научная статья по теме ПРИЛИВНЫЕ ВАРИАЦИИ АКТИВНОСТИ РАДОНА КАК ВОЗМОЖНЫЙ ФАКТОР СИНХРОНИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Биология

Текст научной статьи на тему «ПРИЛИВНЫЕ ВАРИАЦИИ АКТИВНОСТИ РАДОНА КАК ВОЗМОЖНЫЙ ФАКТОР СИНХРОНИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ =

УДК 577.357;550.348

П РИЛИВНЫЕ ВАРИАЦИИ АКТИВНО СТИ РАДОНА КАК ВОЗМОЖНЫЙ ФАКТОР СИНХР ОНИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

© 2015 г. В.Е. Захватаев

Сибирский федеральный университет, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79

E-mail: v.09@mail.ru Поступила в p едакцию 20.06.13 г. После доработки 17.07.14 г.

Рассмотрены возможные сценарии синхронизации некоторых биологических процессов с вариациями ускорения лунно-солнечного гравитационного прилива, основанные на триггерном воздействии приливной силы на геосреду с модуляцией поля эманаций и активности радона и других радиоактивных элементов. Обсуждаются механизмы и модели чувствительности биосистем к приливным вариациям природного радиоактивного фона, включающие митохон-дриальный переход проницаемости и продуцирование активных форм кислорода и азота, байстендер-факторы и вторичное биогенное излучение, модуляцию клеточной сигнализации и ритмической экспрессии генов.

Ключевые слова: биологические часы, вторичное биогенное излучение, Луна, митохондриальный переход проницаемости, прилив, радон.

1. СИНХРОННОСТЬ ВАРИАЦИЙ

П РИЛИВНОЙ С ИЛЫ И НЕКОТОРЫХ БИОПРОЦЕССОВ

В последнее время подчер кивается важность исследований влияния геофизических полей, т. е. полей, фор мируемых геодинамическими про -цессами, на живые организмы и экосистемы [1,2]. Корреляции и общие периодичности про -цессов в биосистемах и в геофизических полях представляют значительный интерес.

Такие корреляции установлены в случае влияния солнечной активности на биосферу, начиная с р абот А. Л. Чижевского [3]. Полагают [1], что солнечная активность, в частности солнечные вспышки, воздействуют на биосистемы посредством таких факторов, как вариации в естественном фоне электромагнитных полей низких и сверхнизких частот, генерируемых в магнитосфер е; вар иации интенсивности УФ -В-излучения; уровень радиоактивности атмосферы, обусловленный вариациями концентрации радона-222, возрастающий во время магнитных бурь; изменение напряженности атмосферного электрического поля; космическое излучение и других [1]. Однако физические механизмы влия-

Сокращения: ССИ - сверхслабое излучение, АФК - активные формы кислорода, АФА - активные формы азота, МПП - митохондриальный переход проницаемости, МАРК - митоген-активируемая протеинкиназа.

ния таких слабых и сверхслабых факторов на биосистемы остаются неясными [1].

X орошо известна синхронность физиологических процессов и поведения организмов с морскими и океаническими приливами [4-8]. Приливы обусловлены изменением положений Луны и Солнца относительно Земли. П рилив-ный период, соответствующий подъему и понижению уровня воды, составляет в среднем 12,4 ч (циркаприливный ритм). Прилив модулируется в течение лунного цикла (29,53 сут); сизигийный (наибольший) пр илив наблюдается в фазы новой или полной Луны. Соответственно имеют место следующие о сновные пер иоды, связанные с Луной: 12,4 ч, 24,8 ч, 14,77 сут и 29,53 сут.

Синхронизация с морским приливом имеет адаптивное значение. Синхронизация созревания и размножения некоторых организмов с определенными лунными фазами может помогать в нахождении партнера, выборе внешних благопр иятных условий и избегании хищников [4,5,7]. Яйцеклетки у ряда таких о рганизмов развиваются к наступлению и созревают около определенной лунной фазы (для размножения с лунномесячным циклом), сизигийных приливов (для двухнедельного полулунномесячного цикла размножения) или суточных приливов (для приливного цикла размножения) [9]. При этом выработка данными организмами поло-

вых стероидных гормонов варьирует в соответствии с указанным синхронным развитием яйцеклеток.

Полагают, что цир каприливные ритмы могут обуславливаться как сигналами окружающей ср еды, так и внутр енними биологическими часами. Предложены три основные гипотезы: 1) имеются отдельные циркаприливные и цир-кадианные биологические часы [4]; 2) функцио-нир ует пара циркалунных часов (с лунносуточ-ным периодом 24,8 ч) в противофазе [10]; 3) имеются единые бимодальные часы, которые регулируют и циркадианный, и циркаприлив-ный ритмы [11].

