Полная версия

Главная arrow Экология arrow О роли когерентности в сверхслабых взаимодействиях в биосистемах и биосфере

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Радиоволновой диапазон

Этот диапазон включает микроволновой (300 МГц - 300 ГГц), терагерцовый (300 ГГц - 6 ТГц) и более низкочастотные диапазоны, т.е. диапазоны излучения с энергией квантов меньше тепловой (кТ). В этом случае для биокоммуникации необходимы коллективные эффекты, когерентность или малость временных масштабов возбужденных состояний по отношению к тепловой релаксации.

Микроволновой и терагерцовый диапазоны

Явление биовоздействия низкоинтенсивного микроволнового излучения

Первая публикация результатов о влиянии слабого электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на биосистемы состоялась в 1966 г. [Адаменко и др., 1966]. Известно, что при прогреве ускоряются биохимические реакции в соответствии с энергией активации, но оказалось, что наиболее существенные эффекты имеют место при низких интенсивностях (менее 10 мВт/см2) — нетепловом излучении, так что температура повышается не более чем на десятую градуса Цельсия и механизм воздействия определяется не этим микронагревом, а некими другими факторами [Девятков и др., 1991]. (Учитывая, что энергия, переносимая такими излучениями, незначительна, говорят еще об информационном воздействии.)

Впоследствии многочисленные экспериментальные исследования установили [Девятков и др., 1991; Betskii, 1994; Новиков и др., 2010; Бинги, 2011; Cifra et al., 2011; Pakhomov et al., 1998; Fedorov et al., 2003; Kazarinov, 2008; Ramundo-Orlando, 2010; Ramundo-Orlando and Gallerano, 2009], что живые организмы и их компоненты способны реагировать на микроволновое и примыкающие к нему терагерцо- вое (300 ГГц - 6 ТГц) и радиочастотное излучения нетепловой интенсивности.

На молекулярном и клеточном уровнях нетепловое микроволновое и терагерцовое излучение индуцирует конформационные изменения в биомолекулах с модификацией их функционирования [Fedorov et al., 2003], вызывает структурные и функциональные изменения состояния мембран, изменения трансмембранных транспортных процессов [Девятков и др., 1991; Kazarinov, 2008], может менять спиновое состояние ионов в протеинах [Бинги, 2011], селективно возбуждать вращательные уровни спин-изомеров воды [Bunkin et al., 2006]. Низкоинтеснивное (нетепловое) микроволновое и радиоизлучение (в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц и выше) способно вызвать ингибирование синтеза ДНК, транскрипции, процессинга и трансляции РНК, денатурацию протеинов, модуляцию путей клеточной сигнализации, изменения в активности генов и протеинов, изменения в ходе клеточного цикла [Девятков и др., 1991; McNamee and Chauhan, 2009; Fedorov et al., 2003]. Под действием нетеплового излучения этих диапазонов экспериментально наблюдается увеличение активности митоген- актививируемых протеинкиназ, увеличение фосфорилирования ядер- ных транскрипционных факторов, изменения в экспрессии множества генов, в частности протоонкогенов, и протеинов [McNamee and Chauhan, 2009]. В различных экспериментальных исследованиях наблюдается увеличение уровня белков теплового шока, в связи с чем полагают, что один из возможных механизмов связан с тем, что микроволновое излучение является стрессовым фактором [McNamee and Chauhan, 2009]. Наблюдаются изменения в клеточном метаболизме, синтезе АТФ и биологически активных веществ, регуляция различных функций клетки [Девятков и др., 1991]. Многие из этих фактов можно интерпретировать как результат некоторых внутриклеточных процессов, но первичные механизмы могут быть связаны с прямым воздействием агента излучения на биомембраны и протеины.

Клеточный ответ на внешнее электромагнитное воздействие во многих случаях определяется мембранной системой [Kazarinov, 2008]. При микроволновом и терагерцовом облучениях имеют место как функциональные, так и структурные изменения биологических и модельных мембран [Fedorov et al., 2003; Kazarinov, 2008]. В частности, экспериментальные исследования показывают высокую чувствительность мембранных транспортных процессов к СВЧ, КВЧ [Kazarinov,

2008] и терагерцовому [Fedorov et al., 2003] излучению низкой интенсивности. Миллиметровое излучение может вызывать структурные перестройки в мембранах, индуцирующие изменения их ионной проницаемости. Эффект воздействия микроволнового излучения на трансмембранный перенос может быть следствием прямого влияния электромагнитного поля или его агента на организацию липидных доменов, структуры мембраны [Kazarinov, 2008, Ramundo-Orlando, 2010]. Предполагают, что микроволновое излучение преобразует структурную организацию липидного бислоя мембран, изменяет конформацию мембранных белков, перестраивает поверхностные молекулярные комплексы мембран [Kazarinov, 2008]. Полагают, что миллиметровое излучение может влиять на жидкокристаллическую структуру мембраны, ее текучесть [Семина и др., 2007]. В экспериментах [Там же] миллиметровое излучение приводило к разупорядо- чиванию липидного бислоя, увеличению подвижности липидов. Исследование влияния миллиметрового излучения на фазовый переход гель — жидкий кристалл показало, что оно не меняет температуру фазового перехода, но увеличивает температурную зону перехода, что может также свидетельствовать о снижении кооперативности взаимодействий липидов, их разупорядочивании [Там же]. При этом, по данным ЯМР, при разных частотах воздействия имело место как уплотнение водного окружения липидного бислоя, так и его разупоря- дочивание [Там же]. По результатам этого исследования сделано предположение о том, что вода является посредником взаимодействия миллиметровых волн с биосистемами.

Получены экспериментальные свидетельства тому, что нетепловое излучение частот мобильной связи 800 — 1800 МГц способно влиять на трехмерную структуру протеинов, на их нормальное свертывание, что, в свою очередь, может привести к модификациям в клеточной сигнализации [Mancinelli et al., 2004]. Полагают, например, что микроволновое излучение инактивирует шаперон-комплекс с протеином теплового шока HSP-90, от которого зависит устойчивость и функционирование протеинкиназы Raf-1, что приводит к инактивации антиапоптотического Ras - Erk сигнального пути, компонентом которого является Raf-1, и вызывает апоптоз [Caraglia et al., 2005].

На уровне организма во многих случаях имеет место повышение адаптационных и восстановительных возможностей, ускорение лечения заболеваний на фоне обычной терапии [Девятков и др., 1991; Betskii, 1994; Бинги, 2011]. В других случаях может быть обратный эффект.

Наблюдаемые биологические эффекты на молекулярном, клеточном и организменном уровнях характеризуются следующими особенностями [Девятков и др., 1991, Бинги, 2011]. Во-первых, биологический эффект возникает в определенных довольно узких полосах частот. В частности, отклик наблюдается на частотах вращательных молекулярных спектров излучения и поглощения активных форм кислорода, оксида азота и других веществ, участвующих в метаболизме [Kirichuk et al., 2006]. Во-вторых, эти явления имеют пороговый характер (пороговая интенсивность может доходить до 1(Г6мкВт/см2 и ниже). При увеличении интенсивности излучения биологический эффект скачкообразно принимает максимальное значение, почти не меняясь далее с ростом интенсивности на два - три (до пяти) порядка. Также отмечают селективность действия излучения по интенсивности [Бинги, 2011]. На разных частотах эффект может иметь разный качественный характер.

Наконец, имеются свидетельства значимости сверхслабого микроволнового излучения на уровне экосистем. Например, облучение воды низкоинтенсивным микроволновым излучением может увеличивает ее токсичность, измеряемую бактериальной люминесцентной тест-системой [Zarubina et al., 2013]. Авторы указанного исследования полагают, что в современных условиях электромагнитного загрязнения окружающей среды это явление может относиться к масштабам водных бассейнов, крупных объектов в биосфере.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>