КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ГРИГОР’ЄВА Олеся Олегівна

УДК 577.4:538.56

Вплив надвисокочастотного опромінення як екологічного фактора на деякі
гідробіонтні організми

03.00.16 – екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі зоології біологічного факультету Київського
національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор

Ільєнко Микола Микитович,

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

професор кафедри зоології

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор, акад. УААН

Бойко Анатолій Леонідович,

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

професор кафедри вірусології

доктор біологічних наук

Кутлахмедов Юрій Олексійович,

Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАНУ,

завідувач лабораторії радіоекології

Провідна установа: Інститут гідробіології НАН України, м. Київ

Захист відбудеться 23 червня 2005 р. о 16 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24

Київського національного університету імені Тараса Шевченка

за адресою: м. Київ, проспект Глушкова, 2, корпус 12, біологічний

факультет, ауд. 434.

Поштова адреса: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 64,

спеціалізована вчена рада Д 26.001.24, біологічний факультет.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці

Київського національного університету імені Тараса Шевченка

за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий 20 травня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради
Андрійчук Т.Р.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Електромагнітні поля і, зокрема, надвисокочастотне
випромінювання широко розповсюджені у середовищі існування людини. Нова
техніка працює у найрізноманітніших частотних діапазонах і режимах
електромагнітного випромінювання, з використанням усе зростаючих
потужностей. Це призводить до підвищення потенційно небезпечних рівнів
опромінення та до все більшого охоплення радіацією різних контингентів
населення.

Основну масу випромінювачів неіонізуючої радіації складають так звані
функціональні передавачі, різноманітне технологічне обладнання, медичні
терапевтичні та діагностичні установки, побутове обладнання (НВЧ-печі),
засоби візуального відтворення інформації на електронно-променевих
трубках (монітори комп’ютерів, телевізори), стільникові телефони. Тому
ретельні дослідження впливу вищеназваних випромінювачів на живі
організми мають посідати не останнє місце у сучасній науці.

На сьогодні не існує єдиної думки щодо ефектів, які виникають у
результаті дії мікрохвиль та ступеня шкідливості їх впливу на живі
істоти, у тому числі і на людину. Не зроблено остаточних висновків щодо
водної компоненти як первинної мішені при поглинанні електромагнітного
випромінювання.

Недостатньо досліджено реакцію живих систем на мікрохвильове опромінення
дециметрового діапазону, наявність накопичувального ефекту радіації
цього рівня, вплив мікрохвиль на гідробіонтні організми. Такі
дослідження особливо важливі у зв’язку з тим, що гідробіонти постійно
знаходяться у воді, а патологічні процеси під дією електромагнітного
опромінення можуть відбуватися внаслідок зміни характеристик стану води
(Пономарев и др., 2000; Казаченко и др., 1998). Ці аспекти проблеми як
досі не з’ясовані і стали визначальними при виборі теми дисертаційної
роботи.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація
виконана у рамках планової теми № 01 БП 036–02 “Дослідження видового
різноманіття тварин України та прилеглих територій, їх морфо-екологічних
особливостей та розробка біологічних засобів боротьби з деякими
шкідливими видами” (№ державної реєстрації 0101U000969) кафедри зоології
Київського національного університету імені Тараса Шевченка, підрозділ
“Риби та зоопланктон”.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи – вивчення особливостей впливу
надвисокочастотного опромінення на гідробіонтів.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі завдання:

визначити закономірності впливу мікрохвильової радіації дециметрового
діапазону як екологічного фактора на гідробіонтів: ікру Rana
temporaria L. та ікру й пуголовків Rana esculenta L., личинок Culex
pipiens molestus Forskal, цитоплазму клітин Vallisneria spiralis L., на
інтенсивність росту та фотосинтетичну активність Chlorella vulgaris
Beijer.;

розробити метод визначення питомої поглиненої дози радіації
гідробіонтами;

дослідити залежність життєздатності організмів від величини дози
поглиненої радіації, визначити летальну дозу поглиненої радіації;

перевірити наявність накопичувального ефекту впливу мікрохвиль
дециметрового діапазону;

зіставити температурний і радіаційний ефекти впливу мікрохвильової
радіації на живі організми;

порівняти результати безпосереднього опромінення організмів з
результатами опосередкованого опромінення, тобто через опромінену воду.

Об’єкт дослідження: реакції на мікрохвильове опромінення гідробіонтних
організмів: ікри жаби трав’яної Rana temporaria L. та ікри й пуголовків
жаби ставкової Rana esculenta L., личинок комара Culex pipiens molestus
Forskal, валіснерії спіральної Vallisneria spiralis L. та хлорели
звичайної Chlorella vulgaris Beijer.

Предмет дослідження: виживання гідробіонтів, опромінених
надвисокочастотними радіохвилями.

Методи дослідження: у роботі було застосовано методи безпосереднього та
опосередкованого опромінення об’єктів; методи попереднього охолодження
води та циклічної перестановки опромінених ділянок рослини; метод
визначення величини поглиненої дози за зміною температури середовища;
метод визначення абсолютної швидкості руху хлоропластів; методи
кількісного обліку росту клітин у культурі за допомогою камери Горяєва
та визначення розмірів клітин за допомогою окуляр-мікрометра; метод
диференційної флуорометрії нативних клітин водоростей.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше виявлено характерні
особливості впливу мікрохвиль дециметрового діапазону на досліджувані
біологічні об’єкти та встановлено критичні дози поглиненої радіації.

Нами розроблено і вперше застосовано метод визначення поглиненої дози
радіації гідробіонтів за різницею температур води, в якій ці об’єкти
перебувають, методи попереднього охолодження води перед опроміненням
зоологічних об’єктів та циклічної перестановки опромінених ділянок при
роботі з V. spiralis. Застосовуючи метод багаторазового опромінення та
метод попереднього охолодження організмів, ми дійшли висновку про
відсутність накопичувального ефекту внаслідок впливу мікрохвильової
радіації на досліджуваних тварин та відсутність опосередкованого впливу
радіації (через опромінену воду) на їхню життєздатність.

Показано, що вплив мікрохвильової радіації дециметрового діапазону на
досліджуваних тварин не вичерпується чисто тепловим ефектом, який має
місце при звичайному нагріванні. Запропонована гіпотеза щодо механізму
впливу надвисокочастотного опромінення на біооб’єкти – гіпотеза
електромеханічного резонансу.

Вперше виявлено відмінність у значеннях критичних доз для об’єктів
рослинного й тваринного походження: рослини витримують значно вищі дози
опромінення. Крім того, на прикладі Ch. vulgaris доведено, що різні
показники її життєдіяльності характеризуються різними критичними
поглиненими дозами.

Практичне значення отриманих результатів. Особливості впливу
мікрохвильової радіації дециметрового діапазону на живі організми,
досліджені в даній роботі, можуть бути використані як критерії для
виявлення її шкідливої дії. Отримані дані дають змогу спростити захист
від впливу мікрохвильового опромінення, а також контроль за ним,
зважаючи на ту обставину, що такий вплив носить переважно тепловий
характер. Результати досліджень можна впроваджувати в навчальний процес
вузів на факультетах біологічного та екологічного профілю.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем особисто сплановано та виконано
експериментальні дослідження, розроблено та застосовано нові методи,
проаналізовано отримані результати, написано та оформлено наукові
публікації, апробації результатів досліджень, сформульовано основні
положення дисертації та висновки (за участю наукового керівника),
оформлено дисертаційну роботу. Експериментальні результати наукових
робіт зі співавторами отримано спільними зусиллями всіх авторів, проте
всі інші компоненти наукової роботи залишались за здобувачем. Доповіді
на наукових конференціях виголошувались особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації
доповідались і обговорювались на 7-ми конференціях:

III International Young Scientists Conference Problems of Optics and
High Technology Material Science (Kyiv, 2002); Ювілейній науковій
конференції студентів, аспірантів та молодих вчених (Одеса, 2003);
International Conference for Students and Young Scientists (L’viv,
2003); International scientific and practical conference (Kyiv, 2003,);
Fourth International Young Scientists Conference Problems of Optics and
High Technology Material Science (Kyiv, 2003); Міжнародній молодіжній
конференції “Проблеми інтродукції рослин, збереження біорізноманіття і
раціональне використання рослин у сільському господарстві” (Ялта, 2004);
XXXIV ANNUAL MEETING (Novi Sad, 2004).

Публікації. За темою дисертації автором опубліковано 11 наукових праць,
з них 5 статей у фахових наукових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Матеріали дисертації викладено на 140
сторінках машинописного тексту. Робота складається зі вступу,
аналітичного огляду літератури, опису методів дослідження, розділів
результатів власних досліджень, їх аналізу та узагальнення, висновків та
списку використаних джерел, що містить 126 найменувань. Дисертаційна
робота ілюстрована 7 рисунками та 11 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали та методи дослідження. Щоб простежити вплив електромагнітного
випромінювання надвисокої частоти на біооб’єкти різних рівнів
організації, предметами вивчення стали представники як хребетних, так і
безхребетних тварин, а також рослинні організми. Їхньою загальною рисою
є те, що вони хоча б на одній із стадій розвитку є гідробіонтами. Саме
на цій стадії і були проведні експерименти з опромінення мікрохвильовою
радіацією, адже вплив на живі системи може відбутися не лише через
повітряний простір, але й через водне середовище.

Описана у представленій роботі методика визначення питомої поглиненої
дози мікрохвильової радіації гідробіонтами розроблена нами і застосована
вперше. Враховуючи те, що об’єктами дослідження були рослини і
холоднокровні тварини, а також те, що ці організми мають великий
відсоток (до 85 %) води, їхню температуру, а також поглинальну здатність
електромагнітної радіації приблизно визначали за відповідними
показниками води, у якій ці об’єкти дослідження перебували. За величиною
?t?= t2? – t1?, де t1? – температура води до опромінення, а t2? – після
опромінення, визначалася доза поглиненої радіації D в одиницях Дж/г,
тобто кількість теплової енергії, яка виділилася в одиниці об’єму води
за час опромінення ?. Отже, D = c??t?, де c – теплоємність води, яка
приблизно дорівнює 4.2 Дж/г??C.

Таким чином, вибраний нами напрям досліджень полягав у вивченні ефектів
опромінення біооб’єктів з контролем поглиненої дози радіації.

Для більш глибокого вивчення механізму впливу мікрохвильової радіації на
зоологічні об’єкти у даній роботі було розроблено і вперше застосовано
метод опромінення гідробіонтів з попереднім охолодженням їх у воді. Ми
виходили з того, що при дуже низькій початковій температурі вода разом
із піддослідними об’єктами при опроміненні може отримати велику дозу,
при цьому не дуже нагрівшись, тобто власне температурний ефект буде
мінімальним. Для цього піддослідних тварин короткочасно витримували у
холодній воді, після чого дослідну групу опромінювали, доводячи
температуру води до рівня кімнатної, а у ємність із контрольною групою
поступово доливали воду кімнатної температури без опромінення. Так, у
дослідах із пуголовками, контрольна група експерименту з попереднім
охолодженням перебувала у воді при температурі + 3 ?C 3 хвилини, тобто
стільки, скільки й дослідна група до опромінення в дозі 90 Дж/г;
контрольні й дослідні групи личинок комарів у аналогічних дослідах
витримували в охолодженій до 0 ?C воді протягом 20 секунд, а доза
опромінення складала 151 Дж/г. Оскільки початкова температура середовища
була низькою, і вода разом із тваринами при опроміненні могла отримати
велику дозу, не нагріваючись до критичних температур, то в результаті
власне температурний ефект зводився до мінімуму.

З метою подальшого вдосконалення експерименту із тваринними об’єктами і
більш точного визначення саме радіаційного, а не теплового ефекту, були
задіяні контрольні групи, що піддавалися звичайному нагріванню. Вони
були пересаджені у воду, підігріту звичайним термічним шляхом, до тієї ж
температури, за якої дослідні групи перебували під дією мікрохвиль, і на
той же термін часу. Так, для пуголовків ця температура складала
+38.0 ?C, тобто стільки ж, як і у відповідної дослідної групи у процесі
опромінення в дозі 82 Дж/г, а тривалість впливу в обох випадках
дорівнювала 60 секунд. Для личинок комарів температура становила –
+40.0 ?C і +45.0 ?C, а тривалість – 30 секунд.

Однією із задач була перевірка наявності чи відсутності накопичувального
ефекту мікрохвильової радіації. На пуголовках її встановлювали,
опромінюючи їх щодня в дозі 40 Дж/г протягом 30 cекунд впродовж чотирьох
днів, на личинках комарів – опромінюючи щоденно в дозі 44 Дж/г протягом
20 cекунд, причому воду в посудині не міняли впродовж усіх двадцяти днів
експерименту аж до виходу імаго.

Окрім вищезгаданих, у роботі був застосований метод опосередкованого
впливу радіації на організми – через опромінену воду. З метою
з’ясування, чи може НВЧ опромінення впливати на організми
опосередковано, і чи є водна компонента первинним акцептором при дії
поля, піддослідних комах пересаджували у щойно опромінену в дозі 78 Дж/г
воду, початкова температура якої була 0 ?C, а за допомогою мікрохвиль
нагріта до +18.5 ?C.

У процесі опромінення тварини знаходилися у скляній посудині з водою. В
експериментах з пуголовками враховували показник викльову та загибелі
ікринок, а також смертність пуголовків через добу після опромінення. До
того ж, через місяць після опромінення ікри, була визначена кількість
пуголовків, що вижили. В експериментах з комарами підраховували вихід
імаго.

Цитофізіологічною тест-реакцією, за допомогою якої вивчали вплив
радіації на V. spiralis, слугувала швидкість руху цитоплазми валіснерії,
яку визначали, спостерігаючи за рухом хлоропластів. Методика (Смирнова
и др., 1993), коли для кожної дози опромінення використовують іншу
рослину, має свої незручності, оскільки рослини одного виду і навіть
листки з однієї рослини дуже відрізняються за своїми фізіологічними
особливостями і без впливу опромінення.

З метою уникнення подібної неузгодженості нами була розроблена і
використана нова методика, яка полягає в тому, що один листок слугує і
контролем, і дослідним опромінюваним зразком. Для цього прикореневу
частину листка розрізали поперек на три ділянки довжиною по 1 см таким
чином, що ділянка а – це ділянка біля самого кореня, ділянка в –
наступна за нею, і найдистальніша – ділянка с.

Опромінення проводили за такою схемою:

1-й листок: ділянка а0 – контроль, ділянка в1 – 1-а доза опромінення,
ділянка с2 – 2-а доза опромінення;

2-й листок: ділянка а1 – 1-а доза опромінення, ділянка в2 – 2-а доза
опромінення, ділянка с0 – контроль;

3-й листок: ділянка а2 – 2-а доза опромінення, ділянка в0 – контроль,
ділянка с1 – 1-а доза опромінення.

Застосування такого методу давало змогу виключити вплив відмінностей у
швидкостях руху цитоплазми у клітинах різних рослин чи у клітинах різних
ділянок однієї і тієї ж рослини. Інакше в ході експерименту важко
визначити, з чим пов’язана різниця в швидкості руху цитоплазми
контрольних і експериментальних груп – із опроміненням чи з вихідними
фізіологічними особливостями рослини. Контрольні та опромінені ділянки в
кожному експерименті почергово міняли.

Для визначення стійкості валіснерії до опромінення також було досліджено
прижиттєве забарвлення V. spiralis 0.01 % водним розчином нейтрального
червоного з додаванням спирту (Мусієнко та ін., 2005).

Контроль за темпом росту і розмноженням клітин Ch. vulgaris у культурі
під дією мікрохвильової радіації здійснювали на основі підрахунків їх
чисельності. Для підрахунку кількості клітин хлорели застосовували
камеру Горяєва, а для вимірювання їхніх розмірів – гвинтовий
окуляр-мікрометр.

Контроль пігментного комплексу хлорели здійснювали за змінами
хлорофілу а методом диференційної флуорометрії нативних клітин
водоростей із використанням планктофлюорометра ФЛ 300 3М, розробки
Красноярського ун-ту (Гольд и др., 1984). Паралельно визначали показник
?F (різницю інтенсивності флуоресценції до і після внесення симазину як
інгібітора електронного транспорту фотосинтезуючих клітин) (Паршикова
и др., 2001). Цей показник визначав рівень життєздатності клітин або їх
потенційну фотосинтетичну активність. Підрахунки здійснювали на 1-й,
2-й, 3-й та 5-й день експерименту.

Контрольні об’єкти в усіх випадках не опромінювали.

Температуру (t?) води в посудині вимірювали до і після опромінення
об’єкта дослідження за допомогою попередньо проградуйованої
хромель-копелевої термопари.

Як джерело мікрохвильового випромінювання в експериментах було
використано магнетрон стандартної побутової мікрохвильової печі з
частотою генерації ? = 2450?50 МГц, що відповідає довжині хвилі
випромінювання ? ? 12 см.

Результати дослідження та їх обговорення. Критична доза опромінення для
ікри R. esculenta і, відповідно, температура виявилися дещо вищими, ніж
для пуголовків (табл. 1, 2).

Таблиця 1

Смертність ікри R. esculenta

при різних дозах поглиненої радіації (n=3)

Умови досліду Смертність M??M, %

Поглинена доза, Дж/г Тривалість опром-ня, c Початкова т-ра, ?C Кінцева
т-ра, ?C Після викльову Через 30 днів

0 (контроль) 0 +18.5 +18.5 4.5?0.5 4.5?0.5

65 45 +18.5 +34.0 5.0?0.6 6.3?0.6

75 60 +18.5 +36.5 22.5?2.3 27.2?2.4

110 75 +18.5 +45.0 70?6 85?7

П р и м і т к а. Статистична похибка тут та в інших таблицях
розрахована для 95 % довірчої імовірності та віднесена до загального
числа піддослідних особин.

Так, після опромінення в дозі 65 Дж/г результати, отримані в дослідах з
ікрою, статистично не відрізнялися від контрольних – смертність
становила 5 %. У той же час після опромінення в дозі 63 Дж/г для
пуголовків смертність становила 23 %, фактично як після опромінення в
дозі 75 Дж/г для ікри. І, врешті, доза опромінення 110 Дж/г виявилася
згубною для переважної більшості ікринок – 70 %. В обох випадках, однак,
відмічено явне зростання смертності зі збільшенням дози мікрохвильової
радіації, що підтверджено і на інших досліджуваних нами об’єктах.

Накопичувального ефекту радіації у дослідах на пуголовках не
спостерігалося. Одноразове опромінення в дозі 82 Дж/г виявилося для них
смертельним, а чотири послідовних опромінення пуголовків в дозі 40 Дж/г,
що склали сумарну дозу 160 Дж/г, не вплинули на життєздатність особин.
Цей же факт підтвердили і подальші спостереження за пуголовками, що
виклюнулися із опроміненої ікри. Вони показали, що найбільша смертність
спостерігається відразу після опромінення (табл. 1). Ймовірно, що при
разовому опроміненні рівень гіпертермії і інтервал часу, протягом якого
піддавалася навантаженню система термокомпенсації, досягли критичного
значення, а при повторних опроміненнях вони лишалися незначними і
організм встигав повністю відновлюватися до отримання наступної дози.

Таблиця 2

Смертність пуголовків

R. esculenta при різних дозах поглиненої радіації (n=3)

Умови досліду

Поглинена доза, Дж/г

Тривалість впливу, c

Початкова

т-ра, ?C

Кінцева

т-ра, ?C

Смертність

M??M, %

Д о с л і д 1

0 (контроль) – +18.5 +18.5 0

40 30 +18.5 +28.0 0

63 45 +18.5 +33.5 23?2

Д о с л і д 2

0 (контроль з нагріванням) 60 +18.5 +38.0 11?1

82 60 +18.5 +38.0 96?2

Д о с л і д 3

0 (контроль з охолодженням) 60 +3 +16.5 0

90 60 +3 +24.5 0

Важливим є порівняння даних, отриманих при опроміненні пуголовків в дозі
82 Дж/г і звичайному нагріванні, а також при опроміненні в дозі 82 Дж/г
і в дозі 90 Дж/г з попереднім охолодженням. Як видно з таблиці 2, і при
мікрохвильовому опроміненні в дозі 82 Дж/г, і при звичайному нагріванні
температура води була однаковою – +38 ?С, але якщо у першому випадку
пуголовки практично не виживають, то у другому, тобто при перебуванні у
воді, підігрітій звичайним шляхом, смертність становить усього 11 %. Тут
можна було б зробити висновок про те, що смертність пов’язана саме із
дозою надвисокочастотного випромінювання – 82 Дж/г, яка для пуголовків є
смертельною. Проте результати, отримані при опроміненні з попереднім
охолодженням, уточнюють це припущення.

Адже при опроміненні в цій же дозі, але за умови нижчих початкової і
кінцевої температур, смертність дорівнює нулю. Тобто, у випадку
опромінення в дозах 82 Дж/г і 90 Дж/г із попереднім охолодженням,
виходить навпаки – при однаковій дозі опромінення вирішальною є
температура.

Оскільки дециметрове мікрохвильове випромінювання є більш дійовим
порівняно з еквівалентним по енергії тепловим впливом і характеризується
не лише температурним, але й радіаційним ефектом, воно може виявляти
локальний тепловий вплив на клітини та тканини, що призводить до
нерівномірного поглинання енергії (Зубкова и др., 1989;
Carpenter et al., 1971; Большаков и др., 1996). Щодо механізму локальних
перегрівів ми пропонуємо таку модель: під дією електромагнітних хвиль
відбувається поляризація системи (наприклад, клітини), напрямок якої
(знак) змінюється з частотою генерації. Ця частота може збігтися із
власною механічною частотою досліджуваної системи – виникне резонанс.
При цьому передача енергії буде максимальною від поля до об’єкта.
Відбудеться локальний перегрів аж до руйнації біологічної системи.
Оскільки біооб’єкти складні та неоднорідні, то завжди знайдеться окрема
ділянка, власна частота якої буде дорівнювати частоті поля. Тому,
переважна більшість частот електромагнітної радіації можуть бути
впливовими і вибірково викликати мікрорезонансні ефекти.

¦

I

x

?

¬

®

??????®

oe

CJ

O

O

O

$

O

O

$

O

CJ

CJ

O

$

O

O

$

O

O

O

$

O

O

O

a$?kd?

???????

O

O

CJ

h?B8CJ

CJ Oї перебував організм під час опромінення.

Комарі краще витримували нагрівання середовища до високих температур,
ніж пуголовки, але закономірності реакції на опромінення збереглися такі
ж: смертність зі збільшенням дози зростала; при опроміненні з попереднім
охолодженням відсоток комах, що дійшли до стадії імаго, вірогідно від
контрольних показників не відрізнявся (табл. 3); найбільша загибель
спостерігалася через добу після опромінення. Так, у випадку прямого
опромінення в дозі 92 Дж/г личинок першої стадії на другий день
експерименту живими лишилося 62 % личинок, а на кінець досліду 52 %
(рис. 1).

Відразу після опромінення відбулося різке зниження чисельності, а потім
і контрольні показники, і дослідні, фактично, утворили паралельні прямі,
тобто відбулося природне зменшення кількості особин.

Досліди з комарами мали також відповісти на питання, чи є водна
компонента первинним акцептором при дії електромагнітного поля і чи
відбувається “запам’ятовування” водою набутих під час опромінення змін,
як стверджується у ряді досліджень з опроміненням води хвилями
міліметрового діапазону (Пономарев и др., 2000; Казаченко и др., 1998).

Однак, у дослідах на личинках комарів нами не було отримано результатів,
які б свідчили про “пам’ять” води, тобто, про те, що зміни, викликані
дією поля, зберігаються певний час. Опромінена вода не зменшила
виживання, а, значить, не зберегла будь-яких змін, які б вплинули на
розвиток комарів.

Таблиця 3

Виживання личинок C. p. molestus І стадії

при різних дозах поглиненої радіації (n=3)

Умови досліду

Поглинена доза, Дж/г

Тривалість впливу, c

Початковат-ра, ?C

Кінцева т-ра, ?C

Виживання через добу Вихід імаго, %

Д о с л і д 1

0 (контроль) 0 +18.5 +18.5 99?1 86?1

92 25 +18.5 +40.5 62?6 52?5

128 30 +18.5 +49.0 0 0

0 (нагрівання) 30 +18.5 +40.0 97?2 86?1

0 (нагрівання) 30 +18.5 +45.0 0 0

Д о с л і д 2

0 (контроль з охолодженням) 0 0 +18.5 88?4 82?2

151(опромінен-ня з попереднім охолодженням) 45 0 +36.0 89?4 83?3

78 (опромінена вода без личинок) 55 0 +18.5 96?3 86?3

Д о с л і д 3

0 (контроль) 0 +21.5 +21.5 96?3 76?3

44 (20-ти разове опромінення) 30

(20 разів) +21.5 +32.0 96?3 76?3

Рис. 1. Виживання личинок C. p. molestus І стадії на період від дня
опромінення до виходу імаго: k – контроль, o – опромінення в дозі
92 Дж/г.

Результати дослідів з V. spiralis представлені у табл. 4. При дозах
опромінення 42, 84 та 97 Дж/г швидкість руху цитоплазми клітин
валіснерії не відрізнялася від контрольних показників, а при 109 Дж/г
вже спостерігалося сповільнення руху цитоплазми: у багатьох клітинах
хлоропласти агрегувалися і руху взагалі не відбувалося. Доза 122 Дж/г
виявилася летальною для рослин: відсутність руху спостерігалася в усіх
клітинах валіснерії, тобто доза опромінення виявилася настільки високою,
що зміни у клітинах стали незворотніми. Дослідження прижиттєвого
забарвлення цитоплазми рослин 0.01 % водним розчином нейтрального
червоного підтвердило отримані результати по швидкості руху цитоплазми.
У контролі та після опромінення в дозах 42, 84, 97 і 109 Дж/г у клітинах
було помічено гранули нейтрального червоного, оскільки жива цитоплазма
має здатність відкладати барвник у вигляді гранул. Після опромінення в
дозі 122 Дж/г цитоплазма стала рівномірно забарвленою, оскільки під дією
подразника така здатність падає і барвник сорбується цитоплазмою.

Важливо, що при опроміненні аж до дози 97 Дж/г у швидкостях руху
цитоплазми клітин валіснерії не помічено змін, тоді як при опроміненні в
дозі 63 Дж/г пуголовків R. esculenta спостерігалося помітне зниження
життєздатності тварин – на 23 % порівняно з контролем, а доза 82 Дж/г
викликала більш ніж 90 % смертності (див. табл. 2). Таким чином, досліди
з V. spiralis показали, що рослини значно витриваліші до мікрохвильової
радіації у порівнянні із тваринами.

Таблиця 4

Швидкість руху хлоропластів у клітинах

V. spiralis при різних дозах поглиненої радіації (n=3)

Умови досліду

Поглинена доза, Дж/г

Тривалість опромінення, c

Початкова т-ра, ?C

Кінцева

т-ра, ?C

Швидкість, мкм/с

0 (Контроль) 0 +25 +25 11.2±0.8

42 20 +25 +35 10.4±0.9

84 30 +25 +45 11.8±0.6

97 45 +25 +48 11.2±0.8

109 50 +25 +52 4.6±0.9

122 55 +25 +55 0

Серія дослідів з культурою Ch. vulgaris показала, що нижчі водні рослини
значно стійкіші до мікрохвильової радіації у порівнянні з вищими.
Вірогідних відмінностей в інтенсивності росту та розмірах клітин хлорели
контрольних і опромінених об’єктів не спостерігалося. Очевидно, для
даних досліджень розміри клітин, так само, як і їхня кількість, не
можуть бути показовими при оцінці стану рослини.

Найбільш показовим виявився вплив радіації на зміну концентрації
хлорофілу та потенційну фотосинтетичну активність (табл. 5), хоча навіть
при опроміненні в дозі 120 Дж/г, яка виявилася летальною для валіснерії,
вірогідних відмінностей між контролем та дослідними експозиціями не
виявлено протягом усіх днів експерименту. При опроміненні в дозі
166 Дж/г концентрація хлорофілу вже на другий день значно зменшилася і
лишилася приблизно на цьому ж рівні на 3-й і 5-й день. Після опромінення
в дозі 195 Дж/г концентрація хлорофілу на 2-й день експерименту
зменшилася аж у десять разів і становила 33 мкг/л, проте потім дещо
зросла – до 60 мкг/л.

Таблиця 5

Концентрація хлорофілу у клітинах Ch. vulgaris при різних дозах
поглиненої радіації (n=3)

Умови досліду Концентрація хлорофілу, мкг/л

Поглинена доза, Дж/г Трив-сть опром., c Початк. т-ра, ?C Кінцева т-ра,
?C 1-й день 2-й день 3-й день 5-й день

Д о с л і д 1

0 (Контроль) 0 +23.5 +23.5 740±90 560±40 610±70 430±30

71 10 +23.5 +42 — 640±80 560±140 430±80

88 15 +23.5 +46 — 610±90 600±40 380±30

80 15 +23.5 +44 — 500±350 500±180 400±25

Д о с л і д 2

0 (Контроль) 0 +23.5 +23.5 370±60 390±20 390±40 400±100

99 20 +23.5 +47 — 400±80 370±290 390±60

120 25 +23.5 +52 — 440±30 440±70 380±60

Д о с л і д 3

0 (Контроль) 0 +22.5 +22.5 300±90 330±40 270±40 370±160

166 30 +22.5 +62 — 180±20 223±25 170±20

195 35 +22.5 +67 — 33±5 49±5 60±15

Схожу закономірність спостерігали і за показниками потенційної
фотосинтетичної активності (табл. 6). Найбільш суттєва відмінність
помічена між контрольними показниками та показниками після опромінення в
дозі 195 Дж/г. Так, на другий день експерименту, показники потенційної
фотосинтетичної активності дослідної групи становили 0.07±0.06
(контрольної – 0.38±0.06), на третій – 0.03±0.03 (у контролі –
0.43±0.11), і на п’ятий – 0.07±0.07, (у контролі 0.41±0.10). За даними
роботи (Паршикова и др., 2001) при потенційній фотосинтетичній
активності 0.3 –0.4, яка спостерігалася після опромінення в дозі
120 Дж/г, темпи росту клітин середні, фотосинтез – 50–70 %
максимального. Для V. spiralis така доза виявилася смертельною. Навіть
після опромінення в дозі 160 Дж/г, за якої потенційна фотосинтетична
активність коливалася близько 0.1–0.2, фотосинтез становить 30–40 %.

Отримані результати свідчать, що водорості, завдяки своїй репараційній
здатності (Гродзинский и др., 1980), виявилися найбільш стійкими до
опромінення мікрохвилями порівняно з іншими досліджуваними об’єктами.

Таблиця 6

Потенційна фотосинтетична активність Ch. vulgaris

при різних дозах поглиненої радіації (n=3)

Умови досліду Потенційна фотосинтетична активність, ?F

Поглинена доза, Дж/г Тривалість опром-ня, c Початк. т-ра, ?C Кінцева
т-ра, ?C 1-й день 2-й день 3-й день 5-й день

Д о с л і д 1

0 (Контроль) 0 +23.5 +23.5 0.32±0.01 0.33±0.01 0.36±0.01 0.36±0.01

71 10 +23.5 +42 — 0.21±0.04 0.34±0.06 0.37±0.05

88 15 +23.5 +46 — 0.24±0.01 0.32±0.04 0.43±0.04

80 15 +23.5 +44 — 0.35±0.16 0.35±0.05 0.37±0.06

Д о с л і д 2

0 (Контроль) 0 +23.5 +23.5 0.41±0.05 0.39±0.09 0.36±0.04 0.33±0.21

99 20 +23.5 +47 — 0.37±0.04 0.36±0.13 0.36±0.01

120 25 +23.5 +52 — 0.29±0.01 0.30±0.01 0.37±0.05

Д о с л і д 3

0 (Контроль) 0 +22.5 +22.5 0.36±0.01 0.38±0.06 0.43±0.11 0.41±0.10

166 30 +22.5 +62 — 0.22±0.06 0.21±0.01 0.30±0.05

195 35 +22.5 +67 — 0.07±0.06 0.03±0.03 0.07±0.07

ВИСНОВКИ

1. У роботі наведені результати вивчення впливу мікрохвильового
опромінення дециметрового діапазону з частотою 2450 МГц на рослинних та
тваринних гідробіонтів. Запропоновано оригінальну методику визначення
поглиненої дози радіації, а також механізм впливу мікрохвильового
опромінення на живі системи. Розроблено та вперше застосовано метод
попереднього охолодження води перед опроміненням тваринних об’єктів та
метод циклічної перестановки опромінених ділянок досліджуваних рослин.

2. Виявлено, що вплив НВЧ радіації на Rana temporaria L., Rana
esculenta L., Culex pipiens molestus Forskal, Vallisneria spiralis L.,
Chlorella vulgaris Beijer. має сукупний ефект – температурний і
радіаційний. Причому шкідливі наслідки впливу найбільш виразно
проявляються через добу після опромінення.

3. Не виявлено функціональних змін у рослинних об’єктах після
опромінення в дозі 82 Дж/г, що була смертельною для пуголовків, та в
дозі 92 Дж/г, за якої спостерігалась 50 % смертність личинок комарів.
Крім того, клітини Ch. vulgaris продовжують функціонувати після
опромінення в дозі 120 Дж/г, яка виявилася летальною для V. spiralis,
тобто стійкість живих організмів до мікрохвильового опромінення
зменшується з ростом рівня організації.

4. Досліди з опромінення пуголовків R. esculenta та личинок комарів
C. p. molestus показали відсутність накопичувального ефекту
мікрохвильової радіації дециметрового діапазону.

5. Смертність піддослідних організмів зростає зі збільшенням поглиненої
дози опромінення і при цьому залежить від початкової температури
середовища.

6. Досліди з водою, опроміненою мікрохвильовою радіацією дециметрового
діапазону, засвідчують відсутність її радіаційної “пам’яті”; оскільки в
опроміненій воді життєздатність тварин не зменшилася, значить, вода не
змінила своїх характеристик під впливом опромінення.

7. Гіпотетично, механізм впливу електромагнітного опромінення на живі
організми полягає в тому, що під впливом мікрохвильової радіації
відбуваються локальні перегріви, які призводять до порушення
життєвоважливих функцій навіть за умов, коли середня температура
об’єктів не є критично високою (живі організми є неоднорідними системами
за діелектричною проникністю та електропровідністю). Такого типу
локальні перегріви можуть бути зумовлені електромеханічними резонансами,
коли частота переполяризації мікросистеми (клітини) збігається з її
власною механічною частотою.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Григор’єва О. О. Вплив мікрохвильової радіації на життєздатність ікри
та пуголовків жаби ставкової Rana esculenta L. // Вісник Київського
національного університету імені Тараса Шевченка. Серія Біологія. –
2003. – № 39. – С. 42–43.

2. Григор’єва О. О. Вплив мікрохвильової радіації дециметрового
діапазону на життєздатність личинок комарів Culex pipiens molestus
Forskal // Вісник Одеського національного університету. – 2003. – Т. 8,
№ 2. – С. 115–120.

3. Вакуленко О. В., Григор’єва О. О., Паршикова Т. В. Вплив
мікрохвильового опромінення на Vallisneria spiralis L. та Chlorella
vulgaris Beijer. // Бюлетень Державного Нікітського ботанічного саду. –
2004. – Вип. 89. – С. 75–78. (Здобувачем сплановано та проведено
експерименти з опромінення піддослідних об’єктів, досліджено зміни у
швидкості руху хлоропластів V. spiralis та у розмірах і кількості клітин
Ch. vulgaris після опромінення, написано статтю).

4. Григор’єва О. О., Вакуленко О. В. Вплив мікрохвильового опромінення
на рух протоплазми клітин Vallisneria spiralis L. // Вісник Київського
національного університету імені Тараса Шевченка. Серія Проблеми
регуляції фізіологічних функцій. – 2004. – Вип. 9 – С. 37–38.
(Здобувачем сплановано та проведено експерименти з опромінення
піддослідних об’єктів, написано статтю).

5. Григор’єва О. О., Вакуленко О. В.. Вплив мікрохвильового опромінення
на деякі гідробіонти // Біополімери і клітина. – 2004. – Т. 20, № 4. –
С. 347–350. (Здобувачем сплановано та проведено експерименти з
опромінення піддослідних об’єктів, написано статтю).

6. Grygorjeva O. O., Vakulenko O. V. The properties of liquid water in
electromagnetic field of decimeter range// The International Society for
Optical Engineering: III International Young Scientists Conference
Problems of Optics and High Technology Material Science (24–26 October
2002). – Kyiv, Ukraine: Taras Shevchenko Kyiv National University,
2002. – P. 229.

7. Григор’єва О. О. Розвиток комарів Culex pipiens molestus Forskal в
умовах електромагнітного опромінення // Біорізноманіття. Екологія.
Еволюція. Адаптація: Матеріали ювілейної наукової конференції студентів,
аспірантів та молодих вчених, присвяченої 180-річчю з дня народження
Л.С.Ценковського (28 березня – 1 квітня 2003 р.). – Одеса, 2003. –
С. 45.

8. Григор’єва О. О. Наслідки надвисокочастотного опромінення деяких
організмів водного середовища // Екологічні проблеми міст і промислових
зон: шляхи їх вирішення: Тези доповідей міжнародної конференції
студентів і молодих вчених (11–13 квітня 2003). – Львів: Львівський
національний ун-т ім. Івана Франка, 2003. – С. 88–91.

9. Grygorjeva O. O., Vakulenko O. V., Yakunov A. V. Some results of
microwave irradiation of hydrobionts: gnats of Culex pipiens molestus
Forskal and tadpoles of Rana esculenta L. // Spectroscopy in special
applications: International scientific and practical conference
(18–21 June 2003). – Kyiv, Ukraine: RD Institute for Forensic Science,
Ministry of Justice, Kyiv National Taras Shevchenko University, 2003. –
P. 102.

10. Grygorjeva O. O., Vakulenko O. V. The influence of microwave
radiation on cells of Vallisneria spiralis L. // Problems of Optics and
High Technology Material Science: Fourth International Young Scientists
Conference (October 23–26, 2003). – Kyiv, Ukraine: Taras Shevchenko Kyiv
National University, 2003. – P. 223.

11. Grygorjeva O. O., Vakulenko O. V., Parshykova T. V. The influence of
microwave irradiation on some zoological and botanical objects //
European society for new methods in agricultural research: XXXIV ANNUAL
MEETING (29 August – 2 September 2004). – Novi Sad, Serbia and
Montenegro: University of Novi Sad, 2004. – P. 36.

АНОТАЦІЯ

Григор’єва О.О. Вплив надвисокочастотного опромінення як екологічного
фактора на деякі гідробіонтні організми. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за
спеціальністю 03.00.16 – екологія. – Київський національний університет
імені Тараса Шевченка, Київ, 2005.

У роботі наведені результати вивчення впливу надвисокочастотного
опромінення дециметрового діапазону (довжина хвилі 12 см) із контролем
поглиненої дози радіації на гідробіонтів R. temporaria, R. esculenta,
C. p. molestus, V. spiralis та Ch. vulgaris.

Розроблено методику визначення питомої поглиненої дози радіації
гідробіонтів, методи попереднього охолодження води перед опроміненням
тваринних об’єктів та циклічної перестановки опромінених ділянок при
роботі з V. spiralis. Запропоновано механізм впливу мікрохвильового
опромінення на живі системи.

Виявлено, що вплив НВЧ радіації на біооб’єкти має сукупний ефект –
температурний і радіаційний. Смертність піддослідних організмів зростає
зі збільшенням поглиненої дози опромінення і з висотою організації, при
цьому залежить від початкової температури середовища. Накопичувального
ефекту мікрохвильового випромінювання дециметрового діапазону, а також
радіаційної “пам’яті” води не виявлено.

Ключові слова: гідробіонти, R. temporaria, R. esculenta, C. p. molestus,
V. spiralis, Ch. vulgaris, надвисокочастотне опромінення, питома
поглинена доза, сукупний ефект.

АННОТАЦИЯ

Григорьева О.О. Влияние сверхвысокочастотного облучения как
экологического фактора на некоторые гидробионтные организмы. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по
специальности 03.00.16 – экология. – Киевский национальный университет
имени Тараса Шевченко, Киев, 2005.

В диссертации приведены результаты изучения влияния
сверхвысокочастотного облучения дециметрового диапазона (длина волны 12
см) с контролированной поглощенной дозой радиации на гидробионтов
животного – R. temporaria, R. esculenta, C. p. molestus и растительного
происхождения – V. spiralis и Ch. vulgaris.

Разработана оригинальная методика определения удельной поглощенной дозы
радиации гидробионтов по разности температур воды, в которой эти объекты
пребывают, методы предварительного охлаждения воды перед облучением
животных объектов и циклической перестановки облученных участков при
роботе с V. spiralis. Предложен механизм влияния микроволнового
облучения на живые системы, суть которого состоит в электромеханическом
резонансе.

Критическая доза облучения для икры R. esculenta и, соответственно,
температура оказались выше, чем для головастиков этого же вида. Во всех
случаях, впрочем, замечено явное возрастание смертности с увеличением
дозы микроволновой радиации, что подтверждено и на других исследованных
нами объектах.

Комары C. p. molestus лучше переносят нагревание среды до высоких
температур, чем головастики, хотя закономерности реакции на облучение
сохраняются те же. Опыты с личинками комаров не засвидетельствовали
наличие радиационной “памяти” воды. Облученная вода не уменьшила
выживание, а, значит, не сохранила какие-либо изменения, которые бы
повлияли на жизнеспособность комаров.

Это же подтверждают эксперименты по проверке накопительного эффекта
радиации с личинками комаров первой стадии. Насекомых ежедневно облучали
в дозе 44 Дж/г вместе с водой, в которой они находились, и воду не
меняли на протяжении 20 дней, вплоть до выхода имаго. Полученные
результаты, как и в опытах с головастиками, засвидетельствовали
отсутствие накопительного эффекта сверхвысокочастотного облучения
дециметрового диапазона – и в контроле, и в облученной группе до фазы
имаго развилось 76 % особей. Об отсутствии накопительного эффекта
свидетельствует и тот факт, что наивысшая смертность наблюдается через
сутки после облучения.

Сравнение данных, полученных при облучении головастиков в дозе 82 Дж/г
(температура воды при этом достигла +38 ?С) и при простом нагревании до
+38 ?С, а также при облучении в дозе 82 Дж/г и дозе 90 Дж/г с
предварительным охлаждением воды до +3 ?С, показало, что и при
микроволновом облучении в дозе 82 Дж/г, и при обычном нагревании
температура воды была одинаковой – +38 ?С, но если в первом случае
головастики практически не выживают, то во втором, (то есть при
нахождении в воде, нагретой обычным способом), смертность составляет
всего лишь 11 %. При облучении в дозе 90 Дж/г, но при условии низших
начальной (+3 ?С) и конечной (+24.5 ?С) температур, смертность равняется
нулю. То есть, в случае облучения в дозах 82 Дж/г и 90 Дж/г с
предварительным охлаждением выходит наоборот – при равных дозах
облучения решающей является температура.

Следовательно, температурный и радиационный эффекты при
сверхвысокочастотном облучении взаимосвязаны, и радиационное влияние
зависит от начальной температуры, при которой пребывал организм во время
облучения.

Поскольку дециметровое микроволновое облучение более действенно по
сравнению с эквивалентным по энергии тепловым влиянием, оно может
оказывать локальное тепловое воздействие на клетки и ткани, что приводит
к неравномерному поглощению энергии. Относительно механизма локального
перегрева мы предлагаем следующую модель: под действием электромагнитных
волн происходит поляризация системы (например, клетки), направление
которой (знак) изменяется с частотой генерации. Эта частота может
совпасть с собственной механической частотой исследуемой системы –
возникнет резонанс. При этом передача энергии будет максимальной от поля
к клетке. Произойдет локальный перегрев вплоть до гибели биологической
системы. В связи с неоднородностью биообъектов всегда найдется отдельный
участок, собственная частота которого будет равняться частоте
электромагнитной радиации.

На растительных объектах Vallisneria spiralis L. и Chlorella vulgaris
Beijer. установлено, что растения более выносливы к микроволновой
радиации по сравнению с животными, кроме того, изученные низшие растения
оказались выносливее к микроволновой радиации по сравнению с высшими.
Так, по показателям изменения концентрации хлорофилла и потенциальной
фотосинтетической активности в клетках зеленых водорослей обнаружено,
что в данных условиях после облучения в дозе 166 Дж/г клетки
Ch. vulgaris продолжают функционировать. Для V. spiralis доза 122 Дж/г
оказалась летальной.

Ключевые слова: гидробионты, R. temporaria, R. esculenta,
C. p. molestus, V. spiralis, Ch. vulgaris, сверхвысокочастотное
облучение, удельная поглощенная доза, совокупный эффект.

ABSTRACT

Grygorjeva O.O. The influence of microwave radiation as ecological
factor on some hydrobionts. – Manuscript.

Thesis for PhD degree in speciality 03.00.16 – Ecology – Taras
Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2005.

The dissertation is devoted to the study of the influence of microwave
radiation of decimeter range (wavelength 12 cm) with controlled
absorption radiation dose on plant – V. spiralis, Ch. vulgaris and
animal – R. temporaria, R. esculenta, C. p. molestus objects.

An original methods to determine specific absorption radiation dose
absorbed by hydrobionts by means of difference of the ambient water
temperature, methods of preliminary water cooling before exposing
zoological objects and cyclic rearrangement of the irradiated parts of
V. spiralis were designed. A mechanism of the influence of microwave
radiation on living systems which consists in the electromechanical
resonance is suggested.

Microwave radiation exhibits a combined effect on the organisms (both
temperature and radiational) to be revealed most conspicuosly in the
first days after radiation. Mortality of the test organisms increases
with absorbed radiation dose.

The experiments carried out and the study of water properties did not
reveal any cumulative effect of microwave radiation of decimeter range,
i.e. there is no radiational “memory” of water.

Key words: hydrobionts, R. temporaria, R. esculenta, C. p. molestus,
V. spiralis, Ch. vulgaris, microwave radiation, specific absorption
dose, combined effect.

Похожие записи