме этого, по имеющимся данным гидробионтами учитывается собственное электромагнитное поле Земли. Известно, что в зонах циклонической деятельности в атмосфере генерируются электромагнитные колебания широкого частотного спектра /1/. Однако, на значительном удалении от этих эон экспериментально доказано наличие преимущественно КНЧ-составляющей этих полей /1/. При движении циклона возбуждаются электромагнитные поля не только в атмосфере, но и в почве и воде. Исходя из этого факта, возникла гипотеза о возможном воздействии индуцированных циклоном электрических токов в воде на электрочувствительных гидробионтов и о возможности получения ими информации об изменчивости геомагнитного состояния окружающей среды и о приближении опасных явлений, например, штормов. Для подтверждения этой гипотезы проводились эксперименты на баренцевоморских звездчатых скатах. Опыты показали, что скаты стремятся покинуть зону воздействия /2/.

Все больший интерес вызывает выяснение влияния различных факторов внешней среды на функциональные системы морских организмов. У рыб внешние воздействия, передаваясь через нервную систему, отражаются на работе главных вегетативных систем. Ряд исследований /3/ показали, что происходят изменения в моторике желудка в зависимости от частоты и интенсивности электрического воздействия.

В соответствии с этими представлениями нами проводились лабораторные опыты по изучению поведенческой и пищевой активностью гидробионтов в условиях геомагнитных возмущений.

Материал и методики. Для исследований был выбран экспериментально-физический метод, состоящий в определении численных значений поведенческой активности (ПА) в моделируемых и надежно контролируемых лабораторных условиях и поиск статистических связей этой активности с интенсивностью геомагнитных возмущений. В качестве биологического объекта в лабораторных экспериментах были выбраны карповые рыбы как весьма распространенный и доступный элемент биоты, а также в связи с преемственностью исследований, проводимых в течение последних лет кафедрой океанологии РГГМУ. Также исследования проводились с треской и форелью.

Для малых стай (до пяти - шести особей) карповых рыб в данной работе разработана и опробована методика определение числовых показателей активности путем регистрации через фиксированные интервалы времени расположения рыб по выделенным секциям экспериментального бассейна.

Наши эксперименты с карповыми рыбами проводились в продольном бассейне длиной 186 см, разделенном внешними отметками на 4 равные части. В аквариуме находилась стая из 6 рыб. Эксперименты начинались через 20-30 минут после помещения рыб в бассейн, для их адаптации. Длительность каждого эксперимента составляла 6 часов. Значения ПА определялись как изменения расположения рыб за интервал 15 сек. с дискретностью 1 мин. Затем производился расчет ПА.

Полученные ряды ПА обрабатывались в статистическом пакете МЕЗОБЛиЯ. Анализировались графики ПА, периодограммы и функции спектральной плотности ПА. Также оценивались все основные моменты распределения ПА.

Результаты и анализ. Были проведены ряд опытов при различных геомагнитных условиях. Наиболее показательные результаты получились во время опыта 22.10.98. На первом этапе (с 10.20 до, примерно, 13 часов) наблюдалась спокойная геомагнитной обстановка (с вариациями магнитного поля не более 40 нТл), затем произошел переход на второй этап - магнитной буре до 5-6 баллов (вариации магнитного поля до 200 нТл).

ПА рыб 22.10.98

ПА рыб в нормальных условиях (1-197 мин) и при геомагнитных возмущениях (196-360 мин) 22.10.98

Рис.1

Для спектрального анализа ряд был разделен на два участка, на одном при спокойной геомагнитной обстановке, на другом - во время бури.

Функция спектральной плотности ряда 22.10.98

S (ш) отн. ед

J

150 100 50

О ............

30 10 5 J

^ ынн:

30 10 5

1 - функция спектральной плотности при спокойной геомагнитной обстановке, 2 - функция спектральной плотности во время бури, 3 - спектр

красного шума

Рис. 2

Как видно из рис.2 функции спектральной плотности этих участков значительно различаются. В выявленных статистически значимых биоритмах около 20 и 35 минут значения функции спектральной плотности во время бури уменьшаются в 2,5-3 раза (рис.2). Магнитная буря подавляет биоритмику. Средние значения активности при магнитной буре уменьшаются в 2,5 раза.

Эти опыты подтвердили ранее проводившиеся опыты с треской, где были выявлены те же значимые биоритмы.

