Этюд третий. Космопланетарные солнечно-земные связи живого и косного вещества

Выше мы излагали представления о некоторых явлениях, указывающих на специфические типы связей живого вещества с процессами космической среды (вспышки сверхновых звезд, возможное существование галактического живого вещества, воздействие космических излучений). В. И. Вернадский наряду с А. Л. Чижевским развивал также идею, что важнейшее значение для живого вещества биосферы имеет космическое излучение Солнца. Эти явления в настоящее время интенсивно изучают физика солнечно-земных связей и гелиобиология. Особый интерес в этом плане представляют периодические изменения мощности потока излучаемой Солнцем энергии. Эти колебания вызываются увеличением или соответственно уменьшением количества областей активности на Солнце. Такие области активности хорошо известны из элементарного курса астрономии как "темные пятна" на Солнце. Количество подобных областей активности на Солнце колеблется на протяжении таких периодов времени, как 11 лет и 22-23 года. Наблюдаются и меньшие периоды колебания числа пятен продолжительностью 3, 5,5, 7 или 8 лет.

Большинство областей активности (OA) "живет" около 27 суток, хотя некоторые из них существуют по многу месяцев. OA характеризуются выбросами взрывного типа. Во время выбросов они испускают в окружающее космическое пространство потоки электронно-водородной плазмы (смесь ионов и электронов). Одновременно усиливаются потоки радиоволнового и коротковолнового, ультрафиолетового и рентгеновского излучения. В случае особо мощных вспышек OA также испускают поток гамма-излучения. Поток "солнечного ветра" достигает Земли за 1-2 суток. Он вызывает возмущение собственного магнитного поля Земли, или магнитную бурю.

К настоящему времени выявлены многообразные эффекты, в живом веществе являющиеся следствием изменений солнечной активности в OA. Они наблюдаются на различных уровнях организации живого вещества: популяционном, организменном, функциональном, структурном, клеточном, биохимическом и т. д. Как подчеркивает, например, гелиобиолог Б. М. Владимирский (1977, 1982), синхронизация биологических ритмов жизнедеятельности с циклами солнечной и соответствующей ей геомагнитной активности есть широко распространенное явление.

Наряду с изучением влияния солнечной активности на перечисленных выше уровнях организации живых организмов может быть предложена особая единица, отражающая периодические колебания солнечной активности на биосферном уровне, на том интегральном уровне организации живого вещества, значение которого вскрыл В. И. Вернадский. Предварительно такая единица обозначена как солнечно-биосферная единица (СБЕ). Она вводится на основе геохимических представлений о миграции элементов в биосфере, основы которого были заложены В. И. Вернадским, многими советскими учеными (Б. Б. Полынов, А. Е. Ферсман и другие). Солнечно-биосферную единицу мы связываем с крупными стоками рек (например, в Сибири это - бассейны рек Оби, Енисея, Лены). Каждая СБЕ может рассматриваться как система, имеющая: 1) вход (пополнение запасов); 2) канал перемещения водных масс с сопутствующей миграцией химических веществ и соединений (он включает русло рек и прилегающую территорию); 3) выход со сбросом воды в прилегающую часть шельфовой зоны океана. В ходе наблюдений могут быть выявлены критические точки маршрута перемещений и интенсивность концентрации здесь тех или иных химических соединений как на протяжении русла рек, так и на выходе из системы. Солнечно-биосферные единицы должны анализироваться во времени. Прежде всего здесь может быть использован упомянутый ранее полный цикл солнечной активности (22-23 года) и его субъединицы в 11 лет и 5,5 года.

При исследовании СБЕ могут привлекаться дополнительные, конкретизирующие параметры и характеристики. К ним относятся особенности климатических зон, классификация типов рельефов и ландшафтных комплексов, разрабатываемые науками о Земле, например, конструктивной географией. Однако эти конкретные характеристики должны использоваться на основе исходного представления о СБЕ. Изучение СБЕ как своеобразных "площадок", на которых прослеживается общая картина взаимодействия разнообразных космических и антропогенных факторов представляет важное как в теоретическом, так и в практическом отношении направление исследований в будущем. Накопленные новейшие материалы аэрокосмических исследований создают реальные основы для такого рода исследований, например, на Востоке нашей страны, включая Крайний Север. Изучение влияния космических факторов на уровне солнечно-биосферных единиц в настоящее время делает лишь первые шаги. Это сложная, комплексная проблема, стоящая перед современной наукой.

