Влияние электромагнитного излучения на живые организмы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ипполитов А.Д. 1Пастухова Д.Н. 1

---

1МБОУ "Гимназия 33" г. Костромы

Антонова А.А. 1

---

1МБОУ "Гимназия 33" г. Костромы

Работа в формате PDF

603.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Все живые организмы постоянно подвергаются влиянию абиотических, биотических и антропогенных факторов окружающей среды. Рассуждая о антропогенных факторах, в первую очередь необходимо уделить внимание электромагнитному излучению (ЭМИ), вызывающему значимые изменения функционального состояния организма.

Мы живем в эпоху активного развития теле- и радиокоммуникационных технологий, мобильной и интернет-связи, бытовой электротехники. Все это ведет к изменению естественного электромагнитного фона. Мы считаем, что изучение влияния электромагнитного излучения на живые организмы крайне важно для современного общества, чтобы оценить риски нарушения развития представителей нашего рода и вероятность возникновения заболеваний.

Нами был проведен ряд экспериментов над микроорганизмами. Их мы подвергали воздействию низкочастотного ЭМИ, которое имеет на данный момент наибольшее воздействие на среднестатистического человека. Изучив влияние НЧ ЭМИ на одноклеточные организмы, мы с уверенностью можем говорить и о его влиянии на многоклеточные живые системы, которые, по сути своей, являются совокупностью клеток.

Кроме того, по ходу выполнения проектной работы, нам пришла идея о возможности применения генераторов НЧ ЭМИ в местах хранения продовольственного сырья для снижения его микробиальной обсемененности с целью сохранения его качества и увеличения сроков хранения.

Цель проектной работы: изучить влияние НЧ ЭМИ на рост, развитие и размножение организмов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

провести анализ литературных источников по теме исследования;

определить влияние ЭМИ на рост, развитие и размножение одноклеточных микроскопических грибков вида Saccharomyces cerevisiae, простейших типа инфузории вида Colpoda Steinii.

Объект исследования – онтогенез микроорганизмов.

Обзор используемой литературы.

В своей работе мы использовали массу научной литературы. Разобраться в особенностях работы натрий-калиевого насоса и принципе возникновения биоэлектричества помогла книга британского биолога Френсис Эшкрофт «Искра жизни». Изучая природу ЭМВ, мы использовали научную литературу в области электродинамики (Бутиков Е.И. Кондратьев А.С Физика для углубленного изучения. Том 2. Электродинамика. Оптика. 2001(djvu)). Результаты, полученные нами в ходе экспериментов, подтверждаются научными работами Лисовой и Шукшиной¹. Перечисленные источники играли первостепенную роль в создании данного проекта. Остальные лишь дополняли и подтверждали уже имеющуюся информацию.

Основная часть

Характеристика ЭМИ и его источников

Электромагнитное излучение – это колебания электрического и магнитного полей.

Помимо естественного ЭМФ, создаваемого электромагнитными волнами (ЭМВ) различной частоты, поступающими к нам из космоса, имеется и другое излучение — бытовое, которое возникает при работе различной электротехники. Каждый бытовой прибор при работе пропускает через себя электрический ток, образуя вокруг электромагнитное поле. Электромагнитное излучение (ЭМИ) — это и есть та сила, которая проявляется, когда ток проходит через любое электрическое устройство, воздействующая на всё, что находится около него, в том числе и на человека. Чем больше сила тока, проходящего через прибор, тем мощнее излучение.

Электромагнитное поле характеризуется длиной волны λ, измеряемой в метрах, или частотой излучения f, измеряемой в герцах. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света (3 • 108м/с), в других средах эта скорость меньше.

Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Спектр электромагнитных излучений подразделяют на диапазоны, которые различаются по длине волны и частоте колебаний, а, следовательно, физическим свойствам и биологическому действию на организм человека.

