Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изучение действия инфракрасного низкоинтенсивного лазерного излучения на различные стадии онтогенеза APIS MELLIFERA и DROSOPHILA MELANOGASTER

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Изучение действия инфракрасного низкоинтенсивного лазерного излучения на различные стадии онтогенеза APIS MELLIFERA и DROSOPHILA MELANOGASTER"

На правах рукописи

/} 7/

,/ /

t

Владимир Евгеньевич

ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ИНФРАКРАСНОГО НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫЕ СТАДИИ ОНТОГЕНЕЗА APIS MELLIFERA И DROSOPH1LA MELANOGA&TER

(03.00.01. - Радиобиология)

АВТОРЕФЕРАТ

лиссертацни на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ОБНИНСК - 1997

Работа выполнена в Калужском государственном педагогическом университете им. К.Э. Циолковского

Научные руководители:

академик J1AH РФ, доктор биологических наук,

профессор Г.В. Чернова академик J1AH РФ, доктор медицинских наук, профессор М.А. Каплан

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор A.B. Севанькаев;

академик ЛАН РФ, доктор технических наук, профессор А.Р. Евстигнеев

Ведущая организация:

Сельскохозяйственная академия им.К.А.Тимирязева, Калужский филиал

Защита состоится 11 ноября 1997 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 001.11.01 в Медицинском радиологическом научном центре РАМН (249020, г. Обнинск, Калужской обл., ул. Королева, д.4)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Медицинского радиологического научного центра РАМН.

Автореферат разослан 12 сентября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук

В.А. КУЛИКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Биологическая эффективность низкоинтенсивного лазерного излучения (НЛИ) и других типов электромагнитных воздействий установлена применительно к функционированию самых различных биоснстем. При использовании определенных параметров излучения обнаруживаются сходные по направленности биоэффекты (стимуляция, торможение) (Fine et al., 1964; Gamaleya, 1977, Зубкова,] 978, Basford, 1986, Девятков и др., 1987; Kruk, 1996). Дальнейшему расширению сферы применения в биологии, медицине, сельском хозяйстве лазерного и других типов электромагнитных излучений (ЭМИ) препятствует отсутствие единых подходов к пониманию сущности наблюдаемых при их нспользоапнии изменений в функционировании систем живых организмов (Гамалея и др.,1983; Gregus, 1984; Кпиманов и др., 1993; Корепанов, 1995; Коломи-ец и др.,1996). Для преодоления данной проблемы необходима разработка адекватных критериев оценки наблюдаемых эффектов, позволяющих провести сравнение данных, полученных на различных объектах, независимо от спектрального и энергетического диапазона применяемого воздействия

Известно, что менее резистентными, наиболее «отзывчивыми» на внешнее воздействие являются биологические системы, находящиеся в процессе активного развития. Большое количество работ в данном направлении проведено с использованием культур клеток (Кару, 1986; Marchesini et al.,1989; Тифлова,1993). При несомненной значимости полученных результатов, они не всегда в достаточной степени отражают процессы, идущие в целостном многоклеточном организме. В связи с этим представляет интерес изучение влияния НЛИ на ранние этапы онтогенеза организма, подвергнутого тотальному облучению. Дополнительную актуальность данному подходу придает широкое внедрение лазеротерапии в педиатрию (Ицкович и др., 1989; Потапов и др , 1994; Цнганкин и др., 1995).

Эффективность воздействия внешних факторов на ранние стадии развития можно проследить на уровне признаков взрослого организма, в интегрированном виде отражающих особенности протекания эмбрио- и постэмбриогенеза. Установлено, что НЛИ инфракрасного (ИК) диапазона изменяет значения основных компонент приспособленности дрозофилы, облученной на стадии имаго (Чернова и др., 1993; Эндебера, 1996) Характер же влияния НЛИ ближнего инфракрасного диапазона на доимагинальные стадии индивидуального развития насекомых практически не изучен. В то же время, изучение биоэффектов влияния НЛИ на развитие последних может дать ценный материал для понимания сущности механизмов электромагнитного воздействия на биологический субстрат.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью исследований являлось изучение зависимости влияния ИК НЛИ ближнего диапазона па доимагинальные стадии индивидуального развития организма от его функционального состояния и параметров воздействия.

Для реализации поставленной цели были решены следующие основные задачи:

I .Оценить характер воздействия ИК НЛИ на морфофизиологические и биохимические признаки взрослых особей, подвергнутых тотальному облучению на ранних стадиях онтогенеза.

2.Выявить зависимость биологического отклика организма на воздействие НЛИ от стадии доимагиналыюго развития экспонированных особен.

3.Изучить зависимость изменения исследованных признаков экспонированных особей от дозы подводимого ИК лазерного излучения

4.Оценить характер изменения направленности наблюдаемых биоэффектов в зависимости от длины волны и интенсивности используемого НЛИ.

5.Разработать критерии оценки биоэффективности ЭМИ различного спектрального и энергетического диапазона для анализа и сопоставления данных, полученных на различных объектах.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлен детерминируемый параметрами облучения и функциональным состоянием объекта характер влияния ИК НЛИ на доимагиналь-ные стадии развития тотально облученного организма. Предложены критерии оценки характера влияния ЭМИ на функциональную активность различных биосистем.

Впервые изучено: 1.Характер влияния ИК НЛИ на морфофизиологические признаки взрослых особей, подвергнутых тотальному облучению на эмбриональной и постэмбриональной стадиях развития.

2.Влияние лазерного ИК облучения личинок дрозофилы на общее содержание РНК в теле полученных из них взрослых самцов и самок.

3.Изменение активности каталазы ректальных желез у взрослых рабочих особей пчел, облученных на стадии яйца и личинки.

4.Зависимость величины и направленности наблюдаемых биоэффектов от стадии развития экспонированных особей.

5.Зависимость изменения исследованных признаков от дозы и мощности ближнего инфракрасного лазерного излучения.

ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты по материалам диссертации опубликованы в 9 научных работах.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на Всероссийских конференциях «Низкоинтенснвное лазерное излучение: механизмы действия на живой организм в эксперименте и клинической медицине, фотодинамическая терапия и лазерная гипертермия» (1995, г.Обнинск) и «Антропогенные воздействия и здоровье человека» (1996, г. Калуга), на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Калужского государственного педагогического университета им. КЭ. Циолковского (1996 г.). Диссертация апробирована на расширенном заседании кафедры общей биологии Калужского государственного педагогического университета им. К.Э.Циолковского (1997 г.).

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, практических предложений и списка литературы, содержащего 266 названий (в то числе 69 иностранных). Работа включает 12 таблиц (в том числе одна на 6 страницах и одна на 2 страницах) и 17 рисунков.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования выбраны представители класса Insectcr. медоносная пчела - Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apoidae) и дрозофила - Drosophila melanogas-ler M. (Díptera, Drosophilidae) У каждой особи A. mellifera после индивидуального взвешивания и препарирования производилось по 8 промеров склеритизированньгх частей экзоскелета, а также подсчет количества зацепок на заднем крыле. Всего таким образом исследовано 1548 особей пчел, из них подвергнуто облучению - 928 особей, в кошроль-

пых выборках проанализировано 620 пчел. Более летальное изучение возрастной и лозовой зависимостей обнаруженных эффектов производилось на другом модельном объекте: D.melartogaster. Каждый вариант экспериментов состоял из 4-5 повторностей. Всего проанализировано 31300 особей дрозофилы, из них облучению подверглось 25520 особей, в контрольных фуппах проанализировано 5780 особей.

