Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I 7 CLASS Литературный обзо CLASS р 7
1.1. Особенности действия ЭМИКВЧна организмы 7
1.2. Лечебное действие ЭМИКВЧ 20
1.3. Действие ЭМИ КВЧ на рост и развитие организмов . 24
1.4. Влияние ЭМИ КВЧ на обучение животных 31
ГЛАВА II 36 Методика исследований 36
2.1, Объект и культура жука Tenebrio molitor 36
2.3. Опыты на личинках. 39
2.4. Опыты на куколках 41
2.5. Опытынажуках. 41
2.6. Методика обучения 41
2.7. Действие ЭМИ КВЧ. 46
ГЛАВА III 49 Влияние ЭМИ КВЧ 36 ГГц на рост и развитие личинок 49
3.1. Действие ЭМИ КВЧ с ППМ 100мкВт/см2 на вес личинок .49
3.2. Влияние ЭМИКВЧс ППМ 100 мкВт/см на развитие личинок мучного хрущака 56
3.3. Действие ЭМИКВЧс ППМ 100мкВт/см2 на развитие куколок мучного хрущака 64
ГЛАВА IV 74 Влияние ЭМИ КВЧ на обучение личинок и жуков 74
4.1. Обучение в лабиринте личинок контрольной группы 74
4.2. Влияние ЭМИ КВЧ на обучение личинок мучного хрущака... 82
4.3. Обучение личинок, облученных сразу после линьки 82
4.5. Обучение личинок, облученных на 7 день после линьки 89
4.6. Обучение личинок, облученных на 9 день после линьки 91
4.7. Анализ полученных результатов по обучению личинок 93
4.8. Сохранение памятного следа у личинок, обученных перед действием ЭМИКВЧ. 97
4.9. Влияние ЭМИКВЧна обучение жуков., 99
Обсуждение результатов 107
Выводы: 117
Список литературы 119
Список таблиц 139
Список рисунков 140
Список сокращений 141
- Действие ЭМИ КВЧ на рост и развитие организмов
- Действие ЭМИ КВЧ с ППМ 100мкВт/см2 на вес личинок
- Обучение в лабиринте личинок контрольной группы
- Анализ полученных результатов по обучению личинок
Введение к работе
Электромагнитобиология — одна из динамично развивающихся областей науки, находящаяся на стыке физики и биологии. Широкое внедрение в повседневную жизнь различного технологического оборудования, распространение радиосвязи и телевидения привело к общему повышению уровня электромагнитного поля различных частотных диапазонов в окружающей среде. Следствием такого технического прогресса явилось электромагнитное загрязнение окружающей среды. Сформировался новый экологический фактор — электромагнитное излучение (ЭМИ) антропогенного происхождения. Последствия такого загрязнения до сих пор не выяснены. Перед учеными стоит задача понять и изучить влияние ЭМИ на живой организм.
Исследования влияния ЭМИ на биологические объекты ведутся более 50 лет. В литературе насчитывается большое количество публикаций о влиянии ЭМИ на живые организмы. Установлено, что организм человека и животных реагирует на воздействие ЭМИ (Андреев и др., 1985; Голант и др., 1994; Новоселова и др., 2002; Dardanoni, 1985; Perrin, 2002). Эффекты ЭМИ и степень их выраженности сильно различаются и зависят от параметров излучения
и исходного состояния объекта. При облучении организма, ответная реакция на воздействие ЭМИ может быть зарегистрирована на молекулярном, клеточном и организменном уровнях (Golant, 1989; Del Guidice et al., 1989).
Процессы роста и развития восприимчивы к внешним воздействиям. Влияние ЭМИ на эти процессы изучено слабо. Одним из удобных объектов для исследования действия ЭМИ на развитие являются насекомые.
Развитие насекомых - сложный процесс. Наличие у насекомых в цикле развития смены стадий сопровождается кардинальными морфологическими перестройками организма. Изменяется внешний облик на каждой из стадий развития насекомых, происходит перестройка внутренней структуры организма. Такие особенности сделали насекомых подходящим объектом для изучения влияния внешних факторов.
Жук мучной хрущак Tenebrio molitor, благодаря наличию четкой дифференциации стадий развития и изменением внешнего облика на каждой из стадий, является удобным объектом для изучения действия различных внешних факторов окружающей среды на рост и развитие животных. Фундаментальные исследования развития насекомых и их регуляция с помощью гормонов
метаморфоза позволяют анализировать действие различных внешних факторов непосредственно через эндокринную систему насекомых.