Искусственные источники ЭМП можно условно разделить на две группы:

1) технические средства, специально созданные для получения ЭМП, к которым можно отнести различные системы связи, радиолокационные установки, радио и телевизионные вещательные станции, отдельные виды физиотерапевтического и диагностического оборудования, а также различные технологические установки в промышленности с использование энергии ЭМП;

2) технические средства и изделия, создающие во внешнем пространстве паразитные ЭМП не связанные с их функциональным назначением. К ним относят системы передачи и распределения электроэнергии (ЛЭП, трансформаторные подстанции) и приборы, потребляющие её (электроплиты, электронагреватели, холодильники, телевизоры, осветительные приборы и т.п.). Уровень ЭМП от искусственных источников излучения в местах интенсивного их использования, может значительно превышать естественное фоновое излучение (более чем 1000 раз).

Таблица № 1Классификация ЭМИ радиочастотного диапазона

Человек чаще всего подвергается влиянию именно низкочастотного ЭМИ. Его источниками являются бытовая электрическая и электронная техника, электротранспорт и его инфраструктура, автомобильный транспорт. Поэтому в нашей работе мы будем уделять большее внимание НЧ ЭМИ. Эксперимент также будет проведен именно с генератором низких частот.

2. Принцип действия ЭМИ на биологические системы

Все знают, что электричество приводит в действие электроприборы. Гораздо менее известно, что это же самое можно сказать о нас самих. Наша способность читать и понимать написанное, видеть и слышать, думать и говорить, шевелить конечностями обусловлена электрическими явлениями, происходящими в нервной и мышечной ткани. Электрическая активность в клетках регулируется ионными каналами. Эти малоизвестные, но критически важные белковые образования есть в каждой клетке всех организмов на Земле. Они регулируют наши жизненные процессы на протяжении всей жизни. Нарушение функционирования ионных каналов становится причиной многих болезней человека и животных.

Биоэлектричество – это электрические потенциалы и токи, которые возникают внутри живых организмов или производятся ими. Такие потенциалы генерируются рядом различных биологических процессов и используются клетками для управления метаболизмом, проведения импульсов по нервным волокнам, а также для регулирования мышечного сокращения.

В 1791 году выдающийся итальянский ученый  Луиджи Гальвани обнаружил, что если к изолированной мышце лягушки прикоснуться металлическим предметом, то мышца сократится. Он подвесил лягушачьи лапки к чугунной ограде своего балкона с помощью медных крючков, пронизывавших спинной мозг. Гальвани стал дотрагиваться до лапок, после чего они начали часто и самопроизвольно подергиваться, при этом сокращения происходили, когда крючки прижимали к ограде. Он объяснил это явление существованием «животного электричества».

Проанализировав опыты Гальвани, Алессандро Вольта пришел к выводу о том, что подергивания вызывал электрический ток, который возникал при соприкосновении двух разных металлов – чугунной ограды балкона и медных крючков, связанных с нервом лягушачьей лапки. Это вызвало жаркий спор между двумя учеными о том, какой была причина возбуждения мышц – биологической или физической. Позже Гальвани неопровержимо доказал, что даже контакта нерва с мышцей достаточно, чтобы вызвать сокращение – никакого металла для этого не требовалось. Сейчас мы знаем, что эксперимент давал такой результат, поскольку поврежденная ткань генерирует электрический ток, достаточный для сокращения мышцы.

 Электричество, подаваемое в наши дома, представляет собой поток электронов. Эти неделимые элементарные частицы имеют отрицательный заряд, и, поскольку противоположные заряды притягиваются друг к другу (а одноименные заряды отталкиваются), электроны всегда текут из области с отрицательным зарядом к области с положительным зарядом.

В отличие от этого практически все токи в живых существах представляют собой потоки ионов — атомов, имеющих электрический заряд. Токи в нашем организме обусловлены движением пяти основных видов заряженных частиц. Четыре из них имеют положительный заряд - натрий, калий, кальций и водород (протон), а один, хлор (хлорид-анион), - отрицательный заряд. В силу того, что ионы несут электрический заряд, их движение создает электрический ток.