Для исследований использовалась местная популяция медоносных пчел, средние морфологические показатели которой близки к данным, приведенным в (Билаш, Кривцов, 1991) для среднерусской популяции пчел (Apis mellifera meHifera L ) Использованный способ получения од но возрастных яиц и личинок описан в (Таранов, 1961; Król, Bornus, 1977). В экспериментах использовалась линия D. melcmogaster Д-32 (дикий тип) Разведение дрозофилы осуществлялось по стандартной методике (Медведев, 1966). Экс-пер!гментальная и опытная группы родительских особей 2-3 суточного возраста включались в чистолинейное скрещивание в соотношении 4§ : 4сГ

Облучение яиц и личинок А. mellifera производилось с помощью полупроводникового (As-Ga) инфракрасного (890 нм) лазерного аппарата «Мила-1». Мощность излучения в импульсе 8 Вт, длительность импульса 70 не, регулировка частоты следования импульсов от 5 до 10000 Гц. Область сота с одновозрастными яйцами или личинками делилась на две части, содержащие около 100 ячеек каждая. Одна часть подвергалась лазерному воздействию, а другая закрывалась металлическим экраном и служила контролем. Облучение личинок дрозофилы производилось при снятой верхней части разъемного стаканчика с расстояния от 2 до 5 см с помощью инфракрасных (890 нм) импульсных лазерных аппаратов с мощностью излучения в импульсе 6 Вт («Мила-1») и от 1 до 4 Вт (АЛТ «Узор») и ИК непрерывного лазера (850 нм) с мощностью на выходе I мВт.

Экстерьерныс признаки пчел (длина и ширина переднего крыла, длина и ширина третьего тер гита, длина и ширина базитарзуса задней лапки, длина жилок «а» и «Ь» третьей куби-тальной ячейки переднего крыла, количество зацепок на заднем крыле) измерялись по методике, изложенной в (Билаш Г.Д, Кривцов Н И., 1991). Измерения производились при помощи бинокулярного микроскопа с окуляр-микрометром (увеличение х2 и х7).

Определение общего содержания РНК производилось по методу Шмидта-Таннгаузера с использованием двухволновон спектрофогометрии (Филиппович и др., 1982; Бердышев и др,1984). Определение активности каталазы ректальных желез толстой кишки пчел производилось газометртеским способом по методике М.В.Жеребкина (1967а,Ь).

Статистическая обработка результатов производилась стандартными методами.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Необходимость сопоставления результатов воздействия на биосистемы с различной функциональной активностью не позволяет произвольно выбирать момент измерения тех или иных признаков, отражающих эффективность облучения. Именно поэтому в качестве модельного объекта был выбран организм, находящийся в состоянии активного роста и развития. В таком случае, использованное инфракрасное лазерное воздействие можно рассматривать как привнесенный фактор внешней среды, определенным образом влияющий на процесс реализации генетической информации. Результирующим же этапом, концентрированно отражающим все сложные процессы эмбрио- и постэмбриогенеза является момент завершения метаморфоза и переход в фазу имаго. В качестве критериев оценки влияния НЛИ на доимзпшальные стадии развития оценивалась величина ряда морфофизиологиче-ских и биохимических признаков имаго

ВЛИЯНИЕ ПК ИЛИ ПА МОРФОФИ'ШОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ Как показывают полученные результаты (рис, 1, 2), импульсное ИК-лазерное и лучение оказывает заметное воздействие на признаки взрослых особей медоносно пчелы и дрозофилы, облученных на доимагннальных стадиях развития. Причел биологическая эффективность одних и тех же доз облучения по отношению к ра. ным стадиям развития оказалась различной._

Рис. 1 Зависимость изменения массы рабочих пчел от возраста облученных личинок при различных дозах.

Наибольший биологический отклик получен при облучении 2.5-3 и 4-5 суточных пчелиных личинок (рис. 1). Так, при облучении 2,5-3 суточных пчелиных личинок с дозой 4 Дж/м' масса имаго увеличилась с 81,5+2,1 мг в контроле до 112,2+8,2 в опыте. Таким образом, относительный прирост составил 37,7% (Р<0,05) Облучение же 4-5 суточных личинок с дозой 7 Дж/м2 привело к снижению величины признака (90,2% к контр., Р<0,001) (табл.6). При увеличении дозы воздействия на два порядка ((1,1 -8,6)-102 Дж/м2) характер возрастной зависимости сохранился (рис. 1).

Средний возраст облученных личинок, сут.

Рис.2 Зависимость изменения средней массы имаго дрозофилы от возраста облученных личинок при различных дозах.

Максимальное увеличение массы имаго дрозофилы по сравнению с контролем отмечено при облучении личинок первого и третьего возрастов с максимумами эффекта в середине этих стадий (рис.2) Так, облучение личинок с дозой 2 Дж/м2 в возрасте

около 12 часов от вылупления из яйца (середина 1-го личиночного возраста) привело к увеличению массы самок на 11,3%. Аналогичный эффект отмечен и у самцов - их масса составила 118,8% к контролю. Масса имаго, полученных из личинок, облученных в возрасте около 72 часов (середина 3-го возраста) с дозой 2 Дж/м2 превысила контрольный уровень на 12,0% (самки) и на 30,2% (самцы) (рис.2). Использование доз порядка 103-104 Дж/м2 привело к стойкому снижению массы самок и самцов дрозофилы до уровня, не превышающего контроль (около 90-95%) при облучении их на всех исследованных стадиях развития (табл.5).

Склеритизированные части экзоскелета насекомых формируются в процессе их доимагинального развития и на взрослой стадии практически не изменяются. Это повышает надежность применения экстерьерных признаков в качестве критериев характеристики эффективности использованного воздействия.

Облучение пчелиных личинок с дозами порядка 10' Дж/м2 оказало неоднозначное воздействие на разные возрастные группы. При воздействии на 0-1 суточных личинок не отмечено изменений как длины и ширины переднего крыла и основного членика задней лапки, так и произведения данных промеров. Пропорции этих частей тела также не изменились (табл. 1). Облучение более старших личинок (2-2,5 сут.) с дозой того же порядка вызвало увеличение длины и ширины переднего крыла и их произведения на 0,7% (Р<0,05), 1,6% (Р<0,001) и 2,3% (Р<0,001), соответственно. У тех же особей отмечено увеличение линейных размеров базитарзуса, но статистически значимым оказалось лишь превышение контрольного уровня для их произведения (101,4% к контролю, Р<0,01) (табл.1). Длина и ширина переднего крыла и базитарзуса достоверно превысили контроль при облучении 1-2 суточных личинок пчел с дозой 2,4-Ю3 Дж/м2. Достоверное увеличение длины тергита отмечено при облучении всех трех возрастных групп пчелиных личинок с дозами порядка 102 Дж/м2. Увеличение же ширины тергита произошло лишь в случае экспонирования 2,5-3 суточных личинок (101,1% к контролю, Р<0,05). Соответственно, отмечено достоверное превышение над контрольными значениями и для произведений этих промеров (табл. 1).

Таблица 1. Зависимость изменения экстерьерных признаков пчел от возраста экспо-

Произведение ллины и ширины Индексы количество !

№ Стадия, Доза, Дж/м2 переднего 3-го базитар- тарзаль- кубиталь зацепок на 1

возраст, крыла тергита зуса ныи ныи заднем 1

сут. крыле |

1 1 яйцо 1,6-1(г 100,7 101,9** 100,7 99,7 101,7 97,7 I

2 1-1,5 1,7-103 103,0*** 101,5* 100,0 99,7 100,9 101,8

3 лич., 0-1 1,2-!0; 100,9 101,1 99,4 99,8 105,5 99,0 1

4 личинка 2,4-10' 101,9*** 101,4* 104,2*** 101,4 102,8 101,5 I

5 1-2 1,7-104 98,7*** 101,5** 102,2** 102,2 105,5 98,2 1

6 личинка 4,0 103,8*** 102,3* 99,4 97,6 90,7 101,5 I

7 2,5-3 8,6-102 102,3*** 101,9*** 101,4** 99,8 96,1 101,6

8 1,7-104 100.8 101,3 102,0* 99,0 101,6 104,0 1

Таким обратом, установлено сгадиеспецифичное воздействие ИК импульсного НЛИ на морфофизиологические призшжи взрослых особей А.теШ/ега и В.тг1апо^а51ег, Дальнейшее изучение особенностей воздействия 1 !ЛИ на различные стадии онтогенеза бьпо продолжено на уровне биохимических показателей синтетических и энергетических процессов