Целью данной работы было исследование влияния ЭМИ КВЧ на процессы развития насекомых.
Были поставлены следующие задачи:
Изучить действие ЭМИ на рост и развитие жука мучного хрущака
Выяснить влияние ЭМИ на процессы обучения и сохранения памятного следа в ходе развития жука мучного хрущака.
Работа выполнена в Пущинском Государственном Университете (г.Пущино, Московской области). Научные руководители: д.б.н. профессор О.В. Годухин, к.б.н. Шейман И.М.
Действие ЭМИ КВЧ на рост и развитие организмов
Рост и развитие организма являются наиболее уязвимыми процессами. ЭМИ КВЧ может как увеличивать скорость роста, так и замедлять его. Скорость роста культуры Saccharomyces cerevisiae при облучении в диапазоне частот 41,8 - 42 ГГц либо увеличивалась на 15%, либо уменьшалась на 29%. Эффект зависел от не идентифицированных и неподконтрольных условий (Gnmdler et al., 1982). При облучении частотой 46 ГГц и ППМ 0,03 мкВт/см2, скорость роста культуры дрожжей увеличивалась (Голант и др., 1994).
Однако, ЭМИ КВЧ в диапазоне частот от 41,682 ГГц до 41,710 ГГц при ППМ 0,5 мкВт/см и 50 мкВт/см не влияло на скорость роста клеток культуры дрожжей Saccharomyces cerevisiae (Gos et al., 1997).
У бактерий рода Candida скорость роста уменьшалась на 15% при частоте 72 ГГц. Но не изменялась при частоте 71,8 и 72,2 ГГц. В то же время, при 3-х часовом непрерывном облучении с частотой 72 ГГц скорость роста культуры бактерий увеличивалась на 25%. Это показывает остро-резонансный характер действия ЭМИ (Dardanoni, 1985).
ЭМИ КВЧ с частотой 2,45 ГГц и 3,10 ГГц оказывало влияние на развитие культуры бактерий Salmonella typhymurium. В питательной среде под воздействием ЭМИ культура бактерий показывала экспоненциальный рост (Hamnerius et ab, 1985). Снижение числа мутаций у бактерии Salmonella typhimurium наблюдалось при воздействии ЭМИ КВЧ частотой 217 МГц и 2,45 ГГц (Perrin, 2002).
ЭМИ КВЧ частотой 1-4 ГГц оказывало влияние на рост личинок клещей Hyalomma asiaticum осенней и весенней генераций. Облучение проводили на 10 сут после насыщения личинок. Первые отродившиеся нимфы появились в одинаковые сроки после облучения как в весенней, так и в осенней генерации — на 16-18 сут после насыщения личинок. Различия наблюдались в следующем. Линька облученных и необлученных клещей весенней генерации протекала в значительно более короткие сроки, нежели осенней. Период линьки в первом случае занимал от 2 до 5 сут, в то время как во втором - от 8 до 12 сут. Наибольшие расхождения отмечены в количестве нимф. У личинок весенней генерации наблюдалось 100% превращение личинок в нимф. Последующая выживаемость облученных личинок была на уровне 100%. Выживаемость клещей осенней генерации была значительно ниже. В контроле доля пролинявших составила 46%, в опыте - 25% (Буренков и др., 1996).
При облучении клещей Hyalomma asiaticum наблюдались частотно-модулированные эффекты. В опытах использовали ЭМИ в диапазоне частот 1-4 ГГц с частотами модуляции от 1 до 7 Гц. Наиболее выраженное действие наблюдалось при частоте модуляции 7 Гц. Эффект выражался в угнетении развития и увеличении смертности клеща на разных фазах его жизненного цикла. Особые нарушения имели место в ходе эмбрионального развития и метаморфоза. ЭМИ с частотой 4 ГГц вызывало задержку вылупления клещей из яиц. Разница между опытом и контролем достигала 30 дней. Особи, вылупившиеся из интактных личинок, становились активными в первый же день после отрождения, в то время как при облучении с частотой 1-3 ГГц и ППМ 10-20 мкВт/см2 активация задерживалась до 20 сут. (Буренков и др., 1996).