Еще одно различие электрических сигналов в наших телах и в сети электроснабжения домов заключается в скорости их распространения. Электрический сигнал в проводах распространяется почти со скоростью света, составляющей 300 000 км/с. Нервные импульсы по сравнению с этим крайне медленные, самые быстрые из них распространяются со скоростью всего 0,12 км/с (120 м/с).

Помимо того, что генерируемые нами электрические импульсы медленные, они еще и очень слабые. Если электрическому чайнику для работы нужен ток силой три ампера, то сила токов, заставляющих сокращаться сердце, составляет всего несколько миллионных долей ампера.

(2)

Наш организм — скопление клеток. Роберт Гук открыл их в 1665 г., когда рассматривал небольшой кусочек пробки под микроскопом.

Клетки изобилуют молекулами, которые вступают в сложные реакции, связанные с синтезом белков, воспроизводством ДНК и генерированием энергии. Однако для получения представления об электрических свойствах клеток нам достаточно рассмотреть процессы, происходящие на их поверхности, поскольку именно там возникает разность потенциалов и передаются нервные импульсы.

На рисунке 1 представлено строение клеточной мембраны. На ней видны два слоя липидных молекул и мембранные белки, в частности, ионные каналы и насосы.

Рисунок 1. Строение клеточной мембраны

Поверхность клетки представляет собой мембрану, которая окружает клеточное содержимое и служит границей с внешним миром. Мембрана выстроена из жиров, а, следовательно, она непроницаема для большинства водорастворимых веществ.

Растворы внутри наших клеток и клеток всех других организмов на Земле богаты ионами калия и бедны ионами натрия. В отличие от этого кровь и другие внеклеточные жидкости, в которых находятся наши клетки, бедны ионами калия и богаты ионами натрия. За счет перепадов ионного состава генерируются электрические импульсы в наших нервных и мышечных клетках, поскольку они позволяют эффективно накапливать потенциальную энергию. Стоит открыться каналам, как тут же начинает высвобождаться энергия в результате перераспределения ионов, стремящихся к выравниванию концентраций с обеих сторон мембраны. Это движение ионов и порождает нервные и мышечные импульсы.

Разница в концентрациях ионов калия и натрия внутри и вне клеток поддерживается молекулярным двигателем, так называемым натриевым насосом, пронизывающим клеточную мембрану. Этот белок выкачивает избыточные ионы натрия, которые просачиваются в клетку, и заменяет их на ионы калия. Если насос прекращает работать, то концентрация ионов постепенно снижается, и когда они полностью исчезают, перестают генерироваться электрические импульсы. В итоге организм умирает.

В состоянии покоя на мембране всех клеток существует разность потенциалов — внутренний потенциал обычно на 60–90 мВ более отрицателен, чем наружный.

В состоянии покоя многие калиевые каналы в клеточной мембране открыты. Поскольку концентрация ионов калия внутри клетки выше, чем снаружи, эти ионы уходят из клетки, понижая концентрацию внутри нее, а в результате того, что ионы калия заряжены положительно, их исход приводит к потере положительного заряда: внутри клетки начинает накапливаться отрицательный заряд. Клетка начинает действовать как крошечная батарея, в которой электрические заряды разделяются неэлектропроводной липидной мембраной. Накопленная в ней энергия используется для формирования электрических импульсов в нервных и мышечных волокнах.

Предоставленного нами материала достаточно, чтобы прийти к выводу о том, что наш организм является источником естественного электромагнитного излучения. Мы убеждены, что внешние источники ЭМИ, создаваемые электрическим током с гораздо большими по величине показателей характеристиками, препятствуют нормальной генерации и проведению биоэлектричества в нашем организме. Известно, что электромагнитное излучение изменяет проницаемость биологических мембран и ускоряет активный транспорт катионов натрия, делая разность потенциалов на мембранах клеток несоответствующей норме.