ВЛИЯНИЕ ИКНЛИ НА СОДЕРЖАНИЕ РНК И АКТИВНОС1Ь КАТАЛАЗЫ Усиление синтеза РНК под действием НЛИ, отмеченное в целом ряде работ, может быть и одним из первичных процессов в ряду событий, в конечном итоге приводящих к эффектам, наблюдаемым на уровне целостного организма. Для проверки данного предположения был произведен сравнительный анализ отмеченных выше изменений морфо-физиологических признаков и общего содержания РНК в организме облученных и необ-лученных особей дрозофилы. Согласно данным, приведенным в табл.2-4, облучение личинок дрозофилы отражается на общем содержании РНК в организме особей

Воздействие ИК НЛИ на личинок в середине третьего возраста с дозой 2 Дж/м2 вызвало увеличение содержания РНК в пересчете на одну особь до 115,2% к контролю ((9,16±0,37)103 мг в контроле и (10.50+0,53)-10° мг в опыте. Р<0,05), что согласуется с увеличением средней массы особей на 19%. В пересчете на массу имаго, как и следовало ожидать, не отмечено значимых изменений содержания РНК (96,7% к контролю) (табл.2). Таким образом, изменение средней массы имаго положительно коррелирует с изменением содержания РНК в теле особи. При увеличении дозы до 1,1-102 Дж/м2 содержание РНК в пересчете на массу и на одну особь оказалось близким к контрольному. Облучение личинок в начале третьего возраста не выявило статистически значимых отличий содержания РНК в теле имаго В то же время, можно говорить о сходной тенденции в изменении средней массы тела и содержания РНК (в пересчете на особь) (табл.3).

Таблица 2. Зависимость содержания РНК в теле самок дрозофилы, экспонированных в середине третьего личиночного возраста от дозы облучения им-

пульсным ИК лазером (890 нм, 6Вт/имп.).

№ Доза, РНК, %к РНК, % к Ср.масса,

Дж/м2 мг/г-10"3 контр. мг/особь-10"3 контр % к конт.

1 контр. 8,72+0,36 100 9,16±0,37 100 100

2 2,0 8,43±0,43 96,7 10,55+0,53 * 115,2 119,0

3 1,1-Ю2 8,56±0,08 98,2 9,25±0,09 101,0 102,9

Таблица 3. Зависимость содержания РНК в теле самок дрозофилы, экспонированных в, начале третьего личиночного возраста, от дозы облучения импульсным ИК лазером (890 нм, 6 Вт/ими.)._

№ Доза, Дж/м2 РНК, мг/г-10'3 %к контр РНК, м г/особь-10'3 %к контр. Ср масса, 1 % к конт.

1 конгр. 7.47±0,58 100 9,34±0,72 100 100

2 2,0 7,47+0,16 100,0 10,12±0,22 108,4 105,3

3 1,Ы02 8.02±0,45 107,4 Ю,58±0,52 110,1 103,2 |

Облучение личинок второго возраста не привело к изменению массы самок, содержание же РНК увеличилось, причем прирост оказался выше при дозе 5 Дж/м2, чем при 2 Дж/м2. Так как изменение массы тела было незначительным, относительные величины содержания РНК по отношению к массе и в пересчете на одну особь оказались близкими (112,5% и 109,6% - при дозе 2 Дж/м2, 128,8% и 126,5% - при дозе 5 Дж/м2, соответственно) (табл.4) У самцов при дозе 2 Дж/м2 изменения содержания РНК по отношению к массе не отмечено, а тенденция к повышению содержания РНК в пересчете на особь (106,5%) согласуется с некоторым увеличением средней массы тела (107,1%). Более высокая доза воздействия (5 Дж/м2) привела к сметному уменьшению количества РНК в теле самцов (75,9% и 76,3%), при отсутствии изменений массы мужских особей (табл.4)

Таблица 4. Зависимость содержания РНК в теле особей дрозофилы, экспонированных во втором личиночном возрасте, от лозы облучения импульсным ИК лазером (890 нм, 6 Вт/имп.).____

№ Доза, РН К, О' /о К РНК, %к Ср.масса,

Дж/м2 мг/г-10"3 контр. мг/особь 10"3 контр. % к конт.

с А М К и

1 контр. 5,28±0,34 100 7,05±0,53 100 100

2 2,0 5,94±0,23 112,5 7,72±0,36 109,5 97,7

3 5,0 6,79+0,36 * 128,6 8,92±0,42 ♦ 126,5 98,5

С А М Ц ы

4 контр. 5,68±0,25 100 5,57±0,18 100 100

5 2,0 5,65+0,28 99,5 5,93±0,18 106,5 107,1

6 5,0 4,31+0,22 ** 75,9 | 4,25±0,22 ** 76,3 101,1

Амплитуда относительных изменений активности каталазы ректальных желез пчел значительно превышала таковую для всех других изученных признаков (табл.5). Так, при облучении 1-1,5 суточных яиц с дозой 1,6-102 Дж/м2 активность фермента возросла на 23,6% (Р<0,01). Увеличение активности каталазы ректальных желез имаго, в широком дозовом диапазоне, отмечено также при облучении личинок в возрасте от вылупления из яйца: 1-2; 2,5-3; 5-6 сут. Максимальная относительная величина био-стимулирующего эффекта составила 119,1,144,3 и 158,6%, соответственно.

Таблица 5 Изменение активности каталазы ректальных желез имаго пчел в зависимости от дозы облучения ннзкоинтенсивным импульсным ИК лазером (890 нм, 8

Вт/имп.) и стадии развития экспонированных особей.

Стадия Доза, Активность каталазы, %к

№ Возраст, Дж/м2 мл СУЮ пчел контролю

сут. контроль опыт

1 яйцо 1,6-102 5,5+0,32 6,8±0,48 * 123,6

2 1-1,5 1,7-103 8,2+0,35 6,0+0,13 * 73,2

3 личинка 1,4-103 11,5±0,23 11,2±0,55 97,7

4 1-2 1,7-104 11,5±0,23 13,7±0,55 ** 119,1

5 личинка 4,0 5,1+0,64 6,3+0,88 124,6

6 2,5-3 1,7-104 5,1 ±0,64 7,3±0,92 * 144,3

7 лич. 3-4 1,7-103 7,9±0,22 6,8+0,15 ** 86,1

8 личинка 0.8 5,8+0,36 9,2±0,42 *** 158,6

9 5-6 7,0 5,8+0,36 8,1 ±0,69 * 140,2

10 1,1-102 5,8±0,36 6,6±0,58 113,8

В двух исследованных возрастных группах при одной и той же дозе воздействия (1,7-103 Дж/'м2) отмечено достоверное снижение активности каталазы. Активность фермента в случае облучения 1-1,5 суточных яиц составила 73,2% к контролю (Р<0,05), а при облучении 3-4 суточных личинок - 86,1% к контролю (Р<0,01) (табл.5)

Феномен сохранения и реализации эффекта воздействия ИЛИ на стадии имаго, видимо, следует рассматривать на уровне тех структур, которые осуществляют преемственность доимагикальных и имагинальных стадий онтогенеза.

Увеличение размеров внешних частей тела пчел разных пород положительно коррелирует с изменением размеров и объема ядер клеток и содержанием в них ДНК у личинок (Стекольщиков, 1970, 1974). При облучении ИК НЛИ личинок медоносной пчелы с дозой 4 Дж/м2 отмечено увеличение средней массы и размеров тела имаго. Причем, максимальным прирост массы тела к контролю (на 37,7 %) обнаружен при облучении личинок определенного возраста (2,5-3-суточных). Наиболее интенсивный рост пчелиных личинок наблюдается в возрасте 2,5-3 суток. Именно в этом возрасте происходят значительные изменения в развитии личинок, определяющие тип их дальнейшего развития (Таранов, 1968). Диплоидные женские личинки пчел до двухсуточного возраста способны далее развиваться как в рабочих бесплодных особей, так и в плодовитых самок (маток). После достижения пчелиной личинкой возраста 3 суток становится невозможной переориентация ее развития в плодовитую особь (Jay, 1962; Лебедев, Билаш, 1991). Можно предположить, что НЛИ оказывает влияние на запуск определенных процессов, отвечающих за формирование имагинальных структур в организме.

