Коррекция эмбрионального развития при резком снижении качества репродуктивной способности

УДК 535.513: 621.378

Успехи биологических дисциплин в анализе и изучении практически всех уровней живой системы огромны – расшифрован генетический код, исследованы молекулярные основы обменных процессов и процессов специфических дифференцировок, механизмы гуморальной и нервной регуляции и т.д. Однако, вопрос о принципах интеграции разноуровневых процессов в единую систему является неизмеримо более сложным.

В настоящее время биология стоит на пороге исследования более глубокого уровня биологических систем – корпускулярно-волновой их организации. Само функционирование биосистемы как результат обмена биосигналами предполагает два взаимно коррелированных уровня этого обмена – вещественный (корпускулярный) и волновой (информационный). Вещественный уровень хорошо изучен (матричное копирование ДНК-РНК-белки, механизмы клеточной рецепции, перемещение и самосборка клеточных структур и пр.), а тесно связанный с ним волновой уровень практически не исследован.

Волновой информационный уровень организации в процессе развития биологических систем проявляется в наличии собственных сверхслабых (по интенсивности) излучений, которые возникают в процессе развития живого организма. Начало изучению и исследованию волновых взаимодействий между живыми организмами было положено открытием в середине 20-х годов прошлого века т.н. митогенетического излучения. Это излучение было открыто нашим соотечественником, А.Г. Гурвичем [1]. В последующем эффект дистантного взаимодействия на примере различных биологических структур был подтверждён как отечественными (Казначеев В.П., 1981, Бурлаков А.Б., 2002), так и зарубежными (Magrou J., 1932) исследователями [2-4].

Сверхслабые излучения живых организмов и их способность воспринимать и реагировать изменениями своей функциональной активности на такие излучения, к настоящему времени являются не только экспериментально установленным фактом, но и предметом самого пристального рассмотрения. Чувствительность живых организмов к малейшим изменениям параметров этих сверхслабых излучений настолько велика, что самые незначительные искажения, претерпеваемые этими излучениями на пути своего распространения, могут привести к существенным изменениям реакции биологического объекта (реципиента).

Как было доказано еще А.С. Гурвичем [1], сверхслабые излучения живых организмов имеют электромагнитную природу и лежат в оптическом диапазоне длин волн. Следовательно, при исследовании свойств излучений живых организмов возможно использование оптических приборов для управления этим излучением. Например, поляризационных фильтров, оптических волноводов, зеркал и т.п. [5]. В частности, такими оптическими элементами могут служить лазерные уголковые световозвращатели (УСВ), широко применяемые в практической космонавтике для оснащения ретрорефлекторных систем космических аппаратов (Шаргородский В.Д. и др., 1997., Филлер Дж., Уамплер Дж., 1971) [6, 7].

В работе (1997 г.) В.Д. Шаргородского с сотрудниками сделан весьма подробный обзор бортовых лазерных ретрорефлекторных антенн (ЛРА) и лазерных пассивных спутников, разработанных в России. Основным элементом ЛРА является элементарная световозвращательная ячейка. Известны призменные возвращатели света на основе стеклянных трехгранных призм. К настоящему времени для призменных возвращателей света принято определение «уголковый световозвращатель» или УСВ. В дальнейшем мы будем использовать именно этот термин.

Поскольку при исследовании межорганизменных дистантных взаимодействиях нами использовались оптические системы исключительно на базе УСВ, разработанных для ЛРА космического базирования, остановимся подробнее на рассмотрении оптико-физических характеристик элементарной призменной ячейки.

Уголковый световозвращатель, как оптический прибор, в самом общем виде представляет собой оптическую систему, состоящую из трех взаимноперпендикулярных зеркальных поверхностей. Оптические характеристики УСВ не зависят от показателя преломления материала и определяются только качеством изготовления [6].

УСВ, применяемые в наших исследованиях представляют собой трехгранную прямоугольную пирамиду, образованную отражающими плоскостями, обращенными внутрь пирамиды. Замечательным свойством такой пирамиды является ее способность отражать в сторону источника падающее на ее основание оптическое излучение независимо от ориентации самой пирамиды.

Чертеж примененного в настоящей работе УСВ приведен на Рис. 1а. Ход оптических лучей, при прохождении через УСВ в простейшем геометрическом приближении представлен на Рис. 1б.

а) Чертеж УСВ	б) Ход лучей при прохождении УСВ
Рис.1
Внешний вид УСВ, характер прохождения лучей и чертеж прибора, который использовался в биологических экспериментах

УСВ обычно изготавливаются из плавленого кварца марок КУ-1 или КУ-2. Требования к качеству изготовления УСВ весьма высоки.

Авторами были проведены экспериментальные работы, призванные подтвердить или опровергнуть гипотезу, согласно которой возможно целенаправленное управление межорганизменными дистантными взаимодействиями при помощи УСВ.

В процессе проведения экспериментов по управлению дистантным взаимодействием между эмбрионами рыбы вьюн (Misgurnus fossilis L.) была обнаружена высокая эффективность действия УСВ. Теоретическое рассмотрение факторов, влияющих на изменение характера первичного волнового дистантного взаимодействия, позволило предположить наличие неравномерности биологических свойств УСВ по его рабочей поверхности. Результаты теоретического рассмотрения данного предположения [8] позволили продолжить экспериментальные работы в этом направлении, исходя из полученных теоретических выводов.

В работе [8] авторами было показано, что фазовое распределение излучения, прошедшего через УСВ будет изменяться в зависимости от точки «входа» светового пучка. При взгляде на фронтальную поверхность УСВ хорошо видны рабочие сектора выходной плоскости, которые образованы ребрами трехгранной пирамиды и отражающей плоскостью, заключенной между ними. Наблюдатель может видеть шесть таких секторов. Как показал анализ, оптические свойства этих секторов будут попарно идентичны. Сектора с идентичными свойствами расположены симметрично относительно вершины пирамиды, образующей собственно УСВ.

Исходя из этих свойств УСВ, был поставлен эксперимент, который позволил доказать, что биологические свойства многозеркальных переотражающих систем коррелируют с их оптическими свойствами, распределенными по секторам. Поскольку на малых (порядка нескольких см) расстояниях, изображение, проходя через УСВ «перебрасывается» в смежный сектор, то эксперимент по дифференцированному воздействию УСВ на биологические объекты, проводился, исходя из полученных теоретических выводов [9, 10].

Эксперимент ставился следующим образом. В экранированном боксе размещались несколько групп по две прозрачные кюветы из кварцевого стекла. В этих кюветах находились оплодотворенные икринки рыбы вьюн. Икринки выбирались из одной кладки. В каждой паре кювет они разделялись между собой непрозрачной для дистантного излучения перегородкой (черная фотобумага). Все группы помещались в одинаковые условия по температуре в экранированный от посторонних излучений непрозрачный металлический бокс. В одной из групп кювет дистантное взаимодействие между эмбрионами различных кювет отсутствовало. Эта группа использовалась в качестве контроля. Во второй группе убиралась перегородка между кюветами, и наблюдалось непосредственное влияние эмбрионов друг на друга. В третьей группе дистантные взаимодействия между эмбрионами осуществлялись через УСВ. Схема такого способа управления дистантными взаимодействиями представлена на Рис. 2.

Если учесть характер прохождения оптического излучения через УСВ, который показан на Рис. 1б, то из схемы эксперимента на Рис. 4 следует, что эмбрионы кюветы 1 (см. рис.) влияют на эмбрионы, размещенные в кювете 2 и наоборот, в то время как непрозрачный экран между кюветами препятствует всем другим путям распространения дистантного взаимодействия.

Рис. 2

Схема проведения эксперимента по дифференцированному действию УСВ

Как показали уже самые первые эксперименты (2003 г.) [8], такая постановка эксперимента полностью себя оправдала. В процессе обмена биологической информацией между двумя группами эмбрионов наблюдались попарно-симметричные зоны, в которых характер и проявления дистантных взаимодействий были идентичны.

Оптическое взаимодействие групп одновозрастных эмбрионов через УСВ в течение 20 – 24 часов изменяло динамику их дальнейшего развития по сравнению с контрольными группами, чего никогда ранее не наблюдалось при прямом оптическом контакте одновозрастных зародышей.

Как было выявлено в процессе работы, воздействие УСВ на характер дистантного взаимодействия определяется не только размещением образцов относительно рабочей поверхности УСВ, но и качеством изготовления последних. В случае идеально изготовленного УСВ, отраженный оптический поток формирует на экране пятно круглой формы. В том случае, если один или несколько углов при вершине УСВ будут отличаться от прямого на величину ±Δ, то отраженный сигнал распадается на два и более пятен, угловые расстояния между которыми равны ±3Δ. В наших экспериментах было убедительно показано, что даже незначительные отклонения, возникающие при изготовлении УСВ от образца к образцу (угол отклонения от прямого не превышал значения Δ=±6 угл. сек.), приводят к весьма значительным различиям в биологических свойствах этих приборов.

На Рис. 3 приведены биологические отклики в развитии биосистемы для различных УСВ. Как видно из сравнения биологического действия УСВ, то незначительные отклонения в характеристиках приводят к весьма существенному биологическому отклику.

А. Образец УСВ №482	Б. Биологическое действие
Биологическое действие УСВ при значении 3Δ = 17 угл. сек., и φ = 0°

А. Образец УСВ №485	Б. Биологическое действие
Биологическое действие УСВ при значении 3Δ = 19 угл. сек., и φ = - 8°
Рис. 3

На Рис. 3 под величиной φ = k° принимается величина отклонения линии визирования дифракционных пятен относительно горизонтальной оси.

Как видно из представленных рисунков, удалось полностью подтвердить предположение о наличии попарно-симметричных зон на рабочей поверхности УСВ с различными биологическими свойствами. Кроме того, как явствует из сравнения биологического действия УСВ №482 и №485 на Рис. 3, мы наблюдаем ярко выраженную асимметрию попарно-симметричных биологических зон.

Смысл диаграмм, представленных в правой части Рис. 3 состоит в следующем. Эмбрионы рыбы вьюн в процессе развития помещались в условия, полностью исключающие нормальное развитие, что влекло за собой 100% гибель контрольных особей. Под действием дистантных воздействий, которые трансформировались в процессе прохождения через УСВ в эксперименте удалось добиться выживания значительного (до 60% от всей группы) количества особей.

В процессе дальнейших исследований развития особей, содержащихся в комфортных условиях были получены данные, которые авторы оформили в виде гладкой кривой, получившей название «Кривой Куфаля». Собственно кривая представлена на Рис. 4. Кривые, представленные на рисунке можно интерпретировать следующим образом: особи, подвергшиеся воздействию сверхслабого электромагнитного дистантного излучения продемонстрировали не только повышенный уровень выживаемости, но и обнаружили способность к увеличению продолжительности отдельных стадий развития, что, в принципе, можно интерпретировать, как управление продолжительностью жизни отдельных особей. Эти результаты косвенно подтвердились в работах Г.В. Черновой с сотрудниками (2008 г). Правда, В.Г Чернова проводила эксперименты с плодовой мушкой Drosofila Melanogaster [11].


Рис. 4

Кривая состояния эмбрионального развития зародышей рыбы вьюн в естественном состоянии и под воздействием УСВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Можно сделать следующие выводы:

1. УСВ демонстрируют весьма значительное биологическое действие на развитие живых объектов. Посредством УСВ удается изменять картину межорганизменных дистантных взаимодействий.

2. В зависимости от технических и оптических характеристик УСВ меняется характер взаимодействия между особями. Наблюдается прямая корреляция между оптическими свойствами УСВ и характером биологического действия этого оптического прибора.

3. Использование УСВ в качестве своеобразного стимулятора позволяет обеспечить выживание значительного количества особей, находящихся в условиях, практически не совместимых с жизнью.

4. Использование УСВ как коррегирующего средства на ранних стадиях развития живых организмов позволит (в перспективе) решить проблему нарушения нормального развития в эмбриональном состоянии.

2. Казначеев В.П., Михайлова Л.П. Сверхслабые излучения в межклеточных взаимодействиях. – Новосибирск.: Наука, 1981.

3. Белоусов Л.В., Бурлаков А.Б., Лучинская Н.Н. Статистические и частотно-амплитудные характеристики сверхслабых излучений яйцеклеток и зародышей вьюна в норме и при их оптических взаимодействиях. I. Характеристики сверхслабых излучений в нормальном развитии и оптическая роль яйцевых оболочек. – Онтогенез, 2002. Т. 33, № 3. С. 213-221.

4. Magrou J., Action a distance et embryogenese Radiobiologia, 1, 1932, pp. 32-38.

5. Burlakov A.B. Distant physical interaction between the developing fish embryos // Biophotonics and Coherent Systems/ Proc. of 2^nd Alexandr Gurwitsch Conf. and Addishional Contributions (Editors: L. Beloussov, F-A. Popp, V/ Voeikov, R. van Wijk). – M.: Moscow University Press, 2000, pp. 289-304.

6. Шаргородский В.Д., и др. Разработка лазерных ретрорефлекторных антенн на основе уголковых световозвращателей для высокоточных измерений дальности до космических аппаратов //Электромагнитные волны и электронные системы, 1997, т. 2, № 2, с.с. 50 – 57.

7. Фоллер Дж., Уамплер Дж. Лунный лазерный отражатель – УФН, 1971, т. 103, вып. 1, с.с. 139 – 154.

8. Бурлаков А.Б., Бурлакова О.В., Голиченков В.А., Короткина М.Р., Капранов Ю.С., Перминов С.В., Куфаль Г.Э., Медведева А.А. Управление дистантным взаимодействием биологических объектов при помощи оптических приборов. Анализ механизмов воздействия //2005, Электромагнитные волны и электронные системы, 2005, т. 10, № 1-2, с.с. 57 – 65.

9. Бурлаков А.Б., Бурлакова О.В., Капранов Ю.С., Короткина М.Р., Голиченков В.А., Перминов С.В., Куфаль Г.Э., Медведева А.А. Управление волновыми информационными потоками при дистантных взаимодействиях на ранних стадиях развития вьюна при помощи лазерных уголковых световозвращателей //2005, Труды VIII международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» / Под ред. Ю.Н. Дубнищева, Б.С. Ринкевичуса, М.: 2005 - 520с., с.с. 48 – 51.

10. Бурлаков А.Б., Бурлакова О.В., Капранов Ю.С., Перминов С.В., Куфаль Г.Э., Медведева А.А., Голиченков В.А. Трансформация биоизлучения лазерными уголковыми световозвращателями как способ анализа их анизотропии // 2005, Электромагнитные излучения в биологии. Труды III международной конференции. Калуга, Россия. 5 – 7 октября 2005. - 350с., с.с. 51 – 55.