Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Срочные публикации в журналах ВАК и зарубежных журналах Скопус (SCOPUS)!



Научные публикации в научно-издательском центре Аэтерна


Статья опубликована в №79 (март) 2020
Разделы: Биотехнологии
Размещена 24.03.2020. Последняя правка: 04.04.2020.
Просмотров - 218

Особенности биоритмики двигательной активности камчатского краба Paralithodes camtschaticus при приближении циклонов

Степанюк Иван Антонович

доктор физико-математических наук, профессор

Российский государственный гидрометеорологический университет

профессор кафедры океанологии

Емелина Антонина Владимировна, научный сотрудник, Мурманский морской биологический институт. Фролова Наталия Сергеевна кандидат физико-математических наук, ст. преподаватель Российский государственный гидрометеорологический университет


Аннотация:
Анализируются рассчитанные по экспериментальным данным спектральные особенности двигательной активности краба Paralithodes camtschaticus при приближении морских штормовых зон, связанных с циклонами. Показано, что в таких условиях формируются короткие периоды в диапазоне 5-20 мин, отсутствующие в условиях хорошей погоды. Предложен механизм формирования, основанный на параметрической модуляции электромагнитного поля штормовых зон внутренними гравитационными волнами на фронтальных разделах циклона.


Abstract:
The spectral features of motion behavior of the crabs Paralithodes camtschaticus calculated using the experimental data are analyzed when sea storm zones associated with cyclones approach. It is shown that in such conditions short periods in the range of 5-20 minutes are formed, which are absent in good weather conditions. A mechanism of formation based on parametric modulation of the electromagnetic field of storm zones by the internal gravitational waves on the frontal sections of the cyclone is proposed.


Ключевые слова:
камчатские крабы; циклоны; атмосферные фронты; электромагнитные поля; модуляция; предчувствие шторма

Keywords:
King crabs; cyclones; atmospheric fronts; electromagnetic field; modulation; presentiment of a storm


УДК 639.37+ 557.3

Введение. В наших работах (например [5,7,9]) было показано, что для многих гидробионтов характеристика магниточувствительности является бимодальной, при этом более высокочастотная мода (6-8 Гц)  была определена как геофизическая. Для этой области частот характерно возбуждение в  приводном слое атмосферы над штормовым морем электромагнитных полей, которые распространяются в направлении движения циклона (например [5,7]) и проникают на большие  глубины [9]. Они  могут являться для гидробионтов источником информации о приближении шторма.

Бимодальная частотная характеристика магниточувствительности характерна также для камчатских крабов Paralithodescamtschaticus, вселенных в Баренцево море. Она получена экспериментально и рассмотрена в нашей работе [6]. Вид этой характеристики приведен на рис. 1.

1.png 

 Рисунок 1 – Бимодальная частотная характеристика магниточувствительности

камчатского краба Paralithodescamtschaticus. Вертикальные отметки –

доверительные интервалы при доверительной вероятности 0,95.

 

Биоритмика двигательной активности краба в условиях хорошей погоды. Анализ ритмики выполнялся по данным многосуточной регистрации ДА  зимой (декабрь) и весной (май). Полученные характеристики рассмотрены в нашей работе [4]. Установлено, что ритмика краба является преимущественно детерминированной с редкими «спадами в хаос» при переходах «сон-бодрствование» и наоборот. Выявлены основные ритмы: суточный ~24 часа (неприливной),  и более короткие – примерно: 8 часов, 5 часов, 2 часа, 0,5-0,7 часа. Более  короткие ритмы не выявлены, хотя дискретность регистрации ДА составляла 60 с. Регистрация производилась в автоматическом режиме с помощью специальной установки, описанной в [4].  Отсутствие суточной приливной ритмики (примерно 25 часов) и, особенно, – полусуточной приливной, характерной для Баренцева моря (12,4 часа), вызывает ряд вопросов, в частности, какие геофизические или биофизические процессы являются для них «частотозадающими». В работе [4] высказано предположение лишь относительно суточной периодичности – для северных широт она может вызываться ритмикой геомагнитной возмущенности, а краб реагирует на такие возмущения – это показано в наших работах [2,3]. На наш взгляд, «частотозадающими» могут являться также и другие геофизические факторы.