Синхр онизация с пр иливом циклов метаболизма, физиологии, репродукции и поведения, установленная для ряда ор ганизмов (животных и растений), обитающих в прибрежной зоне, имеет место и при перено се организмов в постоянные лабораторные условия [4,8]. Так, наряду с обычными циркадианными циклами, устойчивые циркаприливные циклы, ассоциированные с биологическими часами, наблюдаются для ракообразных Euridice pulchra на поведенческом, физиологическом и молекуляр ном ур ов-нях [8]. С помощью РНК-интерференции, модулирующей экспрессию генов, регулирующих цир кадианные часы, и применения яр кого постоянного света, элиминир ующего циркадиан-ные ритмы, установлено, что экспрессия цир-кадианных водителей ритма (генов Euridice pulchra time и репоё) не связана с циркаприлив-ными биологическими часами (несмотря на изменения циркадианных ритмов в поведении и генной экспрессии, циркаприливный ритм оставался без изменений). При этом, однако, ин-гибирование казеинкиназы 1 влияло как на циркадианные, так и на циркаприливные ритмы активности, что свидетельствует о вовлечении опосредуемого этой киназой фосфорилирова-ния в механизмы обоих часов. Аналогичные результаты получены для мангорового сверчка Apteronemobius asahinai [12] и морского червя Platyneris dumerilii [7]. В последнем случае показано наличие биологических часов с периодом лунного месяца, контролирующих репро-дуктивность, и независимость этих часов от осцилляций экспрессии некоторых ключевых генов циркадианных часов. С другой стороны, экспрессия генов циркадианных часов репоё, с1оск, pdp1, timeless осциллирует не только в соответствии с циркадианным р итмом, но и в соответствии с лунными фазами, что свидетельствует о вхождении этих генов в циркалунные часы. Интер есно, что пр и этом циркадианная активность значительно различается между различными фазами Луны. Обнаружено тесное

взаимодействие между циркадианными и цир-калунными часами на генетическом уровне [13,14]. Эти результаты свидетельствуют о том, что циркаприливные и циркалунные часы могут иметь молекулярные механизмы, отличающиеся от механизмов цир кадианных часов, но, вместе с тем, эти часы связаны между собой. Интересно, что эволюционно циркаприливные часы могли пр едшествовать цир кадианным, являясь более фундаментальными.

Циркаприливная экспрессия генов может быть достаточно значительной, так по меньшей мере 5% транскриптома жабр двустворчатого моллюска Mytilus califomianus показывают циркапр иливную ритмическую экспрессию генов [15].

Механизмы, обусловливающие циркаприливные р итмы, до сих пор неясны. Полагают, что синхронизирующими пр иливными сигналами могут быть изменения давления, температур ы и солености воды, скорости течения, степени турбулентности [5,8].

Однако перечисленные факторы не могут соответствовать сравнительно недавно обнаруженной синхронности некоторых процессов в биосистемах вне прибрежной зоны с вариациями лунно-солнечного гравитационного прилива в земной коре [6,16-24].

С помощью видеосъемки высокого разрешения с получасовыми временными интервалами установлено [20,21], что скоро сти удлинений первичных корней проростков Arabidopsis tha-Шш в условиях постоянной о свещенности, влажности и температуры осциллируют с периодом 24,8 ч, совпадающим с лунными сутками. Первоначально рост проростков наблюдался в условиях периодических изменений о с-вещенности: 12 ч/12 ч и 16 ч/8 ч (соответственно свет/темнота) в течение четырех суток. В этих условиях скорости удлинений осциллировали с периодом 24,0 ч. Далее о существлялся пер еход к постоянному освещению, при этом пер иод осцилляций увеличивался примерно до 24,8 ч, что совпадает со средним периодом лунных суток. Максимальные скорости удлинений совпадали с минимальными значениями приливного ускорения. Тот же период 24,8 ч характеризует и ро ст в условиях постоянной освещенности без предварительной периодической смены освещенности. Во всех случаях установлена значительная корреляция между скоро стя-ми удлинений и вариациями гравитационной силы в месте проведения эксперимента (кро сс-корреляционный коэффициент 0,90-0,96) (следует отметить, что вариации приливной силы в данный момент времени и в данном месте проведения эксперимента могут быть точно вы-

числены). Аналогичные результаты получены и для условий непрерывной темноты в течение первых четырех суток с дальнейшим непрерывным освещением, что позволяет более однозначно связать данную синхронизацию с вариациями гр авитационной силы [20]. Это явление захвата частоты осцилляций скор остей удлинений корней вариациями гравитационного прилива носит общий характер, имея место для различных генотипов и в разные времена года. Вариации удлинения первичных корней могут зависеть от вариаций скоростей удлинения клеток преимущественно в зоне ра стяжения, которые определяются периодическим движением воды [21] и соответствующим ра стяжением клеточных стенок (концентрация К+ и других ионов, поглощаемых клеткой, а также иных осмотически активных веществ в клетке приводит к поступлению в клетку воды, увеличению тур горного давления содержимого клетки на клеточную оболочку и растяжению последней). Это движение воды р егулируется проницаемостью клеточных мембран и соответствующими механизмами пассивной диффузии и активного метаболического транспорта с участием белков, в частности ионных каналов и ак-вапор инов [21]. Важную роль в регуляции роста клетки растяжением в различных тканях играют фитогормоны ауксины [25].

Обнаружено [18,21], что при постоянных освещенности и других внешних условиях ник-тинастические движения листьев растений семейства бобовых, например Phaseolus шии1Аотш и СапауаНа ensiforшis, также согласованы с гра-витационным приливом. Исследования с использованием различных режимов чередования освещенности показали, что «точки поворота» -моменты времени, когда данный лист начинает свое быстрое движение вниз из верхнего положения или движение вверх из нижнего положения, - соответствуют точкам экстр емума

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком