Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №35 (июль) 2016
Разделы: Биология, Биотехнологии, Физика, Науки о Земле
Размещена 22.07.2016.

ВОСПРИЯТИЕ БАРЕНЦЕВОМОРСКИМИ МИДИЯМИ ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Фролова Наталия Сергеевна

-

Российский государственный гидрометеорологический университет

ассистент кафедры океанологии

Муравейко В.М., доктор биологических наук, главный научный сотрудник ММБИ, Степанюк И.А. – доктор физико-математических наук, профессор кафедры океанологии РГГМУ, Емелина А. В. – младший научный сотрудник ММБИ,Строганова О.А. – инженер РГГМУ.


Аннотация:
В работе рассмотрены выполненные в лабораторных условиях эксперименты по восприятию баренцевоморскими мидиями переменных естественных и искусственным магнитных полей КНЧ-диапазона. Регистрировался уровень раскрытия створок (УРС) непрерывно в автоматическом режиме. Описана установка для регистрации. Анализируются результаты экспериментов. Показано, что УРС мидий является детерминированным процессом. С помощью КНЧ-полей оказывается возможным управление УРС. С помощью спектрального анализа показано наличие связи между УРС и геомагнитными возмущениями (ГМВ). Выявлена реакция мидий на затмение Луны.


Abstract:
The experiments with the Barents sea mussels conducted in the laboratory in order to determine the reactions of the organisms on natural and artificial magnetic fields of extremely low-frequency band are considered in the article. A level of the Barents sea mussels’ leaf opening was being recorded permanently in the automatic regime. The construction of the recorder is described in the article. The results of the experiments are analyzed in this research paper. The experiments showed that variability of the level of mussels’ leaf opening had deterministic nature. And it seems to be possible to control the level of mussels’ leaf opening with the magnetic fields of extremely low-frequency band. A spectral analysis helped to define the connection between variability of the geomagnetic field and the level of mussels’ leaf opening. The reaction of the mussels on lunar eclipse was also defined.


Ключевые слова:
баренцевоморские мидии; ритмика; переменные магнитные поля; геомагнитные возмущения; искусственные магнитные поля; реакция мидий на затмение Луны.

Keywords:
the Barents sea mussels; rhythmic; alternating magnetic fields; variability of the geomagnetic field; artificial magnetic fields; reaction of the mussels on lunar eclipse.


УДК 557.3 +595. 384.8

Введение.

Ранее (например [1]) изучалось влияние на мидий вариаций внешних факторов: температуры воды, ее солености и освещенности в зоне проживания. При этом совершенно не учитывались такие факторы как переменные магнитные поля, которые воспринимаются многими другими гидробионтами (например [2,3]).

Можно предполагать, что мидии, как и другие беспозвоночные, могут воспринимать вариации различных геомагнитных полей, поскольку эти поля обычно связаны с важными для них гидрометеорологическими процессами. 

Методика.

Нами выполнялись специальные эксперименты по выявлению эффектов влияния переменных магнитных полей на моллюсков, содержащихся в лабораторных условиях. Эксперименты велись с помощью установки с автоматической регистрацией уровня раскрытия створок (УРС). Схема установки приведена на рисунке 1.

                                         Схема экспериментальной установки. Рисунок 1. Схема экспериментальной установки.

В экспериментах с искусственными магнитными полями использовались соленоид и генератор крайне низких частот. Регистрация велась с помощью схемы на тензометрах, подключенных через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) к персональному компьютеру (ПК). При регистрации поведения в естественных полях генератор и соленоид отключались.

Оценки закономерностей поведения производились с помощью расчета фрактальной размерности через так называемый коэффициент Херста (см. например [5]). Эти характеристики связаны простой зависимостью. При значениях коэффициента Херста более 0,5 процесс является детерминированным, а при менее 0,5 – хаотичным. Пример расчета показан на рисунке 2. Здесь представлены результаты расчетов по данным за период с 3.01.2010 г. по 8.01.2010 г. Значения коэффициента умножены на 100.

Как следует из этих результатов, поведение мидий жестко детерминировано (коэффициент Херста существенно больше 0,5) и определяется внутренними физиологическими потребностями. Две точки сброса (точка 6125 – примерно 06.10ч. 8.01.2010 и 6941 – 19.42 ч. за те же сутки не приводят к хаосу поведения).


Пример расчета детерминированности процесса УРС.

Рисунок 2. Пример расчета детерминированности процесса УРС. 

При воздействии магнитным полем с частотой 8 Гц и индукцией 1000 нТл реакция мидии выражается в виде отдельных резких всплесков текущей дисперсии (рисунок 3). Эти всплески 7-10 мин при дискретности регистрации 60с. При этом средний уровень УРС существенно повышается по сравнению с фоном. Следует отметить, что реакции мидии запаздывает по отношению к воздействующему полю.

Воздействие на мидию переменным магнитным полем с частотой 8 Гц.

Рисунок 3. Воздействие на мидию переменным магнитным полем с частотой 8 Гц. 

Более наглядно все это выглядит при вейвлет-анализе данных. Такой анализ позволяет рассчитывать текущие спектры, которые привязываются к времени эксперимента. Пример такого анализа приведен на рисунке 4. 


Пример вейвлет-анализа в формате 3D поведенческой активности  мидии в спокойном состоянии и при воздействии переменным магнитным полем с частотой 8 Гц.

Рисунок 4. Пример вейвлет-анализа в формате 3D поведенческой активности мидии в спокойном состоянии и при воздействии переменным магнитным полем с частотой 8 Гц.