Влияние ЭМИ на клетку

Клетка - структурно-функциональная элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов.

Мишенью для инициации, в первую очередь, являются мембраны, плазматические и внутриклеточные, ограничивающие различные органеллы и внутриклеточные компоненты. Известна большая чувствительность клеточных мембран к действию самых различных химических и физических агентов, в том числе к облучению. Морфологические и функциональные нарушения мембран обнаруживаются практически сразу после облучения и при очень малых дозах. Помимо изменения проницаемости биологических мембран и ускорения активного транспорта катионов натрия, под влиянием электромагнитного излучения происходит активация перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот и разобщение процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях. Рассмотрим процессы перекисного окисления липидов подробнее.

Перекисное окисление (автоокисление) липидов при контакте с кислородом вызывает повреждение тканей внутри живого организма, способствуя развитию опухолевых заболеваний. Повреждающее действие инициируется свободными радикалами, возникающими в период образования перекисей жирных кислот, содержащих двойные связи, чередующиеся с метиленовыми мостиками (такое чередование имеется в природных полиненасыщенных жирных кислотах). Перекисное окисление липидов является цепной реакцией, обеспечивающей расширенное воспроизводство свободных радикалов, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления

Предполагается, что все эти изменения на уровне клетки развиваются по следующим причинам:

Электромагнитное поле воздействует на заряженные частицы и токи, вследствие чего энергия поля на уровне клетки преобразуется в другие виды энергии. Атомы и молекулы в электрическом поле поляризуются, полярные молекулы ориентируются по направлению распространения магнитного поля. В электролитах, которыми являются жидкие составляющие тканей, после воздействия внешнего поля возникают ионные токи. Переменное электрическое поле вызывает нагрев тканей живых организмов как за счет переменной поляризации диэлектрика (сухожилий, хрящей, костей), так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект есть следствие поглощения энергии электромагнитного поля. Чем больше напряженность поля и время воздействия, тем сильнее выражены указанные эффекты.

Влияние ЭМИ на организм человека

Влияние на организм человека электромагнитных полей (ЭМП) определенной силы не может пройти незамечено. Ведь и в самом человеке заложены принципы функционирования органов и систем, основанные на электрических явлениях. К электромагнитным полям особенно чувствительны дети, беременные, люди с нарушениями в сердечно-сосудистой, гормональной, нервной, иммунной системах. Электромагнитные волны приводят к неблагоприятным изменениям в организме.

1) Угнетение центральной нервной системы (замедление реакции, ухудшение памяти, депрессии разной тяжести, повышенная возбудимость, раздражительность, нарушения сна, бессонница, резкие перепады настроения, головокружения, слабость). Как установили специалисты в области научной гигиены, электромагнитное поле достаточной интенсивности может изменять картину высшей нервной деятельности человеческого мозга. Исследователи выявили отклонения в сигналах электроэнцефалограммы: десинхронизацию и изменение частоты основных ритмов.

2) Угнетение сердечно-сосудистой системы (снижение ЧСС, изменения на ЭКГ, артериального давления).

3) Нарушение морфологического состава крови (уменьшение количества лейкоцитов, ретикулоцитов, ацидофильных гранулоцитов), что сопровождается нарушениями функционального состояния эндокринной системы, обменных процессов, дистрофическими процессами в тканях мозга, печени, селезенки, яичках.

Многие ученые относят электромагнитные поля к тератогенным факторам. Наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша. Наличие контакта женщины с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам, повлиять на развитие плода и, наконец, увеличить риск врожденных уродств.

Эмпирическая часть

1. Эксперимент № 1

1. Цель эксперимента:

Выявить закономерности влияния электромагнитных полей низких частот (ЭМП НЧ) на степень гибели микроорганизмов вида Saccharomyces cerevisiae.

