Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.iki.rssi.ru/puschino/ppt/ryabov.doc Дата изменения: Thu May 6 15:06:46 2004 Дата индексирования: Tue Oct 2 06:49:51 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: воздушные массы

динамика изменения популяции миксобактерий и космическая погода

Рябов М.И.1, Рахимова Е.Л.2, Иваница В.А.2

Одесский национальный университет, Дворянская 2, Одесса 65026, Украина

1Одесская обсерватория радиоастрономического института НАНУ; mir-
astro@mail.ru
2Кафедра микробиологии и вирусологии; marle@te.net.ua



Бактерии были в числе первых форм жизни на Земле. В течение 3-4 млрд. лет
они населяют нашу планету. За этот большой период заметным образом менялись
их условия обитания. Особенно разительными были изменения в геофизической
обстановке.
Достаточно сказать, что бактерии существовали на Земле, когда не было
озонового слоя. Это означает, что они подвергались прямому и
непосредственному воздействию жесткого рентгеновского и ультрафиолетового
излучения Солнца.
Однако миксобактерии появились с образованием кислорода в атмосфере, и
история их существования началась под прикрытием озонового слоя Земли. По
временной шкале это могло быть около 600 миллионов лет назад.
Mиксобактерии - уникальная группа микроорганизмов, поскольку в ответ
на изменение внешних условий способны к образованию многоклеточных структур
- плодовых тел, с погружением части популяции в состояние эндогенного
анабиоза путем формирования миксоспор. Такие разнообразные возможности
адаптации к изменению внешних условий и выживание в условиях экстремально
низких температур позволяет рассматривать их как объекты астробиологических
исследований, способных реагировать на изменения состояния космической
погоды. С целью исследования возможности влияния космических и
геофизических условий на жизнеспособность вегетативных клеток и процесс
формирования плодовых тел проанализированы результаты исследований,
проведенных в лаборатории кафедры микробиологии ОНУ.
Какие факторы космического окружения и геофизической обстановки могут
влиять на их развитие?

1. ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ .
Со времен Галилея цикл активности Солнца определялся по наличию пятен
на Солнце. Непрерывные наблюдения групп пятен проводятся последние
четыреста лет. Возможно продление данных по кольцам деревьев и другим
показателям до 1.5 тысячи лет в прошлое.
Кроме 11-летнего и 22-х летнего циклов известны и циклы большей
продолжительности.
В настоящее время под «космической погодой» и солнечной активностью
полагается целый комплекс явлений куда, кроме солнечных пятен входят
солнечные вспышки, выбросы коронального вещества, корональные дыры как
источники потоков энергичных частиц, поток частиц солнечного ветра в
пределах секторной структуры межпланетного магнитного поля, различные
типы всплесков солнечного нетеплового излучения и т.д. Периоды
краткосрочных изменений солнечной активности т.н. 27-дневный цикл
связаны с наличием долгоживущих групп пятен и «корональных дыр» на
Солнце.

2. СОСТОЯНИЕ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ.
За длительную историю Земли неоднократно происходило изменение
полярности магнитного поля Земли, постоянно изменяется угол между
направление магнитной оси и оси вращения Земли. Все это существенным
образом влияло на состояние климатических условий определяющих
характер жизни микроорганизмов.
Полагается, что за последние 70 млн. лет смена знака магнитного поля
Земли происходила в среднем три раза каждый миллион лет.
Однако явно выраженной периодичности здесь нет. Наиболее короткий
период постоянного направления магнитного поля - 50 тысяч лет, а самый
продолжительный несколько миллионов лет. Все эти изменения связаны с
вековыми изменениями постоянной составляющей магнитного поля Земли.
Кратковременные вариации геомагнитной активности определяются уровнем
солнечной активности (вспышки, корпускулярные потоки, выбросы облаков
плазмы) и приливным воздействием Луны и Солнца.
Эффекты этих воздействий могут усиливаться в местах магнитных аномалий
и геологических разломов. Одна из самых больших магнитных аномалий
находится на территории Одессы и Одесской области.

Каким образом может выглядеть последовательность воздействий
космических и геофизических условий на микроорганизмы?
Здесь передаточным звеном служит часть атмосферы Земли называемая
ионосферой (простирается от ста до тысячи километров). Потоки жесткого
рентгеновского и ультрафиолетового излучения, потоки энергичных
протонов и электронов солнечного ветра и вспышек приводят к усилению
ионизации верхней атмосферы и появлению интенсивных токов в ионосфере.
Следствием их является образование токовых систем на поверхности
Земли, в морях и океанах. При наиболее активных воздействиях
развиваются магнитные бури. В любом случае любое периодическое или
непериодическое возмущение состояния ионосферы приводит к генерации
электромагнитных полей во всем пространстве между ионосферой и
поверхностью Земли. Инициаторами таких возмущений являются и приливные
воздействия создаваемые Луной и Солнцем.
Причем эффект порождаемых ими электромагнитных воздействий может быть
более значимым для биосферы чем сами приливы. Это связано с тем, что
электромагнитные воздействия проникают вплоть до глубин океанов и
земной коры и могут быть как регулятором циклов жизнедеятельности, так
и определять условия жизнедеятельности.
В том, что отдельные клетки, микроорганизмы электромагнитные системы
подтверждается во многих экспериментах.


3. ДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ-ЛУНА-СОЛНЦЕ.
Земля - двойная планета. Вместе с Луной она движется вокруг общего
центра тяжести расположенном на расстоянии 4 тыс. км от ее центра.
Во все периоды ее истории приливные явления играли большую роль в
эволюции биосферы.
Можно полагать, что для одних видов организмов для жизнедеятельности
важен солнечный суточный цикл (зеленые растения, водоросли и т.
п.).
Для других организмов важен цикл, реализуемый через влияние
переменных электромагнитных полей создаваемых самыми различными
источниками.
В свою очередь приливные воздействия Луны и Солнца охватывают все
сферы Земли: атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу.
Какие-то формы жизни безусловно зависят от приливных морских явлений
поскольку они определяют их жизнь и размножение.
Однако в плане своего воздействия на биосферу приливные воздействия в
значительной степени могут реализоваться через переменные
электромагнитные поля.
При этом следует учитывать, что расстояние между Землей и Луной
постоянно изменялось за все время их существования.
Достаточно сказать, что два миллиарда лет назад Луна находилась от
Земли в пределах 3 земных радиусов и каждые 3 часа приливная волна
высотой в несколько километров обегала Землю.
И в настоящее время картина так называемого лунно-солнечного ритма
выглядит достаточно сложно.
Так, в течение месяца расстояние между Землей и Луной меняется от
363 тыс. км до 406 тыс. км., что приводит к изменению
приливообразующих сил в 1.25 раза. Земля также меняет свое расстояние
от Солнца в пределах 5 миллионов км.
Приливная сила Солнца в 2.2 раза меньше лунного и считается, что они
складываются вместе во время полнолуний и новолуний. Это действительно
так, но картина приливных явлений на самом деле намного сложнее.
Дело в том, что из-за различия времени обращения Луны вокруг
Земли (27 суток) и времени повторения лунных фаз (29 суток)
периоды новолуний и полнолуний часто далеко отстоят от времени
минимального сближения с Луной (перигелия). Кроме того, далеко не
всегда центры Солнца и Луны находятся на одной линии с центром Земли в
периоды новолуний и полнолуний.
Таким образом, по своему воздействию приливы проявляются в
зависимости от реального нахождения Луны на своей орбите, положения
системы Земля-Луна относительно Солнца.
Все эти факторы могут усиливать или уменьшать эффект влияния лунных
и солнечных приливов.


РЕЗУЛЬТАТ СОПОСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ С ДАННЫМИ О
КОСМИЧЕСКОЙ И ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКЕ.
Исследование количества жизнеспособных вегетативных клеток штамма
Myxococcus xanthus UCM 10041 проводились ежедневно в различные периоды
1995-96 годов (3 серии по 50 дней). О количестве жизнеспособных клеток
судили по количеству колониеобразующих единиц (КОЕ), образовавшихся при
высеве суспензии 3-х суточной культуры одинаковой оптической плотности
(контроль проводили спектрофотометрически). Исследование образованных
плодовых тел в популяции миксобактерий проводили в июле 1998 года (52
опыта). Для этого высевали 0,2 мл 3-х суточной суспензии вегетативных
клеток одинаковой оптической плотности на агаризованную среду. Через 5
суток культивирования подсчитывали плодовые тела в 5-ти полях зрения
бинокулярной лупи МБС-10. Все эксперименты проводились в лаборатории с
поддержанием стабильности количества клеток в посевном материале,
питательной среды, длительности и условий инкубации посевов. Однако,
несмотря на строгое соблюдение этих условий, количество жизнеспособных
вегетативных клеток менялось от 20 до 500 клеток на миллилитр и плодовых
тел от 400 до 1800 на 10000 клеток и заметно изменялось в пределах одной
серии и в разных сериях опытов (рис. 1 и 2). В связи с тем, что условия
для жизнедеятельности бактерий во всех опытах были одинаковы, а результаты
исследований были существенно различными, возникло предположение о
зависимости их от состояния космической погоды. Определение состояния
космической погоды на период проведения опытов с миксобактериями
проводились Одесской обсерваторией Радиоастрономического института НАНУ на
основе реконструкции гелиогеофизической обстановки с учетом условий
местной магнитной аномалии и данных измерений магнитной станции «Одесса».






Рис. 1. Динамика жизнеспособности вегетативных клеток M. xanthus UCM
10041, выраженная для удобства в днях Лунного цикла, весной (1), летом (2)
и зимой (3).



Рис. 2. Динамика образования плодовых тел M. xanthus UCM 10041.




КОСМИЧЕСКАЯ И ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА В ПЕРИОД ПРОВЕДЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

Период исследований начинается с завершающего года 22-го цикла солнечной
активности (1995 г.), включает год минимума активности (1996 г.) стартовый
год 23-его цикла активности и год фазы роста 23-ого цикла (1998 г.) (рис.
3).

[pic]

Рис.3 График изменения числа пятен на Солнце в 23 цикле активности.


Из приведенных графиков видно, что в плане изменения состояния геомагнитной
активности динамика иная (рис.4). Достаточно высокая геомагнитная
активность реализовалась на фазе спада 22 и 23-ого цикла солнечной
активности, что говорит о существенном вкладе потоков энергичных частиц от
корональных дыр.

[pic]

Рис. 4. График геомагнитной активности в 23-м солнечном цикле.

Можно сказать, что исследуемый период был отмечен лишь отдельными
эпизодами усиления солнечной и геомагнитной активности. Магнитная буря,
мощные вспышки на Солнце, потоки энергичных солнечных частиц отмечались, в
основном, в 1995 году.
За период исследований с 7 марта - 8 мая 1995 года их было пять: с 11
марта 1995 г. по 12 марта 1995 г. (Аpmax=44), с 12 марта 1995 г. по 13
марта 1995 г. (Аpmax=43), с 7 апреля 1995 г. по 8 апреля 1995 г.
(Аpmax=100), с 2 мая 1995 г. по 3 мая 1995 г. (Аpmax=67), с 5 мая 1995 г.
по 6 мая 1995 г. (Аpmax=46).
За период исследований с 20 июня по 24 августа была одна буря: с 16
июня 1995 г. по 17 июня 1995 г. (Аpmax=40).
За период исследований с 20 января - 26 марта 1996 г. магнитных бурь
не было.
За период исследований с 26 мая по 16 июля 1998 г. была одна магнитная
буря: с 25 июня 1998 г. по 26 июня 1998 г. (Аpmax=43).
В тоже время анализ данных измерений динамики популяций миксобактерий за
период 1995-98 гг. показывает достаточно плавные изменения их количества
при наличии отдельных периодов резких изменений. При этом показатели
динамики в различные периоды сильно различаются.
В связи с этим нами применялся комплексный подход для выявления различных
факторов оказывающих воздействие на динамику развития популяции. Наряду с
динамикой изменения положения Луны относительно Земли и системы Земля-Луна
по отношению к Солнцу учитывалось состояние солнечной и геомагнитной
активности.
Наибольшее количество жизнеспособных клеток в популяции отмечалось в
период невысокой солнечной и геомагнитной активности, в условиях
минимального сближения Земли с Луной и определенном положении Земли в
системе Земля - Луна - Солнце .

ВЫВОДЫ.

По результатам сопоставлений данных динамики популяции миксобактерий в
период минимума и фазы роста солнечной активности можно предположить, что
основным фактором, определяющим развитие миксобактерий, являются совместные
действия лунных и солнечных приливов, которые могут определять жизненный
цикл развития посредством генерации электромагнитных полей в ионосфере
Земли.
Влияние солнечной и геомагнитной активности проявляется в зависимости от
того, происходит ли оно в фазе или противофазе с лунно-солнечным циклом.
Наличие сдвига по фазе между долговременным лунно-солнечным воздействием и
кратковременным проявлением солнечной и геомагнитной активности является
дестабилизирующим фактором, нарушающим ход долговременного жизненного
цикла развития миксобактерий, приводя к минимальным абсолютным значениям
количества жизнеспособных клеток.



-----------------------
[pic]

[pic]