Выявляемые всплески текущей спектральной плотности («остроконечные горки») наблюдаются при воздействии переменным магнитным полем – мидия сильно возбуждается, хотя и с перерывами. Это соответствует также данным рисунке 3. Следует отметить, что индуцированное электрическое поле в лабораторном бассейне несущественно и может не приниматься во внимание.

Такие результаты дали основание проверить реакцию мидий на реальные геомагнитные возмущения (ГМВ). Данные по ГМВ в период проведения экспериментов были взяты с сайта обсерватории Соданкюля (Финляндия), расположенной максимально близко к Мурманску

Реакция на геомагнитные возмущения оценивалась с помощью спектрального анализа. Сравнительные периодограммы процессов приведены на рисунке 5. Здесь квадратами обозначены вариации  (ГМВ) индукции магнитного поля Земли (МПЗ), а ромбами – активность мидии.

Полученные результаты укладываются в гипотезу о роли МПЗ в формировании «биологических часов». Изменилась периодичность возмущений МПЗ – изменилась периодичность активности мидий. Причем, возможно, близкий к полусуточному период и является времязадающим. При этом следует отметить, что выявленные периоды практически не соответствуют периодам приливо-отливных процессов в Баренцевом море. Возможно, это связано с содержанием изучаемых моллюсков в лабораторных условиях.

Положения ряда пиков на периодограммах во многих случаях соответствуют друг другу. Эти данные сведены в таблице 1.

Очень интересно также то, как моллюски реагируют на затмение. В Мурманске 31 декабря 2009 г с 20 ч 15 мин по 0 ч 20 мин 1 января 2010 г наблюдалось лунное затмение. Дискретность измерений – 1 минута.

Сравнительные периодограммы активности мидии и геомагнитных возмущений МПЗ.

Рисунок 5. Сравнительные периодограммы активности мидии и геомагнитных возмущений МПЗ.

Таблица 1.

Таблица 1.

График дисперсии двигательной активности мидии  в период затмения Луны.

Рисунок 6. График дисперсии двигательной активности мидии  в период затмения Луны. 

Чтобы проследить различия в активности до, во время и после затмения была рассчитана текущая дисперсия с шагом в 20 значений и построен график этой дисперсии  (рисунок 6).

До затмения прослеживаются довольно большие значения дисперсии от 1,5*10-3 до 3*10-2, это говорит о том, что створки мидии не были полностью открыты, но варьировались. Во время лунного затмения дисперсия близка к нулю и имеет порядок 10-4 - 10-5. После затмения дисперсия еще около 11-ти часов оставалась минимальной порядка 10-6. Это говорит об остаточном влиянии действия лунного затмения.

При этом известно, что для литоральных беспозвоночных организмов свойственна лунная периодичность размножения и нереста. Большая численность личинок приходится приблизительно на периоды квадратурных и сизигийных приливов.

Кроме этого, следует отметить, что затмение Луны происходит при ее вхождении в так называемый «магнитосферный хвост» Земли, что меняет характеристики ГМВ.

Подобные реакции наблюдались в наших экспериментах с сомиками золотистыми (Corydoras aeneus) [4] – здесь реакция на лунное затмение начиналась примерно за 4,5 часа. При этом были отчетливо выражены «метания». Показатель Херста понизился до 0,3 («спад в хаос»).

Кроме этого нами во время этого лунного затмения проводились эксперименты  с аналогом так называемого диска Мышкина. Диск был размещен в вакуумированной камере и подвешен на шелковой подвеске. Реакция диска хорошо совпадала по времени с реакцией сомиков [4].  

Выводы.

 1. В результате проведенных экспериментов выявлено, что баренцевоморские мидии реагируют на искусственные и естественные магнитные поля. Это ранее неизвестные результаты. По-видимому, они имеют важное значение при аквакультуре мидий в условиях Баренцева моря.

2. Выявлена реакция мидий на геомагнитные возмущения. Можно предполагать, что совпадение периодов биоритмики мидий с периодами геомагнитных возмущения является определяющим для так называемых «биологических часов» этих моллюсков.

3. Выявлена реакция мидий в лабораторных условиях на лунное затмение. Можно предполагать, что это связано с закрепленной в организме реакцией на приливо-отливные процессы. 

Библиографический список:

1. Гудимов А.В. Чувствительность мидий к естественным колебаниям факторов среды. Исследования поведения в пассивном эксперименте /В сб.:Морская флора и фауна северных широт. Механизмы адаптации и роста организмов.– Апатиты: Кольский научный центр РАН.– 2004.
2. Муравейко В.М., Степанюк И.А., Зензеров В.С. Реакция краба PARALITHODES CAMTSCHATICUS (Tilesius, 1815) на геомагнитную бурю //ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 448, № 6, с. 1–3
3. Муравейко В.М., Степанюк И.А. Электромагнитные поля циклона и их действие на рыб //Сигнализация и поведение рыб: Сб. научн. трудов. – Апатиты: Изд. Кольского филиала АН СССР, 1985. – С.19 – 24.
4. Степанюк И.А., Гаврилова О.Ю., Прель С.А. Особенности поведения гидробионтов (сомовых рыб) в экстремальных геофизических ситуациях.– В сборнике: Погода и биосистемы. Материалы международной конференции 11-14.10.2006.– СПб.: Изд-во «Астерион», 2006.– С. 315-320.
5. Федер Е. Фракталы.– М.: Мир,1991.– 670 с.




Рецензии:

2.08.2016, 19:26 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия: Согласен с публикацией. Здесь кроме геомагнитных возмущений исследованы реальные лунные явления. Но механизмы взаимосвязи всё же не ясны.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх