Статья опубликована в №79 (март) 2020
Разделы: Биотехнологии
Размещена 24.03.2020. Последняя правка: 04.04.2020.
Просмотров - 1032

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

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.

 

 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.

 

   Рисунок 2 – Реакция краба Paralithodescamtschaticus на приближение

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

 

 

 

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.

 

 

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.

 

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.

 

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).

 

Рисунок 7 – Спектральная плотность вариаций ДА при

приближении циклона 21-22.12.2011 г.

 

  

 

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).

 

 

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

 

 

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.

 

 

Рисунок 11 – Изменчивость коэффициента Херста 25.12.2011 г.

 примерно с 03  ч до 15 ч. МСК.

 

  

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.

 

 

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.

 

 

 

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.

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.

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