В наших опытах воздействие НЛИ на ранних доимагинальных стадиях развития насекомых проявляется в изменении морфологических и биохимических признаков взрослых особей. Одним из наиболее приемлемых объяснений подобного феномена (с учетом полученных данных по концентрации РНК) представляется стимуляция матричной активности ДНК. Учитывая наличие долгоживущих молекул РНК (Биохимическая генетика дрозофилы, 1981), можно предположить, что изменения в активности их синтеза, в конечном итоге, и определяют биоэффекты ЭМИ. Таким образом, лазерное излучение низкой интенсивности можно рассматривать в качестве индуктора тех или иных генетически детерминированных процессов, оказывающего влияние на естественные процессы саморегуляции в организме.

ЗАВИСИМОСТЬ БИОЭФФЕКТИВНОСТИ ИК НЛИ от дозы

Характер влияния ИК НЛИ на величину морфофизиологических признаков объектов исследования в значительной мере определяется величиной дозы подводимой энергии. Так, при облучении 1-1,5 суточных пчелиных яиц с дозой 1,6-102 Дж/м2 средняя масса имаго возросла со 113,3±1,0 мг в контроле до 117,5±1,1 мг в опыте (Р<0,01), а увеличение дозы на порядок (1,7-103 Дж/м2) привело к достоверному снижению величины изучаемого признака со 127,0±0,8мг в контроле до 121,6±1,6 мг в опыте (Р<0,01). Дозы облучения 1-1,5 суточных яиц. 0,8; 7; 1,1-Ю2 Дж/м2,- не вызвали статистически значимых изменений массы тела имаго, также как и облучение 2-2,5 суточных яиц с дозой 1,7-103 Дж/м2 (табл.6).

Исследование эксгерьерных признаков пчел, при тех же вариантах облучения, выявило, что форма дозовой зависимости аналогична установленной для .массы тела. I to значения доз, вызвавших сходные эффекты для разных признаков отличны. Например, доза облучения 1,6-102 Дж/м2 1-1,5 суточных яиц, вызвавшая увеличение средней массы пчел (табл.6), не привела к значимым изменениям мерных признаков. Отмечено лишь увеличение произведения длины и ширины 3-го тергита. Увеличение дозы на порядок (1,7103 Дж/м2), приведшее к снижению массы, дало противоположный эффект по отношению к размерам крыла и тергита: длина, ширина переднего крыла и их произведение, а также длина и ширина третьего тергита, - достоверно превышают контрольные значения (табл. 1).

Таблица 6. Зависимость изменения средней массы имаго пчел от стадии развития экспонированных особей и дозы облучения импульсным низкоинтенсивным ИК лазером (890 им, 8 Вт/имп)._____

Стадия Доза, Ср.масса имаго, мг % к

№ Возраст, Дж/м2 М ± 171 контролю

сут контроль опыт

1 яйцо 0,8 98,1±1,6 97,711,5 99,7

2 1-1,5 7,0 98,1±1,6 99,6+1,4 101,6

3 1,1-Ю2 98,1+1,6 100,811,9 102,3

4 1,6-102 113,3±1,0 117,511,0 ** 103,7

5 1,7-103 127,0±0,8 121,611,6 ** 95,7

6 яйцо,2-2,5 1,7-103 109,0±2,4 110,112,0 101,6

7 лич.,0-1 1,2-1 О2 90,4+3,4 89,313,3 98,8

8 личинка 0,8 99,7±1,2 99,111,6 99,4

9 1-2 7,0 99,7+1,2 98,311,8 98,6

10 1,1-Ю2 99,7± 1,2 101,411,2 101,7

11 2,4-103 86,8+1,2 94,011,7 **♦ 108,3

12 1,7-104 87,4±1,1 86,6+1,5 99,1

13 личинка 0,8 98,7± 1,3 102,411,5 103,7

14 2-2,5 7,0 98,7±1,3 103,311,6 * 104,6

15 1,1-Ю2 98,7± 1,3 103,811,6 * 105,2

16 8,4-103 105,1±1,9 86,1 + 1,9 *** 81,9

17 личинка 4,0 81,5±2,1 112,218,2 * 137,7

18 2,5-3 8,6-102 82,4± 1,3 101,611,8 *** 123,3

19 1,7-104 81,5+2,1 96,817,8 * 118,8

20 личинка 1,7-103 90,0± 1,7 92,712,5 103,0

21 3-4 8,4-103 81,1±3,1 81,714,5 100,7

22 личинка 0,8 101,4±1,7 94,811,7 93,5

23 4-5 7,0 101,411,7 91,511,8 *♦* 90,2

24 1,1-Ю2 101,411,7 91,812,6 *** 90,5

25 1,7-Ю3 79,712,1 71,513,0 * 89,7

26 личинка 0,8 117,612,4 123,711,9 105,2

27 5-6 7,0 117,612,4 114,511,9 97,4

28 1,1-Ю2 117,612,4 1 15,112,3 97,9

Для более детального изучения зависимости величины и направленности биоэффектов от дозы ИК НЛИ были использованы две возрастные группы 0.те1апо%а$1ег середина первого и третьего личиночного возрастов. Именно при облучении на этих стадиях были получены описанные выше наибольшие изменения массы имаго (рис.2).

Минимальные использованные дозы воздействия (0,4 Дж/м* и менее) не дали значимых изменений средней массы тела при облучении личинок как в начале, так и в середине третьего возраста (табл.7 и 8). Постепенный рост доз подводимой энергии вызвал последовательную смену типа и величины наблюдаемых эффектов. Сначала отмечалось увеличение изучаемого признака до некоторого максимального значения, затем - плавное снижение до уровня контроля и ниже.

Таблица 7. Зависимость изменения средней массы гела имаго дрозофилы от дозы облучения импульсным лазером (890 нм, 6 Вт/ими.) личинок в середине первого возраста

№ Доза, самки % к самцы % к

Дж/м~ контроль опыт коптр. контроль опыт контр.

1 0,4 1,03± 0,102 1,10+ 0,042 106,8 0,80± 0,084 0,84± 0,034 105,0

2 1,0 1,05+ 0,061 1,25± 0,084 119,0 0,74+ 0,072 0,97± 0,060 * 131,1

3 2,0 1,41± 0,026 1,57+ 0,068 * 111,3 0,96± 0,014 1,14± 0,010 *** 118,8

4 7,0 1,05+ 0,061 1,24+0,056 * 118,1 0,74± 0,072 0,91+0,007 * 123,0

5 2,7-102 1,05+ 0,061 1,17± 0,073 111,4 0,74± 0,072 0,84± 0,012 113,5

6 2,2-10' 0,98± 0,094 0,86± 0,033 87,8 0,73+0,057 0,68± 0,021 93,2

7 1,И04 0,98± 0,094 0,84+ 0,080 85,7 0,73± 0,057 0,62+ 0,052 84,9

8 3,4-104 0,98± 0,094 0,83± 0,147 84,7 0,73± 0.057 0,65± 0,093 89,0

Таблица 8. Зависимость изменения средней массы тела имаго дрозофилы от дозы облучения импульсным лазером (890 нм, 6 Вт/имп.) личинок в середине третьего возраста.

№ Доза, самки % к самцы % к

Дж/м* контроль опыт контр. контроль ОПЫТ контр.

1 0,1 1,33±0,016 1,33±0,010 100,0 0,94+0,041 0,96±0,010 102,1

2 0,2 1,33+0.016 1,31±0,014 98,5 0,94+0,041 0,98±0,017 104.3

3 0,4 1,33+0,016 1,41±0,025 106,0 0,94 ±0,041 0,99±0,017 105,3

4 2,0 1,33+0,037 1,49+0,016 * 112,0 0,96±0,034 1,25±0,122 * 130,2

5 1,1-ю1 1,33+0,037 1,40±0,040 105,3 0,96±0,034 1,12±0,082 116,6

6 8,МО2 1,33±0,037 1,32+0,155 99,2 0,96+0,034 1,04±0,148 108,3

7 2,2-10' 1,21+0,049 1,15±0,012 95,0 0,88+0,037 0,83±0,014 94,3

8 1,Н04 1,21+0,049 1,12+0,025 92,6 0,88±0,037 0,82±0,011 93,2

9 3,4-104 1,21 ±0.049 1,04+0,063 86,7 0,88±0,037 0,77±0,029 87,5

Таким образом, форма дозовой зависимости, установленная на уровне морфофизиоло-гических и биохимических признаков, указывает на зависимость изменений активности различных функциональных систем организма от количества подводимой энергии. Анализ полученных экспериментальных и литературных данных позволяет сделать вывод о существовании определенной формы дозовой зависимости величины и направленности

биологического эффекта того или иного электромагнитного воздействия (рис.3)

Приведенную на рис.3 дозовую кривую можно разделить на несколько последовательных элементов, соответствующих определенным интервалам значений доз подводимой энергии:

О (дом)

Рис.3. Зависимость изменения величины биоэффекта (значения признака) от дозы ЭМИ (схема пояснения в тексте)

• d0- интервал минимальных значений дозы, соответствующий отрезку OA, не вызывающих заметных изменений изучаемого признака - нулевой эффект (Е0);

• d, - интервал доз, в котором происходит нарастание величины эффекта биостимуляции (восходящая ветвь дозовой кривой);

• d2 - в этом дозовом интервале участок кривой можно считать параллельным оси абсцисс, при четко выраженном максимуме длина этого отрезка уменьшается до своего предельного значения - точки S (с координатами Ds и Е,,ач);

• d3 - интервал доз, соответствующий снижению величины эффекта до контрольного уровня (точка C(Dc;E„)- место пересечения дозовой кривой оси абсцисс),

• d4 - плавное продолжение снижения величины эффекта ниже контрольного уровня -от точки C(Dc; Е0) до P(Dp, ЕПШ1),

• d5 - выход значения исследуемого признака на определенный стационарный уровень (плато), начиная от точки Р с координатами Dp и Е^, где увеличение дозы не приводит к дополнительному изменению величины эффекта воздействия.

Рис 3 Зависимость изменения величины биоэффекта (значения признака) от дозы ЭМИ.

Значения D„ на оси абсцисс соответствуют пороговым величинам доз, при которых происходит изменение типа (направленности) биоэффекта, что на рис.3 соответствует изменению направления хода дозовой кривой или ее пересечению с осью абсцисс в точках: A (absence), S (stimulation), С (control), Р (plateau).

Биологические эффекты, попадающие на различные участки дозовой кривой представлены в большом количестве работ. При общем сходстве формы дозовой кривой абсолютные величины биозффективных доз значительно варьируют в зависимости от специфических особенностей биологического объекта и характеристик излучения. Установленные нами дозовые зависимости изменения некоторых признаков имаго A. meUifera и D. melanogaster, облученных на различных доимаги-нальных стадиях также можно отнести к определенным участкам дозовой кривой, схематически представленной на рис.3.

При облучении 1 -1,5-суточных яиц, 1-2 и 2-2,5-суточных личинок пчел рост дозы облучения от 0,8 до 1,1-102 - 2,4-102 Дж/м2 сопровождается увеличением массы имаго (табл.1), что соответствует восходящей ветви дозовой кривой (отрезок di по рис.3). Повышение дозы до 1,7-103 - 1,7-104 Дж/м2 вызвало снижение массы имаго ниже контрольного уровня (отрезок- сЦ). В случае облучения 2,5-3-суточных личинок последовательное снижение прироста массы пчел (137,7%; 123,3%; 118,8%) отмечено при росте дозы в ряду: 4; 8,6 Ю2, 1,7- 1Q4 Дж'м2, - что соответствует отрезку d3 (рнс.З), то есть участку нисходящей ветви дозовой кривой от максимального значения признака до контроля.

В зависимости от специфики изучаемого признака и режима облучения те или иные дозовые интервалы могут принимать предельные значения. Так, с ростом дозы облучения 4-5-суточных личинок (0,8, 7; 1,1-102; 1,7-103 Дж/м2) отмечено близкое по величине относительное снижение массы рабочих пчел (93,5%; 90,2%, 90,5%, 89,7% к контролю, соответственно), что позволяет отнести данный дозовый интервал к стационарному участку d5. Подобный же эффект можно отметить и в случае облучения 5-6-суточных личинок, когда рост лозы на два порядка не приводит к значимым изменениям массы имаго, остающейся на близком к контролю уровне (табл.1) В рассмотренном случае дозовые интервалы, соответствующие отсутствию эффекта или стимуляции могут проявиться при

более низких значениях энергии или отсутствовать (то есть длина лозовых интервалов с! (]2, сЬ и с14 стремится к нулю)

Аналогичная форма дозовой зависимости отмечена и при облучении личинок дроз< филы. Увеличение средней массы самцов и самок, облученных в середине первого третьего личиночного возраста, отмечено, начиная с дозы 0,4 Дж/м* (рис.4), что соотве" ствует точке А(0,;Ео) перехода горизонтальной в восходящую ветвь кривой на рис.! Максимальный эффект получен в дозовом интервале 1-2 Дж/м2 (отрезок дапее ш блюдается снижение прироста массы при дозах порядка 102 (dз;d4), а достижение дозе вых величин порядка Ш'МО4 Дж/м2 приводит к переходу дозовой кривой на плат (отрезок d5).

Рис.4. Дозовая зависимость изменения средней массы имаго О. те1апо£ах1ег, облученных в середине 1-го личиночного возраста, импульсным ИК НЛИ (890 нм, 6 Вт/имп).

Рис.5. Дозовая зависимость изменения средней массы имаго £>. теЬпо^аыег, облученных в середине 3-го личиночного возраста импульсным ИК НЛИ (890 нм, 6 Вт/имп) При сходстве обшей формы дозовой зависимости дозовые пороги наступления тех ил! иных биоэффектов для разных признаков отличаются. Так, изменение линейных разме

ров переднего крыла и фетьего тергнта пчел, экспонированных на стадии 2,5-3-сугочных личинок, в основном положительно коррелирует с изменением массы С ростом дозы в ряду 4; 8,6-1О2; 1,7-104 Дж/м2 наблюдается снижение относительного прироста массы тела (табл.6), которому соответствует снижение прироста размеров крыльев и 3-го тергита (табл.1). Изменение же размеров базитарзуса происходит в обратном направлении, произведение его длины и ширины достигает максимального достоверного прироста (к контролю) при дозе 1,7-10" Дж/м2 (рис.6). ________

базитарэус й

Рис.6. Дозовая зависимость изменения экстеръерных признаков (произведения промеров

склеритизированных частей тела) имаго пчел, облученных на стадии 2,5-3 сут. личинок

ИК ИЛИ (890 нм, 8 Вт/имп.).

Полученные данные указывают на существование специфических дозовых порогов изменения направления хода дозовой кривой для каждого отдельного признака. Иными словами, величины пороговых доз, соответствующе точкам А, Б, С, Р на рис.3 специфичны для каждого признака и зависят от функционального состояния организма во время облучения.

Увеличение дозы подводимой энергии различным образом сказалось на содержании РНК в теле экспонированных особей дрозофилы. Так, при возрастании дозы от 2 до 1,МО2 Дж/м2 содержание РНК относительно контроля снизилось со 115,2 до 101,0% при облучении личинок в середине третьего возраста и осталось на близком уровне - 108,4 и 110,1 %, соответственно, при облучении в начале третьего возраста (табл.2 и 3).

При экспонировании личинок второго возраста на лозовую зависимость наложились половые отличия Возрастание дозы в 2,5 раза (с 2 до 5 Дж/м2) в значительной степени отразилось на содержании РНК как в пересчете на одну особь, так и на единицу живой массы тела. Причем, у самок отмечено достоверное увеличение количества РНК, а самцов - содержание РНК снизилось до 75-76-процентного уровня по отношению к контролю (табл.4).

При анализе суммарной РНК, выделенной из целых личинок С.те/сшо^си/ег, обнаружено два четких максимума ее синтеза: первый, наиболее высокий пик включения ури-дина в РНК наблюдается у личинок через 12 часов после вылупления, второй - в середине третьего личиночного возраста. Содержание РНК (в пересчете на ДНК или белок) сохраняется постоянным с конца последнего личиночного возраста до стадии имаго (Биохимическая генетика дрозофилы, 1981) В наших опытах максимальный эффект об-

наружен при воздействии ИЛИ на личинок в первые сутки их развития и в середине I следнего возраста. Таким образом, максимумы в синтезе РНК у личинок и ивдуциров; ного НЛИ увели-чения массы имаго совпадают. Это позволяет предположить, что : фект изменения массы имаго, полученных из облученных личинок связан со стимула!, ей синтеза РНК.

Максимальное увеличение массы и содержания РНК в случае облучения личин01 середине третьего возраста отмечено при дозе 2 Дж/м2 (112,0% и 115,2% соответствен! (табл.2). Направленность изменения типа биоэффекта, по мере увеличения энергии в( действия, обнаруживает сходные черты для обоих признаков. Так, увеличение дозы 1,1-10* Дж/м2 привело к снижению массы и содержания РНК до значений, близких к кс трольным (102,9% и 101,1% соответственно).

Сказанному выше несколько противоречат, на первый взгляд, данные, полученн! при облучении личинок второго и начала третьего возраста О. те1апо2Шег (табл.4 и . При облучении личинок второго возраста не отмечено прироста массы тела взросл! особей. Содержание же РНК в организме самок увеличилось на 9-12% к контролю п; дозе 2 Дж/м2 и на 26-28% при - 5 Дж/м2 (табл.4). На фоне отсутствия изменений маа особей, облученных в начале третьего личиночного возраста, можно отметить тенде цию к увеличению содержания РНК. Обнаруженное повышение общего количества РЬ указывает на стимуляцию, посредством воздействия НЛИ, транскрипции генетическ] структур, не связанных с процессами увеличения массы тела имаго. К аналогичному В1 воду приводит анализ результатов, полученных на пчелах (табл. 1, 5, 6). Например, обл ченне пчелиных личинок в возрасте 5-6 суток не привело к изменению массы имаго, I активность каталазы ректальных желез пчел при этом увеличилась уже при дозе О Дж/м2 (158,6%к контролю, Р<0,001) (табл.5 и 6). Не совпадают и значения пороговых д изменения направленности биоэффекта для промеров размеров внешних частей те] пчел (табл.1).

При воздействии НЛИ на процесс доимагинального развития наибольшую относ) тельную величину отклика дает более вариабильный признак - масса те; (максимальные зафиксированные отклонения от контроля от минус 12,1% до плк 37,7%). Отклонения же более «консервативных» признаков от контроля (линейнь размеры склеритизированных частей тела) не превышали ±2,5-3%. Именно с меньше изменчивостью жестких хитиновых образований, составляющих покровы тела нао комого, связано использование их размеров для характеристики породной прина) лежности пчел в селекционной работе (Билаш, Кривцов,1991). В то же время, несмо-ря на малую величину полученных изменений, отличия средних значений признаке опытных выборок от контрольных являются статистически достоверными, что с вяз; но с их малыми коэффициентами вариации.

Сезонная изменчивость активности каталазы ректальных желез пчел еще более вь ражена, чем у рассмотренных выше признаков. Активность каталазы у зимней ген< рации пчел может превышать таковую у летней в 2 и более раз (ЖеребкиI 1974; 1977). Этим можно объяснить отмеченные в наших опытах отличия контрол! пых значений этой величины в различных вариантах опытов. При воздействии И1 НЛИ на личинок пчел максимальные относительные изменения обнаружены именн для активности каталазы, зависящие от параметров воздействия и возраста экспони рованных личинок. Пределы относительных отклонений составили от минус 26,8 д плюс 58,6% (табл.3).

Наиболее стабильными признаками, характеризующими породу пчел, являются тарзальный и кубитальнын индексы, а также количество зацепок на заднем крыле (Gubicza, 1982) Все использованные варианты облучения не привели к статистически достоверным изменениям по сравнению с контролем этих показателей экстерьера (табл.21

Видимо, признаки, подверженные наибольшей видовой, внугрипородной и индивидуальной изменчивости, в большей степени отклоняются от контрольных значений (в пределах нормы реакции) в ответ на подведенное экзогенное электромагнитное воздействие. На возможность рассмотрения ИЛИ как экологического фактора при изучении процессов, происходящих на популяиионно-видовом уровне, указывается в (Эндебера, 1996). Согласно нашим данным, низкоинтенсивное лазерное излучение вызывает изменение формирующихся в онтогенезе признаков. Причем, максимальный размах этих изменений не выходит за пределы их естественной модификацион-ной изменчивости. Таким образом, НЛИ можно рассматривать в качестве экологического фактора, воздействующего на индивидуальное развитие организма.

ОЦЕНКА ЗАВИСИМОСТИ БИОЭФФЕКТИВИОСТИ ПК НЛИ ОТ ЕГО ИНТЕНСИВНОСТИ И ДЛИНЫ ВОЛНЫ Из многочисленных литературных данных следует, что характер отклика биосистемы на воздействие в значительной мере зависит от таких параметров как интенсивность и длина волны излучения

При использовании мощности излучения в импульсе 1 Втдозовая зависимость изменения массы тела самок и самцов дрозофилы, облученных в середине третьего личиночного возраста обнаруживает некоторые отличия от таковой, полученной при мощности в импульсе 6 Вт. Так, лоза облучения 2 Дж/м2 не привела к появлению достоверных отличий средней массы экспонированных самцов и самок от контроля. Тогда как в предыдущих опытах при большей импульсной мощности именно эта доза дала наибольший стимулирующий эффект. Максимальное увеличение массы тела самок (на 21,2%), облученных в конце третьего личиночного возраста отмечено при дозе 9 Дж/м2 (1,04±0,008 мг в контроле, 1,26±0,018 мг в опыте, Р<0,01). При смежных значениях дозы (4,5 и 33 Дж/м2) эффект менее выражен (108,2% и 112,2% к контролю, соответственно).

Изменение импульсной мошности в ряду 2-3-4 Вт/имп. (при неизменной дозе - 2 Дж/м2) оказывает влияние на величину биоэффекта. Максимальное достоверное увеличение массы самок на 14,9% и самцов - на 11,9% (Р<0,05) отмечено при мощности 3 Вт в случае облучения 70-ти часовых личинок. При смежных мощностях излучения эффект менее выражен. Результаты облучения более старших личинок (80- и 90-часовмх) обнаруживают сходную тенденцию, но величина прироста массы снижается

Доза импульсного ИК НЛИ (890 им, мощность 6 Вт/имп.), вызывающая максимальный прирост массы особей (1-2 Дж/см2) оказалась на три порядка меньшей, чем доза непрерывного лазерного света (850 нм, МО'3 Вт), вызывающая сходный эффект (1,2-103 Дж/смг) (табл.9). При облучении личинок в середине третьего возраста непрерывным ИК лазером с дозой 1,2 103 Дж/м2 отмечено увеличение массы самок на 27,2% и самцов на 22,5%. По мере увеличения среднего возраста облученных личинок (80 часов, 90 часов) величина эффекта снижается (табл.10). В то время как при дозе импульсного лазерного света 1,МО2 Дж/м2 и выше масса самок и самцов дрозофилы не превышала контрольный уровень (табл.8) Смежные дозы непрерывного ИК света (64; 1,3-10", 2,6-102; 5,2-102 и 3,2- К)3,6,4-103 Дж/м2) не привели к достоверным отклонениям массы имаго, облученных

в середине 3-го личиночного возраста (табл.9).

Таблица 9. Зависимость изменения средней массы имаго дрозофилы от дозы облуче-

№ Доза, Масса имаго, мг % к Масса имаго, мг % к

Дж/м2 контроль оп ыт контр контроль опыт контр.