 

Реакция краба на приближение циклонов. В нашей работе [8] рассмотрена реакция камчатского краба на приближение циклонов и атмосферных фронтов. На наш взгляд, такое «умение» краба вызвано жизненной необходимостью. С циклонами, а также с фронтальными зонами в барических ложбинах,  обычно связаны морские штормы. Если крабы находятся на сравнительно небольших глубинах (20-50 м), например, в нерестовый период, то штормовое волнение для них является весьма небезопасным.

Реакция на приближение циклона была хорошо выражена (рис.2) в экспериментах 28-29 ноября [8].  Мощный циклон (рис. 3) с хорошо выраженной системой фронтальных разделов (теплый фронт 1, холодный фронт 2 и фронт окклюзии 3) надвигался на пункт регистрации 4 (г. Мурманск) со стороны Норвегии. Реакция краба зафиксировалась с 01 ч. МСК 29.11.2011 г. Примерно в 22 ч. циклон повернул на юг (карта отсутствует), и краб успокоился.

 2.png

   Рисунок 2 – Реакция краба Paralithodescamtschaticus на приближение

циклона (запись 28.11.2011-29.11.2011г.). Дискретность регистрации – 60 с.

 

 3.png

 

Рисунок 3 –  Синоптическая обстановка (мощный циклон над Норвежским морем)

29.11.2011 г. в 04.00 по московскому времени (МСК). Красная звездочка –

место проведения эксперимента (г. Мурманск).

 

Аналогичные результаты были получены также в экспериментах, проведенных в декабре, причем, в ночное время (примерно с 22 ч. 21.12.2011 г. МСК до 06 ч. 22.12.2011 г. МСК), т.е. преимущественно «в период сна».

Однако в цитированной работе нами не проводился спектральный анализ биоритмики ДА при приближении циклонов. Описывался только вид реакции.

Представляется целесообразным выполнить такой анализ, тем более что количество зарегистрированных значений ДА в эти периоды реакций достаточно велико и  достигает 500-700 (длительность реакций примерно 7-10 часов, регистрация ДА с дискретностью 60 с).

 

Анализ биоритмики ДА в периоды приближения циклонов. После фильтрации тренда и длиннопериодных составляющих (периоды более 5 часов), а также – эффектов дискретизации (менее 3 мин) в данных за 29.11.2011 получается изменчивость ДА, приведенная на рис. 4. Здесь наблюдаются короткопериодные вариации, на которые дополнительно накладывается амплитудная модуляция (АМ) с длинными периодами (близкими к часу). Естественно, это вызывает интерес, поскольку в анализе биоритмики в условиях хорошей погоды, сделанном в нашей работе [4], подобные особенности не наблюдались.

 

4.png 

Рисунок 4 – Характер изменчивости ДА при приближении циклона 29.11.2011 г.

после фильтрации данных.

 

Спектральный анализ выполнялся с использованием стандартного пакета «Mesosaur». Фильтрация производилось полосно-пропускающим фильтром Поттера. Оценки наличия закономерностей (детерминированность или хаотичность) выполнялись расчетом коэффициента Херста (H-показатель) в оригинальном программном пакете «Herst». Процесс считается детерминированным, если коэффициент Херста больше 0,5 и наоборот – если он меньше 0,5, то хаотичным. Фрагменты синоптических карт копировались из архивных источников немецкого сайта www.wetterzentrale.de.

На рис. 5 показан характер изменчивости  коэффициента Херста для всего ряда данных из рис.4. Реакция краба преимущественно детерминирована, спады в «хаос» наблюдаются примерно на

200-й мин, 300-й мин и 460-й мин, где ДА краба угнетена. Однако, отсутствие детерминированности характерно не для всех малоактивных зон – причины такой избирательности неизвестны.

