«Научная тема» воскресенья 10 декабря 2017 года — церемония вручения Нобелевских премий. В этом году премию в области физиологии и медицины присуждена исследователям Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу (Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash and Michael W. Young, США) «за открытие молекулярных механизмов, управляющих циркадианным ритмом». Основа этого ритма — смена дня и ночи, действие солнечного света и тепла на поверхность планеты. Но Земля связана с Солнцем и другими «нитями»: периодические изменения солнечной активности также определяют многие ритмы в живых организмах. Их исследования ведутся в ИКИ РАН совместно с коллегами из других научных и медицинских организаций.

Циркадианный, или циркадный, ритм (от лат. circa — «вокруг, около» и dies — «день») — это фактически, временной период, примерно равный суткам, с которым синхронизированы очень многие процессы в живых организмах: например, режим сна и бодрствования, обмен веществ, складывание листьев, закрытие цветков у некоторых видов растений и пр. Другое, образное название, — «биологические часы». «Рука», которая заводит механизм этих «часов», известна — вращение нашей планеты вокруг своей оси, т.е. регулярная смена освещенности и температуры. Заслуга нобелевских лауреатов состоит в том, что, проводя исследования на мушках-дрозофилах, они поняли, как устроен их молекулярный механизм в живых организмах.

Интересно, что в России исследования, определяющие роль циркадианных ритмов в генетических аспектах здоровья, проводились в клинических условиях на людях уже в 1990-х гг. Эти исследования с клиническими тестами, в которых принимали участие моно- и дизиготные близнецы, проводил международный коллектив ученых под руководством Рины Заславской, ведущего научного сотрудника отдела физики космической плазмы ИКИ РАН. Результаты показали, что в формировании циркадианных ритмов генетическая компонента статистически достоверно преобладает над факторами внешнего влияния. Эта работа предшествовала более поздним исследованиям нобелевских лауреатов, которые проводились на мухах-дрозофил.

Примерно в это же время группа ИКИ РАН, занимающаяся гелиобиологией и солнечно-земными связями, выдвинула гипотезу о том, что инфрадианные ритмы (с периодами больше суток), в отличие от циркадных, обусловлены не электромагнитным фактором солнечной активности, а взаимодействием солнечного ветра и межпланетного магнитного поля с магнитосферой Земли. Такие ритмы возникают потому, что Солнце тоже вращается вокруг своей оси с периодом около 28 дней, а биологические ритмы имеют периоды близкие к периоду собственного вращения Солнца и его гармоникам и субгармоникам: примерно 28, 14, 9, 7 дней и т.д.

Процесс формирования таких биологических ритмов может быть подобен тому, как это происходит с суточными ритмами. «Судя по всему, они также связаны с некоторыми генетическими механизмами, причём эта связь могла вырабатываться с начальных стадий эволюции под действием ритмов геомагнитных вариаций», — рассказывает Тамара Бреус, главный научный сотрудник отдела физики космической плазмы ИКИ РАН.

Современные методы компьютерного анализа позволили надёжно зафиксировать статистически достоверную корреляцию между геомагнитными возмущениями и различными характеристиками биологических объектов, в том числе человеческого организма. Результаты этого исследования Тамара Бреус и Анатолий Петрукович (руководитель отдела физики космической плазмы ИКИ РАН), в соавторстве с Владимиром Бинги, заведующий лабораторией радиобиологии Института общей физики РАН, изложили в статье «Магнитный фактор солнечно-земных связей и его влияние на человека: физические проблемы и перспективы» [1].

Данные, собранные в статье, подтверждают предположения о том, что геомагнитные возмущения, нарушая инфрадианные ритмы организма, могут вызывать реакцию, схожую с общим адаптационным синдромом. Этот синдром возникает под действием любых внешних причин стресса — «сбоя» в привычном распорядке. Одним из результатов может быть и плохое самочувствие.

Несмотря на то, что природные электромагнитные поля чрезвычайно малы, и кажутся слишком слабыми для того, чтобы воздействовать на биохимические процессы в живых системах, многие представители флоры и фауны нашей планеты доказывают, что живой организм способен их воспринять. Примером может служить магнитная навигация перелетных птиц, китов, черепах и многих других животных во время сезонных миграций. 

У человека геомагнитные возмущения в отдельных случаях способны вызывать специфические реакции. На фоне «шумов» от большого количества техногенных электромагнитных полей такое малое воздействие трудно выделить и наблюдать прицельно, поэтому основная сложность при организации экспериментов — обеспечить достоверность полученных данных. В 2017 году группа сотрудников из той же группы ИКИ под руководством Юрия Гурфинкеля, заведующего лабораторией микроциркуляции крови Научного клинического центра ОАО «РЖД», опубликовала результаты лабораторных экспериментов, в которых здоровые люди подвергались воздействию магнитной бури, воспроизводящей запись естественной магнитной бури в специальной установке «ФАРАДЕЙ» (НКЦ ОАО «РЖД», Москва) [4].

Эти эксперименты подтвердили достоверность полученных результатов статистических исследований, которые проводились уже много лет. Эти данные также приведены в статье вместе с результатами длительного мониторинга физиологических параметров испытуемых, в частности, космонавтов и результатами различных клинических и лабораторных наблюдений за группами больных и здоровых людей.

- С.В.

Владимир Бинги представляет краткий обзор статьи «Магнитный фактор солнечно-земных связей и его влияние на человека: физические проблемы и перспективы» [1] (английский)

Основы гелибиологии — направления, изучающего связь солнечных факторов с различными процессами в живых организмах, были заложены исследованиями Александра Леонидовича Чижевского (1897-1964), ученого, естествоиспытателя, философа, художника и поэта. 13 декабря 2017 г. в Институте космических исследований состоится научная сессия, посвященная биографии ученого, его исследованиям и развитию его идей сегодня, в контексте новых представлений о космической среде и биологических организмах.