Разработка метода для исследования неконтактного влияния антрацена на локомоторную активность спермы быка
СОДЕРЖАНИЕ: Содержание Введение 3 1. Обзор литературы 5 1.1 Взаимодействие электромагнитных полей с биологическими системами 4 1.2 Различные подходы к объяснению действия электромагнитных полей 8Содержание
Введение......................................................................................... 3
1. Обзор литературы.................................................................. 5
1.1 Взаимодействие электромагнитных полей с биологическими системами............................................................................................................ 4
1.2 Различные подходы к объяснению действия электромагнитных полей 8
1.3. Некоторые особенности строения сперматозоида............. 12
1.4 Метод определения неконтатного влияния антрацена на локомоторную активность сперматозоидов быка............................................... 13
1.4.1 Объект исследования........................................................... 13
1.4.2 Материал исследования....................................................... 14
1.4.3 Метод исследования неконтактного влияния антрацена на локомоторную активность сперматозоидов быка.................... 14
Заключение................................................................................ 17
Список литературы:.............................................................. 18
Введение
К настоящему времени в зарубежной и отечественной литературе накоплен значительный экспериментальный материал по воздействию слабых электромагнитных излучений на биологические системы разных уровней организации [4]. Появились также факты, свидетельствующие о неконтактном влиянии химических веществ на биообъекты. Действие химических веществ на живые организмы происходит не только при непосредственном молекулярном контакте. Энергоинформационные свойства химических веществ распространяются в пространстве подобно волнам. Часть энергии представлена в виде поля и может излучаться в пространство, передаваться другим телам, при этом изменяя их свойства. Таким образом, предполагается, что неконтактное влияние химических веществ имеет электромагнитную природу. Это электромагнитное излучение может, вероятно, возникать в результате колебания молекул химического вещества.
Доказательством неконтактного влияния различных веществ на биологические объекты могут служить следующие факты: пчёлы слетаются на мёд даже в том случае, когда он герметично закрыт в стеклянной банке, или другой факт – некоторые насекомые чувствуют запах при столь малой концентрации вещества, что на каждую особь в среднем приходится менее одной молекулы [11].
Представляется интересным рассмотрение такой проблемы, как неконтактное воздействие соединений бензоидного ряда (в частности антрацена) на активность спермы быка. Целью данной работы является установление факта неконтактного воздействия соединений бензоидного ряда на активность спермы быка.
1. Обзор литературы
1.1 Взаимодействие электромагнитных полей с биологическими системами
.
В последнее время высказываются различные предположения, и все они сходны в одном: предполагается, что физические и физико-химические процессы, связаные с излучением и поглощением квантов электромагнитного поля, могут быть использованы клетками как средство информационных взаимодействий биосистемы [2]. Была высказана концепция о том, что электромагнитная среда составляет необходимое и обязательное условие организованности живого вещества в земной биосфере.
Поэтому адекватное существование живых организмов как сложноорганизованных объединений молекул и атомов в мире электромагнитных волн определяется оптимальным взаимодействием электромагнитных полей организма с некоторыми компонентами излучения электромагнитного спектра, приходящего от Солнца и от Земли [6]. Из этого следует, что в процессе эволюции у живых организмов должны были сформироваться биологические системы, которые могли бы воспринимать информацию из внешней среды, и это предположение находит экспериментальные доказательства и подтверждения [3,6].
Так функционирующая клетка служит источником и носителем сложного электромагнитного поля, структура которого, порождаемая биохимическими процессами, постоянно управляет всей метаболической деятельностью живой клетки. В таком понимании, с одной стороны, клетка – это сложный биохимический комплекс, с другой – электромагнитное поле [2].
В настоящее время накоплено достаточно фактов, свидетельствующих о том, что на основе дистантных межклеточных взаимодействий строится не только развитие многоклеточного организма, но и жизнедеятельность его как целого. Почти все регуляторные механизмы в многоклеточном организме функционируют посредством взаимодействия клеток. Межклеточное взаимодействие на различных этапах индивидуального развития многоклеточного организма выступает как ведущий механизм формирования клеточных систем, обладающих пространственно-временной упорядочностью, и являются ведущим фактором синтеза в клеточных ассоциациях [3].
Электромагнитные процессы происходят на всех уровнях функционирования любых видов – от простейших до человека. Установлено, что максимальной чувствительностью обладают целостные организмы, меньшей – изолированные органы и клетки, и ещё меньшей–растворы макромолекул [6]. Электромагнитные процессы играют существенную роль в регуляции всех сторон жизнедеятельности организма. Особый интерес представляют данные и теоретические соображения, свидетельствующие о существовании дистантной электромагнитной сигнализации между элементами и структурами организма, осуществляемой посредством генерации и рецепции электромагнитных полей. Такая сигнализация обеспечивает, по-видимому, согласование многообразных колебательных процессов в организме. А любой колебательный процесс связан с электромагнитными колебаниями. Получены экспериментальные данные синхронизации колебаний макромолекул и клеток, а также их взаимодействие посредством электромагнитных взаимодействий в разных частотных диапазонах [5]. Электромагнитные колебания генерируются во всех живых клетках, в органе и целом организме.
Таким образом, наряду с разнообразными средствами информационных взаимодействий с помощью органов чувств в мире животных эволюционно сформировались взаимосвязи посредством электромагнитных полей. Такая электромагнитная сигнализация является универсальным, наиболее надёжным средством информационных связей, обеспечивающих координацию и интеграцию деятельности особей в группах, сообществах и популяциях [5].
Сравнительно недавно развилась идея о том, что электроны и электромагнитные поля, как более лабильные, чем молекулы, элементы живой материи, несут энергию, заряды и информацию, являясь своего рода горючим для всех жизненных процессов [7].
К настоящему времени в зарубежной и отечественной литературе накоплен значительный экспериментальный материал по воздействию слабых электромагнитных излучений на биологические системы разных уровней организации [4]. В живых организмах имеются системы, особенно чувствительные к электромагнитным полям. Обнаружить, вскрыть эти системы, особенно чувствительные к электромагнитным полям, можно только путём биологических исследований, учитывая не только физические, но и биологические закономерности взаимодействия электромагнитных полей с живыми организмами [6]. Именно биологические исследования привели к успешному обнаружению различных проявлений биологического действия электромагнитных полей. Многообразные проявления биологического действия электромагнитных полей отражают наличие у живых организмов специфических веществ, сформировавшихся в процессе эволюционного развития. Только исходя из такого предположения, можно объяснить экспериментально обнаруживаемую высокую чувствительность к электромагнитным полям у организмов всей эволюционной иерархии, реакции на электромагнитные поля самых различных биологических структур и систем и, наконец, чувствительность живых существ к изменениям природных электромагнитных полей во внешней среде [6]. Электромагнитные поля могут оказывать влияния двоякого рода: регулировать способность животных ориентироваться в пространстве и ритмику биологических процессов у различных организмов, либо нарушать поведение организмов и процессы их жизнедеятельности. Действие электромагнитных полей на поведение животных проявляется в изменении общей двигательной активности, в стремлении животных уйти от области воздействия, в ориентационных реакциях на электромагнитные поля. В большинстве случаях под действием электромагнитных полей возникают те или иные нарушения физиологических процессов. Характер этих нарушений приводит к заключению, что в основе их лежит воздействие электромагнитных полей на электромагнитные процессы, связанные с регуляцией физиологических функций [6].
1.2 Различные подходы к объяснению действия электромагнитных полей
Существуют подходы к объяснению механизма действия электромагнитных полей, основанные на рассмотрении энергетических взаимодействий электромагнитных полей с биологическими структурами – поглощение квантов электромагнитного излучения, энергия которых соответствует разности энергетических уровней молекул и молекулярных комплексов. В результате экспериментов предполагают, что мультистационарные мембранные системы могут подвергаться регуляции электромагнитным полем малой амплитуды. Существуют критические частоты воздействия, на которых происходит смена потенциально возможных режимов функционирования системы. Полученные данные свидетельствуют, что изменение ионной силы и рН в примембранном слое существенно влияет на метаболическое состояние клетки, вплоть до стимуляции её деления. Одним из механизмов такого воздействия являются переходы периферических белков из связанного на мембранах состояния в цитоплазму и обратно [4]. Существует много гипотез, касающихся конкретной физической, физико-химической и биологической интерпретации взаимодействия электромагнитного поля с биообъектом. Несмотря на существование различных точек зрения, многие исследователи едины в главном: электромагнитные возмущения оказывают воздействие прежде всего на физико-химические процессы, а через них на направленность биохимических реакций [2].
По мнению А.П. Дуброва (1973), биологические эффекты действия естественных электромагнитных полей обусловлены влиянием на магнитно-электрические свойства молекул воды, входящей в состав клеточных мембран, и проницаемость самих мембран [2]. Гипотеза влияния электромагнитных полей через воду важна тем, что каждой частице растворённого вещества соответствует конкретная структура гидратной оболочки. Структура воды представляет собой набор мерцающих кластеров, и поэтому диполи воды могут служить «мишенью» для электромагнитных волн в клетке. Изменение физико-химических свойств воды, а именно поверхностного натяжения, вязкости, электропроводности, диэлектрической проницаемости, поглощения света неизбежно должно повлечь за собой изменение единой системы воды с молекулами белков, нуклеиновой кислоты, полисахаридов, липидов [2]. Биологические мембраны выполняют основную роль в поддержании функционирования и тонкой регуляции всех без исключения органов живого организма. Электромагнитные поля через изменение проницаемости биологических мембран могут оказывать влияние на весь организм в целом, вызывая гамму изменений в организме человека, животных и растений [1].
P. Debay (1934) предполагает, что электромагнитные поля влияют на нейтральные молекулы, которые при этом деформируются. Эти изменения сопровождаются внутренним трением и выделением тепла [8].
Ионная теория П.П. Лазарева (1935) объясняет влияние электромагнитных полей на заряженные молекулы и заключается в том, что в клетках живой ткани, помещённой в перменное поле, возникают переменные токи. Вследствие этого, ионы совершают в клетках периодические движения, а их трение друг об друга вызывает возникновение тепла.
По мнению E. Grant и др. (1974) и K. Illinder (1974), основой биологических эффектов электромагнитного поля СВЧ-диапазона служит взаимодействие электромагнитного поля и молекулярных компонентов организма [8].
А.С. Пресман (1968) и Ю.А. Холодов (1966) считают, что основными моментами в механизме действия электромагнитных полей являются: индуцирование ионных токов в тканях, связанное с потерями энергии за счёт проводимости; колебание дипольных молекул ткани, связанное с диэлектрическими потерями энергии, резонансное поглощение энергии молекулами тканей. Они указывают, что электромагнитные поля могут поляризовать боковые цепи белковой молекулы, вызывая разрыв водородных связей и изменяя зону гидратации молекул, а также влияют на ориентацию макромолекул (РНК и ДНК) и тем самым изменяют биологические процессы [8].
По мнению А.С. Пресмана, под влиянием электромагнитных полей происходит упорядочивание гидратных оболочек белковых молекул. Было показано, что сульфидные группы (-SH) под влиянием электромагнитных полей изменяются. В результате таких изменений должны изменяться конформации ферментов. Помимо этого, в клетках нарушается распределение микроэлементов. Высказывается также предположение, что через изменение степени окисления металла, входящего в активный центр фермента, под действием электромагнитных полей, изменяется работа фермента [4].
По мнению советского биофизика С.Э. Шноля, основным механизмом биологического функционирования молекул является изменение их конформации. Вращательные и другие движения молекул обуславливают поглощение электромагнитных волн, а конформационные колебания отдельных молекул могут синхронизироваться посредством электромагнитного поля. В результате периодических изменений объёма макромолекулы генерируются акустические волны и низкочастотное электромагнитное поле. Взаимодействие макромолекул осуществляется посредством этих полей [9]. Таким образом, электромагнитные поля влияют на биохимические процессы, изменяют ферментативную активность, окислительные процессы в организмах животных. В качестве возможных путей реализации действия полей на биологические объекты предлагаются ещё и такие механизмы, как изменение ориентации больших молекул в сильных полях, тормозящее влияние на ротационную диффузию больших молекул, изменение угла химической связи в молекуле, изменение скорости протонного туннелирования в водородных связях между нуклеотидами, составляющими молекулу ДНК; влияние на пульсирующие биотоки, что может вызвать механические смещения источников биопотенциалов [10].
1.3. Некоторые особенности строения сперматозоида
Сперматозоид - мелкие подвижные гаметы самцов, образуемые гонадами самцов-семенниками. Форма спермиев у различных животных различна, однако строение их однотипно. Каждый сперматозоид можно подразделить на пять участков. В головке сперматозоида находится ядро содержащие гаплоидное число хромосом и прикрытое акросомой. Акросома - особая структура ограниченная мембраной - содержит гидролитические ферменты, способствующие проникновению спермия в ооцит непосредственно перед оплодотворением таким образом функционально ее можно рассматривать как увеличенную лизосому. В короткой шейке спермия расположена пара центриолей, лежащих под прямым углом друг к другу. Микротрубочки одной из центриолей удлиняются, образуя осевую нить жгутика, проходящую вдоль всей остальной части сперматозоида. Средняя часть расширена за счет содержащихся в ней многочисленных митохондрий, собранных в спираль вокруг жгутика. Эти митохондрии доставляют энергию для сократительных механизмов, обеспечивающих движения жгутика.
Одного только жгутикового движения недостаточно, чтобы сперматозоид мог пройти расстояние от влагалища до места, где происходит оплодотворение. Главная локомоторная задача спермиев состоит в том, чтобы скопиться вокруг ооцита и ориентироваться определенным образом, прежде чем проникнуть сквозь мембраны ооцита [13].
1.4 Метод определения неконтатного влияния антрацена на локомоторную активность сперматозоидов быка
1.4.1 Объект исследования
В качестве объекта исследования предлагается взять сперматозоиды быка, как наиболее чувствительные к воздействию различных факторов.
1.4.2 Материал исследования
Для проведения эксперимента необходимо взять вещество бензоидного ряда, а именно антрацен.
Антрацен (С14Н10)
Согласно литературным данным, в одном из колец возникает кольцевой ток, который может перемещаться из одного кольца в другое. Появляется электромагнитный момент, и тепловое колебание молекул химических веществ становится как электромагнитное. Таким образом, в результате кольцевого тока возникает электромагнитное поле, которое оказывает воздействие на биологические объекты.
1.4.3 Метод исследования неконтактного влияния антрацена на локомоторную активность сперматозоидов быка
Для определения неконтактного влияния можно использовать следующий метод.
Перед началом опыта препарат сперма быка, растворённой в питательной среде, необходимо микроскопировать при увеличении не менее, чем в 280 раз. Для этого помещают препарат на предметное стекло в отверстие фильтровальной бумаги, пропитанной питательной средой. Отверстия фильтровальной бумаги по диаметру должно совпадать с полем обзора в микроскопе. Далее накрыть покровным стеклом и микроскопировать. Убедивись в том, что сперматозоиды не потеряли подвижность, приготовить опытный раствор с концентрацией сперматозоидов 10-30 штук на одну пробу. Таким образом сделать не менее десяти препаратов. Микроскопировать приготовленные препараты и подсчитать количество мёртвых сперматозоидов. После этого половина приготовленных проб кладётся на препарат антрацена, количеством 30 г герметично запаянного в двухслойную полиэтиленовую ёмкость. Для контроля вторую половину проб поместить на герметично запаянную двухслойную полиэтиленовую ёмкость, содержащюу 30 г дисцилированной воды. Через определённые промежутки времени (5-15 мин.) все препараты микроскопируются. При этом подсчитывается количество мёртвых сперматозоидов. Микроскопирование проводится до тех пор, пока в пробах остаются живые сперматозоиды.
После этого необходимо построить графики зависимости количества мертвых сперматозоидов от времени для опыта и контроля. По графикам находится время отмирания половины сперматозоидов (t0,5). Смотри рис.1.
Для оценки достоверности экспериментальных данных необходимо сделать следующие расчёты [14]:
%
100
50
0
t0,5 t , мин
рис.1 График зависимости количества мёртвых сперматозоидов от времени.
Заключение
Так как сперматозоиды быка обладают высокой чувствительностью к различным влияниям биохимических веществ, можно предположить, что антрацен оказывает на них неконтактное влияние. Для выяснения степени этого влияния на локомоторную активность спермы быка необходимы дальнейшие экспериментальные исследования, в том числе основанные на применении метода, разработанного в данном проекте.
Изучение этой проблемы представляется в дальнейшем перспективным, так как она связана со многими аспектами неконтактного влияния химических веществ на биологические объекты.
Список литературы:
1. Дубров А.П. Геомагнитное поле и жизнь. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – 176 с.
2. Казначеев В.П., Михайлова Л.П. Биоинформационная функция естественных электромагнитных полей. – Новосибирск: Наука, 1985. – 180 с.
3. Казначеев В.П., Михайлова Л.П. Сверхслабые излучения в межклеточных взаимодействиях. – Новосибирск: Наука, 1981. – 205 с.
4. Плюснина Т.Ю., Ризжеченко Г.Ю., Аксёнов С.И., Черняков Г.Н. Влияние слабого электрического воздействия на триггерную систему трансмембранного ионного переноса // Биофизика, 1994, Т.39 вып. 2. – стр.89
5. Пресман А.С. Электромагнитная сигнализация в живой природе. – М.: Советское радио, 1974. – 63 с.
6. Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа. – М.: Наука, 1968. –288 с.
7. Сент-Дьери А. Биоэлектроника. – М.: Мир, 1971. 79 с.
8. Сердюк А.М. Взаимодействие организма с электромагнитными полями как с факторами окружающей среды. – Киев: Наукова думка, 1977. – 288 с.
9. Шноль С.Э. Конформационные колебания макромолекул // Колебательные процессы в биологических и химических системах: Труды Всесоюзного симпозиума по комб.процессам в биологических и химических системах. – М.: Наука, 1967. – с. 22
10.Влияние магнитных полей на биологические объекты / под редакцией Холодова Ю.А. – М.: Наука, 1971. – 304 с.
11.Григорьев В.И., Мякишиев Г.Я. Силы в природе. – М.: Наука. – 415 с.
12.Симаков Ю.Г. Живые приборы. - М.: Знания, 1986. - 176 с.
13.Грин Н., Стаут У., Тейлор Р. Биология. В 3-х т. Т.3.: Пер. с анг./ Под ред. Сопера Р. – М.: Мир, 1990. – 376 с.
14.Фролов Ю.П. Математические методы в биологии. ЭВМ и программирование. Самара: Изд-во «Самарский университет», 1996. 264 с.