В исследованиях на мухах-дрозофилах Drosophila melanogaster было показано, что ЭМИ воздействовало как на эмбрионов дрозофил, так и на их личинок и куколок. Немодулированное воздействие ЭМИ частотой 460 МГц оказывало тератогенное влияние на насекомых. Эффект проявлялся в виде повреждения крыльев, ног и других частей тела, наблюдалась стерильность мух. При облучении эмбрионов возраста 15 ч 10 мин воздействие ЭМИ приводило к остановке развития. Величина эффекта зависела от частоты и длительности облучения, частоты модуляции. Отмечено, что модулированное ЭМИ более эффективно влияло на развитие в сравнении с немодулированным (Большаков и др., 1997, 2001). Эмбрионы дрозофилы в стадии гаструлы и бластулы (2-3 часа после откладки яиц) и куколки подвергались облучению в диапазоне частот 46,35, 46,42 и 46,50 ГГц на протяжении 4-4,5 часов и ППМ 0,1 иВт/см2. Эффект был обнаружен только при частоте 46,35 ГГц при облучении куколок. Частота аномалий в сравнении с контрольной группой повысилась в 2-4 раза. Это не влияло на выживаемость особей. В то же время, облучение эмбрионов вызывало снижение уровня выживаемости на 30% (Беляев и др., 1990). Облучение способствовало появлению различных типов морфозов у развивающихся животных (Афромеев и др., 1997).
Эффекты действия ЭМИ исследовали на примере медоносной пчелы при частоте 40,68 МГц. Выяснилось, что в первые минуты после начала облучения резко повышалась скорость разогрева тела. Личинки реагировали повышением локомоторной активности. При облучении повышалась летальность особей. Процент летальности прямо пропорционален продолжительности облучения. При облучении на протяжении 5 минут гибель особей составляла около 2,5%, при 15 минутах облучения - 37%, при 20 минутах - 81%. Было выявлено недоразвитие отдельных участков тела, зависящее от продолжительности облучения. Действие сверхвысоких частот на морфогенез пчелы сходно с эффектом гипертермии яиц (Еськов, 1996).
Действие ЭМИ КВЧ с ППМ 100мкВт/см2 на вес личинок
Способ проведения опытов по влиянию ЭМИ различной мощности на развитие личинок заключался в наблюдении за динамикой изменения веса личинок. Для опытов отбирали по 10 только что пролинявших личинок, соответствовавших третьему и четвертому возрастам. Количество личинок в каждой серии опытов, было одинаковым и составляло 15 штук. Всего было испытано 120 личинок. Длина всех личинок в группе была одинаковой и равнялась 6 мм. Средний начальный вес каждой личинки в группе был равен 7.6-7.7 мг.
На рисунке 3 представлена динамика изменения веса личинок контрольных и подопытных групп. Видно, что как в подопытных, так и в контрольных группах наблюдалось постепенное нарастание веса личинок. Максимальная прибавка в весе в контрольной группе личинок наблюдалась на 12 день с момента начала опыта и составила 67.5% от первоначального веса. В группе личинок, облучавшихся ежедневно, максимальная прибавка веса в первом возрасте достигалась также на 12 день возраста и составила 61.8% от изначального веса. При еженедельном облучении, максимальная прибавка была также на 12 день и составила 71.4%.
По достижении максимального значения, вес личинок снижался. Наступала линька личинок. Критическая точка, когда пролиняло более половины всех личинок в группе, наступала в двух подопытных группах на 14-й и 17-й день. В это время относительная прибавка веса по отношению к максимальному весу составила для личинок, облучавшихся еженедельно, 5.12%; для облучавшихся ежедневно -3.12%. При измерении веса личинок от точки максимальной прибавки веса до критической точки наблюдали постепенное уменьшение среднего веса личинок (рис.З).
Таким образом, в первые 12-14 дней после предыдущей линьки при еженедельном облучении наблюдали стимулирующее действие ЭМИ КВЧ на вес личинок. Ежедневное облучение на протяжении в аналогичный период оказывало тормозное действие на вес личинок.
Прибавка веса последнего дня к начальному весу на 12-14 день для группы личинок, облучавшихся еженедельно, составила 72.7% на 18-й день. Для личинок, облучавшихся ежедневно, прибавка на 17-й (последний) день равнялась 60.5%, а в контрольной группе - 68.8% на 18-й день. Максимальный вес у личинок в еженедельном опыте равнялся 13.2 мг, что больше веса личинок в контрольной группе (13 мг) и веса личинок, облучавшихся ежедневно (12.3 мг) (Табл.1).