5.png 

Рисунок 5 – Изменчивость коэффициента Херста при приближении циклона

29.11.2011 г. При расчете использованы: шаг – 1 мин, окно – 40 мин.

 

При спектральном анализе данных рис. 4, в отличие от описанных в нашей работе [4] периодичностей в условиях хорошей погоды, выделяются характерные короткие периодичности (уровень значимости 0,05-0,1), показанные на рис. 6. При этом выявленные здесь периодичности 0,5-1,5 часа присутствуют также и в условиях хорошей погоды. Тем самым, наибольший интерес представляют периодичности от 5 до 11 мин – по-видимому, именно они характерны для краба при приближении циклона.

 6.png

Рисунок 6 – Спектральная плотность вариаций ДА при приближении циклона

29.11.2011 г.

 

При прохождении циклона 21-22.12.2011 г. (ночное время, исходные данные приведены в нашей работе [8]) наиболее значимы периоды 5-7 мин и 0,7 часа (уровень значимости 0,05), очень слабо выражены периоды 11 мин и  20 мин  (уровень значимости менее 0,1). Результаты расчетов показаны на рис. 7. При этом расчет коэффициента Херста демонстрирует высокий уровень детерминированности (рис.8) – «спады в хаос» не наблюдаются (коэффициент выше 0,5).

 7.png

Рисунок 7 – Спектральная плотность вариаций ДА при

приближении циклона 21-22.12.2011 г.

 

 8.png 

 

Рисунок 8 – Изменчивость коэффициента Херста в период

прохождения циклона 21-22.12.2011 г.

 

Представляет интерес еще одна реакция на приближение циклона, которая ранее нигде, в том числе – в работе [8], не рассматривалась. Она показана на рис. 9 (без фильтрации) и интересна тем, что здесь наблюдается резкое возрастание ДА при прохождении фронта окклюзии (обозначение 3 на рис.10). При этом велики и мало варьируют значения коэффициента Херста (рис.11).

 

 9.png

 Рисунок 9 – Реакция краба на приближение циклона 25-26.12.2011 г.

 10.png

 

Рисунок 10 – Синоптическая обстановка 25-26.12.2011 г. Мощный циклон

 с двумя центрами и системой фронтальных разделов надвигается

на пункт наблюдений (г. Мурманск). Обозначения: 1 – левый центр;

2 – правый центр; 3 – фронт окклюзии левого центра; 4 – пункт наблюдений.

 

Спектральный анализ проводился для первых 12-часов, поскольку после 15 ч. МСК краб «уполз в угол и затаился».  Коэффициент Херста (рис.11), рассчитанный для анализируемого периода, уменьшается до «хаоса» в 09 ч МСК и примерно с 11 ч до 12 ч МСК. Причины такой реакции неизвестны.

 

 11.png

Рисунок 11 – Изменчивость коэффициента Херста 25.12.2011 г.

 примерно с 03  ч до 15 ч. МСК.

 

  12.png

Рисунок 12 – Спектральная плотность вариаций ДА при приближении

циклона  с двумя центрами 25-26.12.2011 г.

 

На графике спектральной плотности (рис.12) выделяются периоды: близкий  к 1 часу (известный для условий хорошей погоды), и короткие периоды от 4-4,5 мин до 18,7 мин. Для всех выделенных пиков уровень значимости 0,05.

Вывод. При приближении циклона в вариациях ДА краба формируются короткие периоды в диапазоне примерно 5-20 мин, отсутствующие в условиях «хорошей погоды». Тем самым, разумно предполагать, что это вызвано не внутренними особенностями поведения животного, а воздействием внешнего фактора, связанного с электромагнитными возмущениями от приближающихся циклонов.

 

Физический механизм.  В монографии [7] рассматриваются авторские результаты регистрации ЭМ-поля приближающегося циклона. Регистрировалась выпрямленная магнитная составляющая в области несущих частот 6-8 Гц, т.е. сигнал амплитудной модуляции (АМ) поля. На фрагменте записи (рис.13) хорошо видна изменчивость сигнала амплитудной модуляции с характерным периодом примерно 12 мин. Иногда проявляется более короткий период примерно 6 мин.

 

 13.png

Рисунок 13 – Фрагмент записи АМ-сигнала магнитной составляющей

ЭМ-поля приближающегося циклона. Обозначения: 1 – центр циклона;

2 – теплый фронт; 3 – холодный фронт; 4 – пункт наблюдений;

5 –вариации сигнала. Из [7].

 

На рис.14 показаны результаты спектральной обработки всей записи, приведенные там же [7]. Выделяются периоды 5,7 мин и 12 мин. Преимущественно наблюдается изменчивость спектральной плотности на периоде 12 мин – ее максимум (пятый спектр слева) характерен для ситуации, когда центр циклона приблизился к пункту наблюдений. При «уходе» циклона (шестой и седьмой спектры) спектральная плотность на периоде 12 мин резко уменьшается.

 

 

 14.png

Рисунок 14 –  Изменения спектральной плотности АМ-ситгнала

при приближении циклона. На фрагментах карт Р с красной точкой – пункт наблюдений.

В монографии [7] со ссылкой на монографию [1] отмечается, что диапазон периодов 5-20 мин, связанный с циклонами, характерен для внутренних гравитационных волн (ВГВ), формирующихся на фронтальных разделах, преимущественно в зоне теплого фронта либо фронта окклюзии. Амплитудная модуляция ЭМ-поля на несущих частотах 6-8 Гц усматривается в монографии [7] как результат параметрического воздействия ВГВ на характеристики источника ЭМ-поля несущих частот  6-8 Гц, т.е. на «электромагнитный голос моря» при шторме.

 

Общие выводы. Таким образом, можно полагать, что выявленные нами характерные короткие периоды двигательной активности краба при приближении циклона, попадающие в область 5-20 мин и отсутствующие в условиях хорошей погоды, связаны с амплитудной модуляцией воспринимаемых крабом несущих частот 6-8 Гц («если сигнал слабее, то и ДА ослабевает»). Какие-либо иные факторы, формирующие такую ритмику, нами не выявлены.

Библиографический список:

1. Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере.– М.: Мир, 1978.– 532 с.
2. Емелина А.В., Владимирова О.М., Фролова Н.С. Влияние вариаций магнитного поля Земли на двигательную активность краба PARALITHODES CAMTSCHATICUS Баренцева моря // Материалы ХХХ юбилейной конференции молодых ученых ММБИ.– Изд.КНЦ: Мурманск, 2013.– С 61-64.
3. 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
4. Степанюк И.А., Муравейко В.М., Емелина А.В., Фролова Н.С. Особенности биоритмики камчатских крабов, вселенных в Баренцево море.– Электронный периодический рецензируемый научный журнал «SCI-ARTICLE.RU» http://sci‐article.ru № 57 (май), 2018.– С. 32-40.
5. Степанюк И.А., Фролова Н.С. Возможности использования рыб в прогностических целях для предсказания опасных процессов в природе //Общество.Среда.Развитие:Научно-теоретический журнал; гл.ред. В.Г.Егоркин.– СПб.:ЦНИТ Астерион, 2011, №3.– С.218-222.
6. Степанюк И.А. Электромагнитные поля при аэро- и гидрофизических процессах.– СПб: Изд. РГГМУ, 2002.– 214 с.
7. Фролова Н.С., Муравейко В.М., Степанюк И.А., Емелина А.В., Владимирова О.М. Реакция краба Paralithodes camtschaticus (ТILESIUS, 1815) на приближение и прохождение циклонов. – Электронный периодический рецензируемый научный журнал «SCI-ARTICLE.RU» http://sci‐article.ru №35 (август), 2016.– С. 96-100.
8. Фролова Н.С., Степанюк И.А. Физические механизмы восприятия гидробионтами биологически важных гидрометеорологических процессов над водоемами.– Электронный периодический рецензируемый научный журнал «SCI-ARTICLE.RU» http://sci‐article.ru № 43 (март), 2017.– С. 232-243.
9. Фролова Н.С., Степанюк И.А. Физические механизмы восприятия гидробионтами биологически важных гидрометеорологических процессов над водоемами.– Электронный периодический рецензируемый научный журнал «SCI-ARTICLE.RU» http://sci‐article.ru № 43 (март), 2017.– С. 232-243.