САМКИ САМЦЫ

1 64,0 1,44 ±0,02 7 1,41±0,042 97,9 0,85±0,005 0,84+0,008 98,8

2 1,3-102 1,44±0,027 1,44±0,020 100,0 0,85±0,005 0,84+0,022 98,8

3 2,6-102 1,44+0,027 1,37±0,0)8 95,1 0,85±0,005 0,87±0,018 102,4

4 5,2-102 1,44±0,027 1,43±0,029 99,3 0,85±0,005 0,88±0,022 103,5

5 1,2-105 1,03±0,102 1,31+0,029* 127,2 0,80±0,084 0,98±0,012* 122,5

6 3,2-10' 1.37+0,041 1,48±0,016 108,0 0,86±0,020 0,90±0,014 104,7

7 6,4-101 1,37±0,041 1,49±0,016 108,8 0,86±0,020 0,89±0,025 103,5

Таблица 10. Зависимость изменения массы тела имаго О. те/апо^а.нег, от возраста ли-

№ Возр. час. Масса имаго, мг % к контр. Масса имаго, мг % к контр.

контроль опыт контроль опыт

1 САМКИ САМЦЫ

1 90 1,09±0,040 1 1,18±0,033 108,3 0,83±0,013 0,86+0,023 103,6

2 80 1,05±0,066 1 1,19±0,018 113,3 0,76±0,028 0,88±0,064 116,6

13 70 1,03+0,102 | 1,31+0,029* 127,2 0,80+0,084 0,98±0,012* 122,5

Таким образом, уменьшение интенсивности излучения на три порядка привело к рост дозы, вызывающей максимальное увеличение массы имаго, (Э5 по рис.3) также на тр; порядка. Необходимо отметить, что характер дозовой зависимости не изменился пр! уменьшении интенсивности излучения. Отличия наблюдались лишь в величине пороге вых доз, соответствующих изменению направления хода дозовой кривой.

Анализ литературных и собственных данных позволяет сделать вывод, что с ростои интенсивности НЛИ происходит смещение всех участков дозовой кривой (по схеме н; рис.3). Иными словами, при интенсивности Ь, большей интенсивности I] последователь ное проявление всех типов биоэффектов происходит при меньших дозах, а длина отрез ков с1х уменьшается (рис?)

При лазерной терапии воспалительных заболеваний и травматических повреждение установлено, что увеличение плотности мощности излучения Аз-ва лазера свыше 8( мВт/см2 нецелесообразно, так как эффективность лечебной процедуры от этого не повы шается (Полонский,¡994), Это согласуется с приведенными выше рассуждениями, есл» предположить что увеличение ПМ выше 80 мВт/см2 приводит к уменьшению длины до зовых интервалов с10 - сЬ (рис7) до нулевого предела.

В диапазоне излучений от ультрафиолета до сантиметровых волн обнаружены всс ти пы биологического отклика на электромагнитное воздействие. Причем, изменение дли ны волны, а следовательно и энергии одного кванта, также может оказывать влияние нг характер отклика биосистсмы. Достаточно четко прослеживается увеличение дозовогс порога наступления различных типов отклика по мерс роста длины волны ихтучения дл* каждого конкретного признака (при близких значениях интенсивности)

Так, значительное повышение тиолдисульфидного коэффициента и активности антиокислительной системы крови вызвали дозы непрерывного излучения: 530 им - 6-Ю4 Дж/см\ 632,8 нм - 8,4-10"2 Дж/см2 и 1060 нм - 4,3 Дж/см2 (Гончарова и др..1994). Облу-

чение семенника кроликов красным и ближним ИК-свегом вызвало увеличение концентрации половых гормонов, усиление волны сперматогенеза. Та же лоза более коротковолнового света (440 нм) привела к угнетению секреции половых гормонов и полному угнетению сперматогенеза (Мурзин и др.,1989). Таким образом, одно и то же значение дозы попадает в интервал (¡¡(или сКХрис.З) в случае использования красного и ИК-света или в интервал с14(или с!<.) - для синего света. Из анализа спектральных отличий хода до-зовой кривой можно сделать вывод, что при уменьшении длины волны (увеличении энергии одного фотона) происходит снижение значений биоэффективных лоз, вызывающих те или иные эффекты (рис.?).

Ы*.2)

I, < I: => )> 0,(12); «1.(1))> алы

XI > А.2 => Ож(А.,)> 0,(А.3); ,(1)> <1 ж(А.,)

Рис.?. Зависимость изменения величины пороговых доз от интенсивности или длины волны излучения (пояснения в тексте, обозначения - см рис.3).

В наших опытах облучение яиц и личинок пчелы и дрозофилы ИК лазерным светом (890 нм) в интервале доз от 1 до 1000 Дж/м2 не оказало заметного влияния на выживаемость особей. При использовании же ультрафиолетового света с близкими значениями доз обнаружены эффекты, выходящие за пределы нормы. 50% табель к окончанию постэмбриогенеза вызвало УФ-облучение яиц пчел с экспозицией 43,6-10 лкс (Еськов,1991) (что примерно соответствует дозе облучения 64 Дж/м2). Аналогичные эффекты в случае облучения личинок дачо 10-ти кратное увеличение экспозиции (-640 Дж/м2). Облучение 30-часовых личинок £>. me!anogas/er дикого типа УФ-светом (интенсивность 5,0 Дж/м2 с) в дозах 25-100 Дж/м2 вызвало гибель от 5% до 89% мух. Заметный летальный эффект в случае облучения 96-часовых личинок проявился при дозе 250 Дж/м2, вызвавшей гибель 51% мух (Лучкина и др ,1982).

Таким образом, как увеличение энергии одного фотона, так и увеличение количества энергии в единицу времени вызывают сходные изменения в характере отклика биосистемы. Пороговые значения экспозиционных доз, вызывающих эффекты определенного типа, в этом случае должны снижаться, что и наблюдается в экспериментах.

При всем многообразии обнаруженных биоэффектов, вызываемых электромагнитными воздействиями с различными спектральными и энергетическими характеристиками можно выявить некоторые общие черты взаимодействия электромагнитных излучений с биологическими системами.

Характер отклика биосистемы на электромагнитное воздействие определяется следующими его параметрами: длиной волны излучения (л), интенсивностью излучения (I), дозой воздействующей энергии (О). Так как многими авторами отмечается несущественность ко!еренгности и поляризации излучения, наблюдаемый биоэффект (Е) можно рассматривать как функцию трех параметров

К = »•(*., I, О).

Многочисленные факты сходного характера получаемых эффектов позволяют говорить об однонаправленности воздействия на биосистемы излучений широкого спектра При фиксированных значениях двух параметров приведенного уравнения обнаруживается значительное сходство формы зависимости характера и величины биоэффекта от третьего параметра.

Чувствительность биологической системы к электромагнитному воздействию в значительной степени зависит от ее функционального состояния. Амплитуда изменений признаков, вызываемых электромагнитными воздействиями низкой интенсивности в определенном дозовом диапазоне, не выходит за пределы нормы реакции индивидуальной изменчивости организма.

На основании многочисленных фактов можно сделать вывод, что между самыми различными организмами нег глубоких отличий в степени чувствительности к сходным электромагнитным воздействиям. Например, активация ферментативных процессов, увеличение скорости синтеза ДНК и РНК установлены для организмов, находящихся на любых ступенях эволюционной лестницы (от бактерий до млекопитающих).

При анализе различных биоэффектов, вызываемых ЭМИ, в частности НЛИ, обращает на себя внимание факт, что отклик системы на воздействие можно зарегистрировать как непосредственно сразу после него, так и через достаточно длительные промежутки времени (отдаленные последствия). Объяснить подобный феномен на уровне лишь предлагаемых механизмов специфического действия ЭМИ не представляется возможным, так как структуры, подвергнутые воздействию, многократно сменяются в процессе жизнедеятельности. К тому же энергия воздействия слишком мала по сравнению с энергетическими потоками, постоянно циркулирующими в организме. Установленная генерализация эффекта при местном облучении также не укладывается в предсташтения о специфическом характере биологического отклика на экзогенное облучение.

Обращает на себя внимание малая величина биоэффективных доз (особенно стимулирующих). Энергетический выход электромагнитного воздействия в большинстве случаев несравненно выше, чем суммарная воздействующая энергия. Что позволяет говорить об информационном характере наблюдаемых эффектов воздействия ЭМИ на биосистемы.