Материалы эксперимента:

Одноклеточные микроскопические грибки вида Saccharomyces cerevisiae на 10 %-ном водном растворе сахарозы;

Устройство измерения и обработки данных LABQUEST 2 VERNIER;

Мобильное устройство, как источник ЭМИ (IPhone 13);

Прибор для измерения мутности Мутнометр LABQUEST 2 VERNIER;

Ход работы:

Одноклеточные микроскопические грибки вида Saccharomyces cerevisiae были помещеныв два цилиндрических сосуда диаметром 2 см в равных концентрациях с 10%раствором сахарозы на 0,5 часа.

Начало эксперимента – 14:00. Мутнометр показывает значение в 158 единиц мутности в сосуде Ⅰ и в 156 единиц мутности в сосуде Ⅱ. Цилиндрический сосуд Ⅱ с грибками находится в помещении при температуре 22 °C.Сосудизолирован от электроприборов, влияние ЭМИ сведено к минимуму.

Цилиндрический сосуд Ⅰ находится под воздействием НЧ ЭМИ, источником которого служит мобильное устройство. Источник находится на расстоянии 4 см от сосуда с грибками.

Время - 14:42. Произведены замеры мутности воды в первом и втором сосуде. Мутнометр показывает значение в 160 единиц мутности в сосуде Ⅰ и в 165 единиц мутности в сосуде Ⅱ.

Талица №2 Показателя мутности жидкости вследствие размножения микроскопических грибков

Вывод:

Как показывают результаты данного эксперимента, НЧ ЭМИ оказывает значительное влияние на процессы размножения микроскопических грибков вида Saccharomyces cerevisiae. Находясь в радиусе нескольких сантиметров от мобильного устройства, микроорганизмы из первого сосуда размножались в 4,5 раз медленнее по сравнению с контрольной группой из второго сосуда, помещенного в условия отсутствия электромагнитных волн. Мы можем сделать вывод о том, что микроскопические грибки, находятся под воздействием ЭМИ, посчитали окружающие условия неблагоприятными для воспроизведения потомства.

2. Эксперимент №2

1. Цель эксперимента:

Выявить закономерности влияния электромагнитных полей низких частот (ЭМП НЧ) на степень гибели микроорганизмов вида Colpoda Steinii (Тип инфузории).

2. Материалы эксперимента:

Colpoda Steinii (Тип инфузории) на 10% водном растворе сахарозы;

Устройство измерения и обработки данных LABQUEST 2 VERNIER;

Мобильное устройство, как источник ЭМИ (IPhone 13);

Прибор для измерения мутности Мутнометр.

3. Ход работы:

Представители типа инфузории вида Colpoda Steinii были помещены в два цилиндрический сосуд диаметром 2 см с 10% раствором сахарозы на сутки.

Начало эксперимента – 12:31. Мутнометр показывает значение в 14,7 единиц мутности в сосуде Ⅰ и в 14,9 единиц мутности в сосуде Ⅱ.

Цилиндрический сосуд Ⅰ находится в помещении при температуре 22 °C.Сосудизолирован от электроприборов, влияние ЭМИ сведено к минимуму

Цилиндрический сосуд Ⅱ находится под воздействием НЧ ЭМИ, источником которого служит мобильное устройство. Источник находится на расстоянии 4 см от сосуда с простейшими.

Таблица №3 Зависимости показателя мутности жидкости от ЭМИ

Время - 13:02. Произведены замеры мутности воды в сосудах. Мутнометр показывает значение в 14,9 единиц мутности в сосуде Ⅰ и в 13,8 единиц мутности в сосуде Ⅱ (результаты представлены в таблице №3). Сделаны фото микроорганизмов под микроскопом с промежутком 45 минут.

Время – 13:50. Произведены замеры мутности воды в сосуде. Мутнометр показывает значение в 4,9 единиц мутности в сосуде Ⅰ и в 14,4 единиц мутности в сосуде Ⅱ.