К настоящему времени солнечно-земные связи более изучены на уровнях организации живого вещества меньшей степени общности - на популяционном и организменном. Вместе с тем эти уровни кардинально важны при изучении вопросов сохранения и развития здоровья человека. Здесь концентрируются узловые проблемы современной науки. При анализе солнечно-земных связей не следует иметь в виду, что электромагнитное поле распространяющееся внутри атмосферы, обладает четко выраженными периодами колебаний. Они совпадают с количеством областей активности на Солнце и взаимным положением небесных тел.

Имеются основания для выделения в живых организмах таких биологических ритмов, как циклические изменения показателей их жизнедеятельности, которые определенным образом синхронизированы с колебаниями ЭМП. Это суточный (циркадный) ритм, семидневный и околомесячный (26-29 дней) ритмы. Есть также данные о наличии макроритмов в 0,5 года, 1 год, 3 и 7 лет.

Периодическое воздействие солнечной активности на живое вещество Земли реализуется в виде последовательности, указанной Б. М. Владимирским (1982, с. 166). Возмущение на Солнце (типа мощной хромосферной вспышки) порождает возмущение магнитосферы и ионосферы Земли (магнитная буря с внезапным началом). Это приводит к изменению напряженности электромагнитного поля на поверхности Земли. В свою очередь, изменения ЭМП "запускают" сдвиги физиологических параметров в живых организмах.

Говоря о сдвигах физиологических параметров организма в периоды увеличения геомагнитной активности, исследователи подчеривают важность этих данных для углубленного понимания взаимодействия человека с окружающей средой, для решения задач по сохранению и укреплению здоровья человека. По мнению ряда исследователей, изучение важнейших звеньев функциональных систем, участвующих в регуляции гомеостаза (тепловой баланс, нейрогуморальная регуляция, гемокоагуляция, некоторые стороны энергетического метаболизма, окислительно-восстановительные процессы, содержание биологически активных веществ, суточная периодика ритма сердечной деятельности) у больных с патологией органов кровообращения, позволяет считать геомагнитные возмущения, вызываемые солнечной активностью, физиологически значимым фактором внешней среды" (Новикова, Бяков, Михеев и др., 1982, с. 44).

Такой подход имеет большое значение для прогнозирования возможных расстройств в функционировании организма, при проведении широких профилактических противоэпидемических мероприятий (при вспышках эпидемий гриппа и т. д.). Относится это и к ряду хронических заболеваний (известны факты нарастания нарушений сердечно-сосудистой деятельности в периоды роста солнечной активности), к предупреждению дорожно-транспортных происшествий и т. д.).

Сочетание действия ЭМП и таких процессов, как распад минералов земной коры, вызывает появление в диэлектрической среде (атмосфера) аэроионов. Аэроионы - это одиночные или объединенные в комплексы атомы газов, несущие положительный или отрицательный заряд. В зависимости от подвижности в электрическом поле выделяют малые, средние и большие аэроионы. Концентрация больших аэроионов в воздухе над урбанизированными зонами и районами угледобычи может принимать значения порядка 50 тыс. см3. Аэроионы приводят к увеличению напряженности ЭМП в моменты увеличения солнечной активности. Действие аэроионов на организм может быть как негативное, так и позитивное. Так, известно, что воздушные течения, в частности ветры типа Альпийского фена, иногда могут быть чрезвычайно насыщены положительными аэроионами. В периоды, когда дуют эти ветры, в соответствующих географических районах увеличивается число сердечно-сосудистых заболеваний, мигрени, астмы, чаще наступают состояния утомления (Мэкси, 1982, с. 105). Коррекция воздействия этих экологических факторов возможна, если больных помещать в среду, где воздух насыщен отрицательными аэроионами. Насыщение воздуха отрицательными ионами уменьшает частоту дыхания, снижает кровяное давление, увеличивает рН крови и увеличивает устойчивость к хирургическому шоку. Таким образом, применение определенных медико-биологических мер может уменьшить или вовсе ликвидировать отрицательные воздействия на организм человека, связанные с ЭМП Земли.

Попробуем теперь проанализировать взаимодействие живых клеток с электромагнитной средой, создаваемой солнечной энергией. Напомним, что клеточный уровень организации живого вещества - это фундаментальная биологическая основа и человеческого организма. Все, что происходит с клеточными культурами в экспериментальных ситуациях, при определенных оговорках, может быть отнесено и к сложно организованным многоклеточным системам, или клеточным популяциям, из которых состоит наш организм.

Выше речь уже шла о том, что автором проведены многолетние исследования по наблюдению за ЦПЭ - "зеркальным" цитопатическим эффектом. Напомним, что сущность ЦПЭ в том, что клеточная культура, выращенная в изолированной колбе, адекватно реагирует на изменения, происходящие с клеточной культурой, помещенной в другой изолированной колбе, сообщающейся с первой лишь через прозрачную перегородку. Изменения клеточной культуры во второй колбе могут вызываться действием вирусов, ультрафиолетового излучения, токсического вещества типа сулемы.

Эти наблюдения мы проводили в различных гелиогеофизических условиях, например, синхронно в городе средней полосы и на Крайнем Севере, в годы активного Солнца и т. д. В ходе экспериментов было отмечено, что в годы активного Солнца (1969, 1980 гг.) проявление "зеркального" ЦПЭ обладает рядом специфических особенностей. Само проявление эффекта ЦПЭ характеризуется нестабильностью, имеется его зависимость от сезона. В благоприятное для человека в климатическом отношении время года чаще бывают дни, когда ЦПЭ дает 90-100%-ный эффект. В период действия таких сложных космических факторов, как солнечное затмение (31 июля 1981 г.) или "парад планет" (март - ноябрь 1982 г.), наблюдается угнетение роста клеточной культуры (монослоя), резко падает митотическая активность. Клетки образуют отдельные островки-колонки, которые не успевают образовать сплошной монослой, отслаиваются и гибнут.

По предположению ученых, гелиогеофизические факторы должны оказывать на тканевую культуру различное действие в зависимости от широтных перемещений. Геофизические данные, в частности, указывают, что полоса вдоль 67-й широты представляет собой арену протекания сложного комплекса электромагнитных явлений, тесно связанных с солнечной активностью. Так, напряженность ЭМП здесь заметно изменяется при переходе от полярной ночи к полярному дню. В результате одновременных экспериментов с тканевыми культурами и наблюдением за особенностями ЦПЭ в Новосибирске и Норильске было установлено, что в условиях интенсивных возмущений электромагнитного поля имеют место существенные различия в жизнедеятельности клеток монослоя в зависимости от места проведения эксперимента.

В Норильске рост монослоя тканевой культуры происходил энергичнее: плотность роста и количество клеточных ядер из расчета на единицу площади в Норильске были в 2 раза больше, чем в Новосибирске. Пик митотической активности (т. е. интенсивности деления клеток в тканевой культуре), наступающей через двое суток, в Норильске был выше в 3 раза, однако к концу шестых суток монослой здесь погибал. В то же время в Новосибирске продолжительность жизнедеятельности монослоя составляла 9-11 суток. Вместе с тем в Норильске обнаруживалась повышенная устойчивость клеточного монослоя к действию такого токсичного агента, как сулема. Если в Новосибирске монослой погибал при добавлении 3 мкг сулемы, то в Норильске для этого требовалось уже 5 мкг (Казначеев, 1982, с. 13-14).

Эти и другие экспериментальные данные свидетельствуют о том, что электромагнитное поле Земли, его колебания оказывают влияние на жизнедеятельность живых организмов. Эксперименты с тканевыми культурами принципиально важны и в том отношении, что при выявлении влияния ЭМП на многоклеточные организмы (включая человека) эффекты ЭМП могут быть "замаскированы", "затемнены" многочисленными побочными явлениями] Исследование клеточных культур дает намного более отчетливую (хотя соответственно упрощенную) картину.

Более сложная картина влияния экологических факторов (включающих космическую составляющую) на живые организмы, в том числе на человека, выявляется при комплексном изучении этих факторов и их взаимодействий. Выше отмечалось, что комплексное исследование взаимодействий живого и косного вещества, определяемых солнечно-земными связями, может осуществляться на биосферном уровне, если вводятся особые единицы для такого изучения - солнечно-биосферные единицы.

Однако подобные исследования комплексного характера могут проводиться и на популяционном уровне, т. е. на уровне крупных групп народонаселения. Эта задача имеет важнейшее научно-практическое значение в связи с современным, интенсивным экономическим освоением Крайнего Севера. Подобные исследования проводятся силами ученых Сибирского отделения Академии медицинских наук СССР. Результаты этих исследований получили обобщение в виде концепции "синдрома полярного напряжения" (Казначеев, 1980).

"Синдром полярного напряжения" - это специфическая форма хронического напряжения. Она возникает у человека при переезде на Крайний Север. Вызывается эта форма комплексом физических, биологических, психофизиологических, экологических факторов, в ряду которых определенное место принадлежит и гелиогеофизическим факторам. Выделение данного понятия на современном этапе исследований связано с необходимостью установить наиболее общие и уникальные звенья метаболических и поведенческих реакций, которые могут лимитировать процессы жизнедеятельности человека на Крайнем Севере.

К их числу относится, например, реакция, сопровождающаяся возрастанием роли липидов (жиров) в энергетическом обмене организма в ходе адаптации человека к экстремальным условиям высоких широт. Эта реакция сопровождается изменением типов обмена веществ в организме человека - углеводного, белкового, обмена витаминов и микроэлементов. Данные о роли жирорастворимых витаминов в регуляции физико-химических свойств биологических мембран и тканевого метаболизма позволяют предположить, что наблюдаемые на Севере у пришлого населения изменения различных типов обмена, в частности липидного, являются одним из ведущих звеньев, определяющих особенности адаптивных реакций человека в условиях высоких широт (Казначеев, Куликов, 1980).

Комплекс экстремальных экологических факторов на Крайнем Севере (климат, электромагнитные флуктуации, биоритмы, психоэмоциональное напряжение, специфика труда, быта и т. д.) действует на человека, затрагивая многие функции его организма и различные уровни его биологической организации. Действие этого комплекса факторов как бы интегрируется на уровне биологических мембран посредством модификации их свойств за счет изменения количественного и качественного состава липидов, концентрации жирорастворимых витаминов, гидроперекисей жирных кислот и т. д.

Подчеркнем, что различные психофизиологические сдвиги, наблюдаемые у людей на Севере в различные сроки их приезда, - утомляемость, "полярная" одышка, временные нарушения сна, астенизация, невротические проявления - в основе своей, по-видимому, обусловлены биофизическими и биохимическими сдвигами на уровне клеточных структур. Эти сдвиги далее становятся первоосновой различных индивидуальных проявлений адаптивного напряжения, предпатологических, а также патологических состояний. По существу, речь идет об особом состоянии организма, которое характеризуется специфическими сдвигами глубинных процессов на клеточном уровне. Среди прочих экологических факторов особое значение здесь, по нашему мнению, принадлежит гелиогеомагнитным флуктуациям (Казначеев, Михайлова, 1981).

Необходимы дальнейшие исследования в этом направлении для установления возможных видов воздействия гелиогеофизических факторов на жизнедеятельность организма, на формирование у человека тех или иных форм адаптивного напряжения. Эта проблема связана с целым комплексом научно-практических мероприятий, с мерами по осуществлению первичной профилактики и управлению состоянием здоровья крупных групп народонаселения в условиях хозяйственно-экономического освоения регионов Севера, с учетом возрастания миграционных потоков, с одной стороны, и необходимости создания на Севере устойчивых, оседлых популяций - с другой.

Таким образом, можно видеть, что проблемы взаимодействия жизни с космическими факторами, учет этих факторов при осуществлении масштабных народнохозяйственных мероприятий могут иметь существенное практическое значение, что немаловажно для решения задач социального заказа, которые ставит перед наукой общество. Все это, несомненно, будет способствовать проведению мероприятий, направленных на сохранение и развитие здоровья населения.

Мы не задавались целью всесторонне осветить взаимодействие косного и живого вещества и значение, которое принадлежит в этом процессе космическим факторам. Мы привели только результаты некоторых исследований, свидетельствующих об их перспективности. Вместе с тем из приведенных данных следует, что проблема прямого и косвенного (опосредованного) воздействия космопланетарных факторов на живое вещество (в том числе на биологические основы жизнедеятельности человека) - одна из наиболее значимых и фундаментальных в современном естествознании. Практическая важность решения этой проблемы заключается в том, что она связана с использованием соответствующих результатов в интересах человека, ради его блага, в целях его всестороннего развития, укрепления его здоровья. Теоретический естественнонаучный фундамент для этих исканий был заложен опередившими время естественнонаучными концепциями В. И. Вернадского.