Согласно (Кипшидзе и др., 1993), различные версии механизмов биоэффективности НЛИ, несмотря на различия, не противоречат, а скорее дополняют друг друга, формируя определенные контуры реального механизма действия. По нашему мнению, основу механизма взаимодействия электромагнитного излучения с биосубстратом следует искать в единых присущих всему живому чертах организации. Все накопленные данные указывают на существование единых фундаментальных принципов, объединяющих разнообразные прояаления, промодулированные частными специфическими особенностями.

В предлагаемой модели (Кузьмичев и др., 1994, 1996а,Ь) механизм реализации воздействия излучения на биологические системы наблюдаемые эффекты связываются с нелинейным поглощением квантов свста. Нелинейный механизм поглощения ихтучений биомолекулами согласуется со спекфальной неспецифичностью биологических эффектов. Причем, стимуляция наиболее специфичных для того или иного объекта процессов может быть объяснена наличием у участвующих в этих процессах молекул некоторого избыточного запаса энергии, благодаря чему они уже могут находиться в области колебательного квази континуума В этом случае вероятность поглошения фотона уже не зависит от длины волны излучения, а определяется интенсивностью излучения и потоком

энергии. Достижение молекулой области КК возможно также за счет возбуждения обер-тонных переходов и составных частот различных химических связей в биомолекулак.

Происходящее при этом увеличение внутренней энергии, размаха колебательных и вращательных движений биомолекул может привести к изменениям их структуры. Накопление в системе молекул в более активном конформационном состоянии приводит к модификации кинетики и энергетики специфических для облучаемого объекта метаболических процессов, что выражается в последующем эффекте биостимуляции. Ингибирование тех же самых процессов при увеличении дозы возможно связано с нарушением структурной организации участвующих в них молекул, а также с перевозбуждением окружающих их молекулярных структур.

ВЫВОДЫ

1. Низкоинтенсивное лазерное излучение инфракрасной области спектра при дозах порядка от 1 до 104 Дж/м2 оказывает воздействие на значения изученных имагиналь-ных признаков организма, тотально облученного на доимагиначьных стадиях развития.

2. Величина и направленность наблюдаемых эффектов в значительной степени определяется стадией развития, на которой производилось воздействие. Набор признаков, для которых отмечены максимальные отклонения от контрольных значений, специфичен для каждой возрастной стадии.

3. Наибольшие изменения обнаружены: для массы тела имаго - при облучении 2,5-3-суточных личинок А. теШ/ега, 0,5- и 3-суточных личинок Э. melanogaster; для экс-терьерных признаков пчел: размеры переднего крыла и третьего тергита брюшка -при облучении 1 -1,5-сут. яиц и 2,5-3-сут. личинок; размеры базитарзуса - при экспонировании 1-2-сут. личинок.

4. Облучение личинок Д те!аго£а51ег второго и середины третьего возраста с дозами импульсного ИК НЛИ 2 и 5 Дж/м2 вызывает увеличение общего содержания РНК в теле взрослых самцов и самок.

5. Лазерное облучение яиц и личинок А. теШ/ега вызывает изменение активности каталазы ректальных желез полученных из них взрослых рабочих особей. Максимальное отклонение от контроля отмечено при воздействии на 2.5-3- и 5-6-суг. личинок пчел.

6. Наибольшую относительную величину отклонения от контрольных значений у облученных особей дают признаки, обладающие более высокой модификационной изменчивостью в естественных условиях, в отличие от признаков с гораздо меньшей изменчивостью (количество зацепок на заднем крыле, тарзальный и кубитальный индексы), для которых не отмечено достоверных отличий от контрольных значений при всех использованных режимах воздействия.

7. Величина и направленность наблюдаемых биоэффектов зависит от экстенсивных (доза) и интенсивных (мощность и длина волны) характеристик излучения, а также от функционального статуса объекта воздействия

8. Значения пороговых изоэффективных доз находятся в обратной зависимости от интенсивности излучения в момент воздействия и специфичны для каждого признака.

9. Рассмотрение механизмов электромагнитного воздействия на биосистемы необходимо вести на уровне адекватных моделей (активно функционирующих биоснстем), с учетом эффекта нелинейного поглощения квантов излучения возбужденными биомолекулами

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Установлена прямая корреляция зимостойкости и устойчивости пчелиных семе1 некоторым заболеваниям (например, нозематозу) и активности каталазы у сост ляющих ее особей (Жеребкин, 1967а,Ь; 1974; 1977). В связи с выявленными возр тной и лозовой зависимостями изменения активности каталазы ректальных же.1 особей А. теШ/ега под действием ИК НЛИ появляется возможность разработки Э1 логически чистого безмедикаментозного способа повышения резистентности пче; неблагоприятным воздействиям внешней среды.

2. Дальнейшим логическим продолжением проведенных исследований должно бь: изучение характера воздействия на НЛИ на имагинальные признаки маток теШ/ега, облученных на эмбриональной и постэмбрнональной стадиях развития. 3 связано с тем, что установлена прямая корреляция массы и размеров тела маток с > личеством откладываемых ею яиц и, как следствие, медопродуктивностью пчело( меЙ (Макаров, 1991).

3. В качестве критериев, позволяющих сравнивать биологическую эффективное различных видов ЭМИ, независимо от объекта воздействия, могут быть использова! точки изменения хода дозовой кривой и ее пересечения с осями координат (см.схе! на рис.3) - точки А, Б, С и Р. Для импульсного излучения необходимо учитывать и пульсную мощность, а также среднюю мощность (зависящую от частоты следован] импульсов).

4. Низкоинтенсивное .лазерное воздействие может быть применено дм-юЛсния ос бенностей функциональной активности различных биоструктур, вугом/числе и эк прессии определенных генов на различных стадиях доимагиналинога5 развития ос бей. /л/У I

5. Полученные результаты могут быть использованы в преподавании курсов биолоп неионизирующих излучений и экологии. /7

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕЛЖ ДИССЕРТАЦИИ

1. Чернова Г.В., Кузьмичев В.Е., Эндебера О.П., Каплан М!А. Некоторые результат исследований действия низкоинтенсивного импульсного лазерного излучения на орг низменном уровне // Физич.мед. - 1993- Т.З, №3^ - С.44-45.

2. Кузьмичев В.Е., Чернова Г.В., Каплан М.А. Изучение зависимости биостимул: руюшего эффекта НЛИ от стадии развития облученных особей До« теШ/ега // Физи мед. - 1994,-Т.4, №1-2,-С. 19-20.

3. Кузьмичев В.Е., Чернова Г.В. Увеличение колебательной энергии биомолекул биостимулирующий эффект действия НЛИ // Калужский лазер,- 1994,- №7(21).- С.2-3.

4. Кузьмичев В.Е. Применение лазеров в пчеловодстве// Пчеловодство - 1995,- №5 С. 17

5. Кузьмичев В.Е., Чернова Г.В. Воздействие НЛИ на организмы с различным уро! нем организации // 1П Всеросс. конф. Антропогенные воздействия и здоровье человека Тез.докл - Калуга,-1996,- С. 152-154.

6. Кузьмичев В.Е., Чернова Г.В., Каплан М.А. Концепция неспецифического мехг низма действия низкоинтенсивного лазерного излучения // Вестник Академии Лазерны Наук (ЛАН), № .- 17.06.1996 - С.2-3.

7. Кузьмичев В.Е., Каплан М.А., Чернова Г.В. Биологические эффекты низкоэнерге 1 ического лазерного излучения и нелинейное возбуждение биомолекул // Физич. мед 1996 -Т.5, №1-2 -С 65-69

В. Кузьмичев В.Е., Чернова Г.В. Облучение личинок Drosophila melano-gaster инфракрасным лазерным светом различной интенсивности // Тез. докл. 1 Междунар. конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине».- Санкт-Петербург,- 1997,- С.44-45

9. Кузьмичев В.Е., Чернова Г.В. О роли ЭМИ в функционировании живых организмов // Тез. докл. Междунар. конф. «Актуальные проблемы современного естествознания» (ИНТЕРНАС'97).- Калуга.- 1997.- С. 180

Выполнено на ризографе множительного предприятия ООО «,\77\> (г.Кял\та) Заказ Тираж 80 эй. 11.09.97.