Основой постановки задачи по пищевой активности были результаты Шпарковского И.А. и Февралевой И.А. /3/, где, по-видимому, впервые было показано влияние переменных электрических полей на моторику желудка у скатов. Мы предположили, что потребление корма форелью в условиях выращивания в садковых хозяйствах может зависеть от СА и ГМВ. Пищевая активность оценивалась по объему потребления кормов в садковом аквакультурном хозяйстве (1997 г. и 1998 г.) При анализе устанавливались связи с ГМВ и СА путем совокупных оценок функций спектральной плотности, а также - кросс-спектральных функций. На графиках функции когерентности и кросс-спектров анализируемых рядов выделяются две области. Первая - с околосолнечными периодами (27-33 суток), вторая - в области с периодами около 7 суток, которые также характерны для геомагнитной активности. Значения коэффициентов корреляции на этих периодах достигают 0,55-0,77. Для примера на рис.3 приведены обобщенные результаты.

Как видим, все коэффициенты корреляции не только значимы, но и достаточно велики. Это позволяет нам сделать вывод о влиянии геомагнитного фактора на пищевую активность рыб, так что при высоких индексах геомагнитной активности их пищевая активность снижается.

Кросс-спектральная и автоспектральная функции пищевой активности форели в 1997 году (Б97) с числами Вольфа (У97).

синяя линия - функция кросс-спектра, малиновая линия - функция когерентности, оранжевая линия - автоспектр Б97, голубая линия - автоспектр У97.

Рис.3

Вышеприведенные данные, полученные в лабораторных либо полунатурных условиях, свидетельствуют о снижении активности во время геомагнитных возмущений и позволяют предположить, что уловы рыб определяются некоторыми закономерностями, которые в настоящее время не учитываются, т. е. наряду с гидрофизическими факторами, которые сейчас широко рассматриваются, существенную роль могут оказывать возмущения магнитного поля. Впервые интерес к этому был сформулирован Протасовым В.Р. с соавторами /4/ на примере уловов сельди, однако статистический анализ не проводился и этот пример остается единственным. Мы в наших задачах использовали современные данные по среднесуточным уловам путассу. Проводился кросс-спектральный анализ с индексами геомагнитной активности Ар, ^иш, числами Вольфа.

Были выявлены значимые периоды около 19 и 7 суток с коэффициентами корреляции 0,68 и 0,73 соответственно (рис.4).

Кросс-спектральная и автоспектральная функции уловов путассу в 1987 году (р87) со скоростью изменения индукции МПЗ по модулю (В87).

Период, сут.

синяя линия - функция кросс-спектра, малиновая линия - функция когерентности, оранжевая линия - автоспектр р87, голубая линия - автоспектр dmB87.

Рис.4

Выводы. В результате экспериментов были выявлены закономерности в ПА рыб в условиях геомагнитных возмущений. Были выявлены значимые биоритмы около 7, 20 и 35 минут, которые во время бури подавляются, а ПА рыб снижается. Также установлены взаимосвязи между количеством потребления корма и уровнем геомагнитной активности. Здесь были выявлены значимые биоритмы в области околосолнечных периодов и около 7 суток. В условиях магнитных бурь количество потребления корма существенно снижается. Показано влияние ГМВ на промысел рыб на примере путассу. Данные результаты можно использовать в прогнозах при промысле рыб и в садковых хозяйствах аквакультуры.

Список литературы:

1. Зимин А. В. Электромагнитные поля при гидрометеорологических процессах и оценка их влияния на отдельные виды гидробионтов -Автореферат диссертации на соиск. уч.степ. канд. ф.-м. наук. - РГГМУ, 2000. - 20 с.

2. Муравейко В. М., Степанюк И. А. Электромагнитные поля циклона и их действие на рыб //Сигнализация и поведение рыб.: Сб. научн.трудов. - Апатиты, Кольского филиала АН СССР, 1985. - с.19-24.

3. Шпарковский И. А., Февралева И. А. Сенсорные основы поведения морских проходных рыб арктических морей. Ч.2.Пищевое поведение. -Апатиты:Изд.Кольского филиала АН СССР, 1991. - 48 с.

4. Протасов В.Р., Бондарчук А.И., Ольшанский В.М. Введение в электроэкологию.- М.: Наука, 1982.- 336 с.