БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 1, с. 158-163
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.3
ВЛИЯНИЕ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В РАЗНЫЕ ФАЗЫ P ЕГЕНЕРАЦИИ ПЛАНАРИЙ
© 2015 г. Х.П. Тирас, О.Н. Петрова, С.Н.Мякишева*, С.С. Попова, К.Б. Асланиди**
Пущинский государственный естественно-научный институт, 142290, Пущино Московской области, просп. Науки, 3; *Институт биофизики клетки РАН, 142290, Пущино Московской области, Институтская ул., 3; **Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино Московской области, Институтская ул., 3 E-mail: kbaslanidi@gmail.сот Поступила в p едакцию 20.10.14 г.
Проведен анализ эффектов слабых комбинированных магнитных полей, настроенных на циклотронную частоту иона Са2+, в разные фазы регенерации планарий. Показано, что регенерация планарий, регистрируемая через 72 ч после декапитации, сложным образом зависит как от продолжительности экспозиции, так и от времени между декапитацией и началом получасовой экспозиции. Обнаруженная зависимость может быть объяснена множественностью ферментативных мишеней, активирующихся в разные фазы процесса регенерации.
Ключевые слова: слабые магнитные поля, регенерация, планарии, ферменты, молекулярные мишени.
В настоящее время имеется достаточно сведений о том, что слабые комбинированные (переменные и постоянные) магнитные поля (КМП) с амплитудой, близкой к магнитному полю Земли, способны вызывать изменения в метаболизме самых различных живых организмов - от человека до микроорганизмов [1]. В современном мире, изобилующем бытовыми электрическими приборами, являющимися источниками электромагнитного поля, актуальность исследования механизмов действия таких полей не вызывает сомнения [2,3].
Физическая природа биологических эффектов слабых КМП до настоящего времени является причиной многочисленных дискуссий. Впервые С.Л. Албер рассматривал ион кальция в качестве мишени для слабых КМП [4], а А.Р. Либов [5] обнаружил, что эффективные частоты при действии слабых КМП совпадают с циклотронными частотами для ионов Са2+, Ка+ и других. Однако корректного физического обоснования циклотронная модель не получила. Результатом многочисленных дискуссий явилось лишь признание того факта, что биологические эффекты слабых КМП (В < 10-4 Тл) не связаны с нагревом биологической системы. Позднее, в 1991 г., В.В. Ледневым [6] было высказано предположение о том, что мишенями слабых
Сокращения: КМП - комбинированные магнитные поля.
КМП являются ионы, находящиеся в центрах связывания некоторых управляющих белков, таких как протеинкиназа С, кальмодулин и других, а взаимодействие ионов со слабыми КМП описывалось по аналогии с известным в атомной физике явлением параметрического резо-нанса. П ривлечение теории интер ференции угловых ионно-молекулярных состояний [7-10] только придало некоторую физическую стро-гость уже полученным экспериментальным результатам. Перечисленные модели взаимодействия иона с белком предполагают нелинейную зависимость вероятности конфор мационного отклика фермента (изменение скорости ферментативной реакции) от плотности вероятности волновой функции иона. В рамках приведенных представлений КМП с коллинеарно направленными постоянной (В0с) и переменной (ВАс) компонентами влияют на живой организм при значениях частоты переменной компоненты поля /, формально равной циклотронной частоте иона с зарядом ^ и массой т в постоянном магнитном поле В0с в вакууме. П ри этом предполагается, что биологические эффекты КМП обусловлены влиянием на скорость некоторых Са2+-зависимых биохимических реакций, в частности, реакций, опосредуемых протеинкина-зой С и кальмодулинзависимыми реакциями [5-7,10].
Наличие одной или нескольких постоянно существующих молекуляр ных мишеней предпо -
лагает накопление биологического эффекта при увеличении времени экспозиции живой системы в резонансном магнитном поле. П рямой эксперимент свидетельствует об отсутствии накопления и даже инверсии биологического эффекта в пр оцессе регенерации [11]. Отметим, что многие эффекты слабых КМП часто плохо воспро -изводимы или не могут найти объяснение в рамках существующих представлений. Плохая воспроизводимость биологических эффектов слабых и сверхслабых физических и химических воздействий может определяться рядом неконтролируемых в эксперименте экзогенных и эндогенных факторов, таких как физиологическое состояние организма, температура среды, электромагнитные поля и т.д. [12]. В частности, в экспериментах с регенерацией планарий обычно не учитывались такие параметры, как температур а и фаза сложного и многостадийного про -цесса регенерации [6,7,11-13].
Целью настоящей работы является сравнение выявленных в разные фазы регенерации планарий эффектов слабых КМП, настр оенных на циклотронную частоту иона Са2+ (С а-КМП).
В процессе работы решались следующие задачи:
1. Количественные оценки результатов регенерации от продолжительности экспозиции в слабых Са-КМП.
2. Количественные оценки результата регенерации от времени после декапитации до начала получасовой экспозиции в слабых Са-КМП.