Рецензии:

24.04.2020, 16:29 Зельцер Александр Меерович
Рецензия: Представленная работа по свой направленности относится биофизическим исследованиям. Авторами впервые экспериментально доказано влияние метиоусловий на пространственную активность краба Paralithodes camtschaticus. Ими разработана методология и набор технических инструментов, и в частности регистрация слабых электромагнитных полей частотой 6-8 Гц, позволяющих провести анализ биоритмики ДА в периоды приближения циклонов. Ими впервые выполнены сложные физико - биологические исследования с применением современных методов. Экспериментальные работы хорошо иллюстрированы. Исследования авторов известны специалистам и хорошо оцениваются. Считаю, что статья современна и отвечает требованиям, предъявляемым к печатной продукции журнала Доктор сельскохозяйственных наук Зельцер А. М. 23.04.2020г.

24.04.2020 17:17 Ответ на рецензию автора Степанюк Иван Антонович:
Авторы благодарны рецензенту за высокую оценку нашей работы. От имени авторов с глубоким уважением И.А.Степанюк



Комментарии пользователей:

25.04.2020, 11:18 Зельцер Александр Меерович
Отзыв: Иван Антонович! Рад, что с вами познакомился. Я знаком с работами Шипова и Акимова (Новосибирск) о свойствах слабых не электромагнитных полей диапазона 10 - 20 Гц (торсионные поля,ТР ) на биологические объекты, в том числе, диагностики заболеваний и исследования на лабораторных животных о их природе. Мной совместно с кандидатом ф-м наук Виталием Пуртовым(Саратов) изучались биополя различных лекарственных растений и установлены достоверные различия лекарственного и мощности ТР. Думаю, что сила стадного торсионного поля крабов при росте активности будет изменятся, тем самым можно будет управлять их дальнейшими пространственными решениями. Необходимы опыты С уважением Александр Меерович


27.04.2020, 12:46 Степанюк Иван Антонович
Отзыв: Здравствуйте, Александр Меерович! С работами Акимова и Шипова я тоже знаком, хотя не все там понимаю. Особенно - как сделан генератор ТР. В известных мне работах таких сведений я не нашел. Вашу работу с Пуртовым я, видимо, упустил. С интересом прочитаю, если вы дадите ссылку. С глубоким уважением И.А.Степанюк.


28.04.2020, 10:11 Зельцер Александр Меерович
Отзыв: Иван Антонович! Дело в том, что работы по торсионным полям (биополям) не регистрируются как изобретение, мы подавали, но аргументированного ответа не получили. Они считают, что это лженаука, хотя это спиновое (круговое поле), что доказано в молекулярными исследованиями при исследованиях на людях болеющих шизофренией. Есть генераторы ТР, которые можно использовать в ваших исследованиях. Я не являюсь специалистом в данной области. В Интернете можно найти изготовителей- на Урале и Сибири С уважением Александр Меерович


28.04.2020, 13:37 Степанюк Иван Антонович
Отзыв: Большое спасибо, Александр Меерович! Я попытаюсь найти. С глубоким уважением И.А.Степанюк


28.04.2020, 16:57 Зельцер Александр Меерович
Отзыв: Иван Антонович ! Пришлите мне свой e- email Мой почтовый адрес -zelcer1943@gmail.com Пришлю материалы по теме С уважением Александр Меерович


Оставить комментарий


 
 

Вверх