Выводы:

На сделанных фотоснимках можно наблюдать, как после облучения НЧ ЭМИ инфузории приняли цистоподобное состояние. Если до облучения Colpoda были равномерно распределены по всей жидкости, то после воздействия опустились на дно (в толще воды осталась незначительная часть простейших). Вероятно, именно с процессом цистообразования связано временное снижение мутности жидкости. Циста - временная форма существования микроорганизмов (обычно бактерий и протистов, многих одноклеточных), характеризующаяся наличием защитной оболочки, которая образуется в неблагоприятных условиях. Мы можем сделать вывод о том, что простейшие вида Colpoda Steinii считают воздействие НЧ ЭМИ неблагоприятным условием. Через 50 минут после прекращения облучения сосуда Ⅱ мутность воды так и не восстановилась до прежних показателей. Вероятно, часть простейших не пережила эксперимент.

Выводы

Анализируя полученные в ходе экспериментов данные и собранную информацию, можно однозначно говорить о негативном влиянии электромагнитного излучения на человека. Мы живем в опаснейшей среде. Современная цивилизация угрожает нашей жизни. Конечно, проблема вредоносности ЭМИ поднимается довольно редко: как в РФ, так и в США на исследования в области магнитобиологии выделяются крайне малые суммы. Это нисколько не удивительно, так как вся современная экономика завязана на производстве и продаже электротехники. Чего только стоят американские компании по производству мобильных телефонов, зарабатывающие свыше 200 млрд. долларов в год. Мы призываем каждого сознательного гражданина задуматься об опасностях, что несет повсеместное распространение электроники. Крупнейшие производители телефонов, телевизоров, компьютеров, микроволновых печей зарабатывают на нашем с вами здоровье, погружая человечество в полную зависимость от электротехники. Игнорировать наличие поднятых нами проблем совершенно недопустимо.

Рекомендации по использованию источников ЭМИ:
1. Специалисты не советуют класть мобильные телефоны рядом с собой во время сна. Также не стоит постоянно держать мобильный телефон при себе, например, в кармане брюк. То есть, контакты с сотовым телефоном стоит ограничить, особенно, если в этом нет никакой необходимости.
2. Временное ограничение для использования электроприборов так же является обязательным. Так, время, проводимое за компьютером и телефоном, следует сократить до 4 часов в день.

4. Следует отметить, что детский организм поглощает в 2-4 раза больше ЭМ излучения, чем взрослый. Поэтому врачи советуют разрешать детям пользоваться гаджетами только после восьми лет со строго установленным временным лимитом.

Список информационных источников

Фрэнсис Эшкрофт «Искра жизни. Электричество в теле человека» Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2015;

Карпова Е. В., Горбунова В. А «Генетика в клинической практике» Серия: Руководство для врачей (СпецЛит) Издательство СпецЛит, 2015;

Одинаев Ф. И. «Электромагнитные последствия и здоровье человека», текст научной статьи, Вестник тамбовского университета. серия: естественные и технические науки, учредители: Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, ISSN: 1810-0198;

Лисова В.В Влияние электромагнитных полей на степень гибели микроорганизмов в зависимости от их вида и количества, [Подходы к обеззараживанию пищевого сырья и продуктов питания] ВЫХ: Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания, 2016; N 2. - С. 82-85 ДАТ: 2016

Шукшина А. А. «Влияние электромагнитного излучения на онтогенез лабораторных животных» выпускная квалификационная работа по направлению 44.03.05 – «Педагогическое образование». Направленность программы бакалавриата «Биология. Безопасность жизнедеятельности» / Шукшина Алена Алексеевна; рук. Шилкова Татьяна Викторовна. – Челябинск, 2017. – 58 с.

Исследование влияния электромагнитного излучения на живой организм Аманбаева Г.М. Международная высшая школа медицины, г. Бишкек, Кыргызская Республика Тип: статья в журнале - научная статья Номер: 13 (133) Год: 2018 Страницы: 19-22, ЖУРНАЛ: ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ Учредители: Олимп ISSN: 2304-2338eISSN: 2413-4635