Ниже будет показано, что результат регенерации, регистрируемый через 72 ч после де-капитации, сложным образом зависит как от продолжительности экспозиции, так и от времени после декапитации до начала получасовой экспозиции. Экспериментальная зависимость может быть объяснена множественностью ферментативных мишеней, активир ующихся в разные фазы процесса регенерации.
по 30 особей. В контроле как до, так и после декапитации планарии содержались в термо-статируемом помещении при температуре 26 ± 0,5°C, в постоянном электромагнитном поле с напряженностью fiDc = 50-10-6 Тл моделирующем естественное геомагнитное поле. Слабое С а-КМП с частотой 38 Гц, напряженностью постоянной компоненты Bdc = 50-10-6 Тл и напряженностью переменной со ставляющей fiAc = 92-10-6 Тл создавалось внутри катушки Гельмгольца. Для количественной оценки результата регенерации использовали метод прижизненной компьютерной мор фометрии, который базируется на регистр ации фотоконтр аста между старыми и новыми частями тела регенерирующих планарий и позволяет количественно оценивать площади пр оекции р егенери-рующего фрагмента и образующейся бластемы [11,13].
Регистрация результата регенерации проводилась через 72 ч после удаления головного конца планарии. Для получения изображений планарий применяли бинокулярный микроскоп Stemi 2000-С, оснащенный цифровой видеокамер ой AxioCam МИс (фирма «Zeiss», Германия). Электронные изобр ажения планар ий анализировали с помощью специального пакета программ Plana 5.0, в частности определяли площади проекции вновь сформированной бластемы s и регенерирующего фрагмента S. Коэффициент регенерации R = s/S определялся для каждой группы планарий. Величину биологического эффекта рассчитывали как разность коэффициентов регенерации в экспериментальных R Ех и контрольных R c группах и
(R Ех - R С)
выр ажали в процентах: AR =---100%
R c
[13]. В качестве R c использовали значение коэффициента р егенерации, полученное пр и непрерывной экспозиции планарий в постоянном магнитном поле Bdc = 50-10-6 Тл в течение 72 ч.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В экспериментах применялась бесполая раса пресноводных червей - планарий Dugesia (01-татё1а) tigrina. Планарий кормили раз в неделю личинками двукрылых. Для экспериментов отбирали животных длиной около около 10 мм и прекращали их кормление за семь дней до опытов. Регенерация вызывалась ампутацией головной части тела планарий и происходила в пластиковых чашках Петри (ё = 40 мм), содержащих 13 мл аквариумной воды с ёН ~ 10 градусов, рН 6,5. В каждой чашке находилось
РЕЗУЛЬТАТЫ
В первой серии экспериментов исследовали зависимость биологического эффекта от времени между декапитацией и началом получасовой экспозиции в Са-КМП. Планарий помещали через разные промежутки времени (от 0 до 72 ч) после отсечения головной части на 30 мин в С а-КМП. Площади проекции бластемы 5 и всего регенерирующего фрагмента S регистрировали через 72 ч после декапитации. Результаты экспер иментов представлены на р ис. 1.
160
ТИ Р А С и др.
Рис. 1. Зависимость величины биологического эффекта от вр емени между декапитацией и началом получасовой экспозиции в С а-КМП. По гор изон-тали - время от момента декапитации до начала получасовой экспозиции, ч; по вертикали - био-(Я Ех - Я С)
логический эффект АЯ =---100%. Значению
Я С
Я с при Б^с = 50-10-6 Тл соответствует нулевая линия, а величина стандартного отклонения обозначена пунктир ными линиями.
Р ис. 2. Зависимость величины биологического эффекта от продолжительности непрерывной экспозиций в слабом С а-КМП. По гор изонтали - пр о -должительность экспозиции, ч; по вер тикали - био-(Я Ех - Я с)
логический эффект АЯ =---100%. Значению
Я
С
Я С при Б
'БС
50-10-6 Тл соответствует нулевая линия, а величина стандартного отклонения обозначена пунктир ными линиями.
Обр ащает на себя внимание тот факт, что зависимость величины биологического эффекта 30-минутной экспозиции от вр емени по сле декапитации имеет фазный характер. Стимулирующие эффекты Са-КМП наблюдали через 15 ч (20%) и чер ез 50 ч (20%) по сле декапита -ции. Тор мозящий биологический эффект С а -КМП наблюдали чер ез 2 ч (-7%) и чер ез 45 ч (-18%) после декапитации.
Изменение величины и даже инверсия биологического эффекта, регистрируемого через 72 ч после декапитации, может свидетельствовать об изменении чувствительности о р ганизма к слабым электромагнитным полям в процессе р егенер ации. Можно пр едположить, что в разных фазах р егенер ации мишенями для слабого С а-КМП являются р азные фер менты. О снованием для этого пр едположения служат извест -ные факты последовательной работы многих ферментов в процессе клеточного цикла, в частности фер ментов, ответственных за синтез ДНК, РНК, липидов и белков [14], а также р азличных циклинов.
В другой серии экспериментов планарий непосредственно после отсечения головной части помещали в слабое С а-КМП на вр емя от 30 мин до 72 ч. Площади проекции бластемы и всего регенер ирующего фр агмента регистр ир овали чер ез 72 ч после декапитации. Р езуль -таты
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.