При продолжении опыта в ходе следующих двух возрастов синхронность развития личинок нарушалась, что естественно для постэмбрионального развития хрущака. На рисунке 4 приведена общая картина динамики веса в контрольной и двух подопытных группах. Можно видеть, что по ходу развития кривые изменения веса в подопытных группах проходят ниже кривой нарастания веса в контрольной группе. При этом кривая в группе личинок с ежедневным облучением ниже кривой личинок, облучавшихся еженедельно.
Статистический анализ соотношения подопытных и контрольной групп выявил следующее. На рисунке 4 выделены 3 области, соответствующие концу каждого из трех возрастов, представленных на рисунке, в которых наблюдали достоверные (р 0,05) отличия между весом личинок контрольной и подопытных групп. На 14-17 дни развития личинок после начала опыта наблюдались достоверные (р 0.05) отличия между личинками, облучавшимися еженедельно и контрольной группой. При этом подопытная группа личинок превосходила по весу контрольную группу. В дальнейшем, соотношение весов подопытных и контрольных групп изменялось.
Обучение в лабиринте личинок контрольной группы
В настоящей работе изучали действие ЭМИ КВЧ (частота 36 ГГц, ППМ 100 мкВт/см ) на процессы обучения личинок в ходе их развития и сохранения памятного следа у жуков в ходе метаморфоза. В соответствии с задачей опыты ставили на личинках в день линьки, на 3, 7 и 9 дни после линьки.
Для опытов отбирали только что пролинявших («белых») личинок за 2-3 линьки до окукливания. Обучение личинок контрольной группы проводили непосредственно в день линьки, на 3-й день, на 7-й и 9-й дни после линьки. Личинок контрольной группы не подвергали действию ЭМИ КВЧ. Сравнивали между собой группы личинок, обученных в разные сроки своего развития на протяжении одного возраста. Результаты характеризовали общим числом неправильных выборов и их динамикой по сериям.
Личинки контрольной группы показали следующие результаты обучения. Медиана числа неправильных выборов для личинок, обученных сразу после линьки, составила 17.5. Медиана числа неправильных выборов в группе личинок, обученных на 3 день, равнялась 23. Медиана числа неправильных выборов у личинок, обучавшихся на 7 и 9 дни своего развития, была равна 18 и 16,5 соответственно. Полученные данные показывают, что медиана числа неправильных выборов была наибольшей в группе личинок, обученных на 3 день после линьки. Такие личинки отставали в обучении от личинок других групп. Наименьшее число неправильных выборов наблюдали в группе личинок, обученных на 9 день после линьки. Эти личинки обучались лучше остальных.
Таким образом, в контрольных группах наименьшее число неправильных выборов совершали те личинки, опыты на которых проводились во второй половине возраста. Личинки, обученные на 3 день возраста, совершали наибольшее число неправильных выборов. Различий между личинками, обученными в день линьки и на 7 день после линьки, не обнаружены. На рисунке 9 представлена общая картина обучения личинок контрольных групп.
Анализировали динамику обучения личинок контрольной группы в последовательных сериях опыта. Считали среднее число неправильных выборов на одну личинку в каждой из последовательных серий. Личинки всех контрольных групп заканчивали обучение к 5 серии опыта. Среднее число неправильных выборов у личинок, обученных сразу после линьки, в первой серии опыта равнялось 7.2; во второй серии - 5; в третьей серии - 3.3; в четвертой и пятой сериях 1.9 и 2 соответственно. Личинки, обученные на 3 день возраста, показали следующие результаты. Среднее число неправильных выборов у личинок в первой серии опыта равнялось 8.5; во второй серии - 6.5; в третьей серии - 4.3; в четвертой - 2.4; в пятой серии - 1.7. Среднее число неправильных выборов для личинок, обученных на 7 день после линьки, в первой серии опыта равнялось 7.3; во второй серии - 5.6; в третьей серии - 3; в четвертой и пятой сериях 2.1 и 2 соответственно. Среднее число неправильных выборов у личинок, обученных на 9 день, в первой серии опыта, равнялось 7.1; во второй серии - 4.8; в третьей серии - 2.8; в четвертой серии - 2.2; в пятой серии - 2. Динамика обучения личинок контрольной группы представлена на рисунке 10. Таким образом, личинки, обученные на 3 день после линьки, совершали наибольшее число неправильных выборов во всех сериях опыта. Личинки, обученные на 9 день после линьки, совершали наименьшее число неправильных выборов.
Анализ полученных результатов по обучению личинок
Было проведено сравнение обучения всех подопытных групп. Результаты обучения личинок всех подопытных групп представлены на общем рисунке 13. Видно, что все подгруппы личинок, облученные перед обучением, отличались от соответствующих контрольных групп меньшим числом неправильных выборов направления в лабиринте. Анализ эффекта ЭМИ КВЧ в зависимости от момента облучения по отношению к срокам развития насекомых показал, что наибольший эффект ЭМИ КВЧ проявляется при облучении насекомых сразу после линьки. Отличий между группами личинок, облученных накануне и в день обучения, не обнаружено. Действие ЭМИ КВЧ на обучение сильнее выражено при обучении в первой половине возраста.
Анализ динамики обучения показал, что наибольшее число неправильных реакций было в контрольных группах животных. Число неправильных реакций, как в первой, так и в последовательных сериях опытов в группах облученных личинок было чаще всего меньше, чем число неправильных реакций в соответствующих группах контрольных личинок (рис. 13)
Наибольшее количество серий опытов понадобилось для обучения личинок контрольных подгрупп каждой из групп. Личинки контрольных групп продолжали обучение на протяжении 5 серий опытов. Облученные личинки обучались быстрее. Они быстрее достигали уровня обученности, чем необлученные личинки и заканчивали обучение за 3-4 серии. В таблице 8 показана доля личинок каждой группы, закончивших обучение в 3-5 сериях опытов.
В сводной таблице 9 и на рисунке 14 представлен коэффициент сохранения памятного следа у обученных личинок всех групп. Коэффициент сохранения памятного следа у всех жуков в подопытных группах был всегда выше, чем коэффициент сохранения памятного следа у жуков контрольных групп. Различия в уровне сохранения памятного следа у жуков, соответствующих личинкам, облученным накануне или в день обучения, были слабо выражены. Наибольший коэффициент сохранения памятного следа наблюдали у тех личинок, которые были облучены непосредственно после линьки и на 3 день после линьки. Коэффициент сохранения памятного следа в группах подопытных личинок представлен на рисунке 14, б. Полученные данные о тенденции к сохранению памятного следа в ходе метаморфоза у жуков повторяют характер данных, полученных в результате обучения личинок соответствующих групп.
Можно заключить, что ЭМИ КВЧ оказывало стимулирующее действие на обучение личинок мучного хрущака. Наибольший стимулирующий эффект ЭМИ КВЧ наблюдали при облучении личинок непосредственно после линьки. Действие ЭМИ КВЧ также способствовало сохранению памятного следа у насекомых в ходе метаморфоза при облучении до обучения. Эффект ЭМИ КВЧ проявлялся при обучении личинок в первой половине возраста.
В отдельных группах подопытных личинок, облучение проводили сразу по завершении процесса обучения. Обучение личинок проводили непосредственно после линьки, на 3, 7 и 9 дни после линьки. Тестирование жуков на сохранение памятного следа проводили после вылупления жуков из куколок. Коэффициент сохранения памятного следа для личинок, обученных сразу после линьки, на 3, 7, 9 дни после линьки, составил 0.22, 0.27, 0.31, 0.24 соответственно. Полученные результаты показали, что коэффициент сохранения памятного следа у личинок, облученных после обучения не достоверно (р 0,05) отличался от результатов соответствующих контрольных групп личинок (рис 14, в). Для того, чтобы исключить воздействие посторонних факторов, были проведены опыты с ложным облучением личинок. Ложное облучение личинок для опытов по обучению проводили таким же образом, как и ложное облучение куколок, В опытах использовали личинок, облученных и обученных сразу после линьки, облученных после линьки и обученных на 3 день после линьки и соответствующие группы ложнооблученных личинок. Каждая группа насчитывала по 10 личинок.
Были получены следующие результаты. Медиана числа неправильных выборов для личинок, обученных сразу после линьки, составила 17.6. Медиана числа неправильных выборов в группе личинок, обученных на 3 день, равнялась 23,3. Медиана числа неправильных выборов личинок, облученных сразу после линьки равнялась 11,9, медиана числа неправильных выборов у личинок, облученных сразу после линьки и обученных на 3 день была равна 15,7. Отличия между группами ложнооблученных личинок и соответствующими подопытными группами достоверны (р 0,05).
