3.6. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ГРАВИТАЦИИ И ГРАВИОРЕЦЕПЦИИ

Одна из самых важных проблем гравитационной биологии связана с механизмами биологического воздействия гравитации, причем важно знать, как влияют на организм величина силы тяжести (постоянная составляющая) и небольшие ее колебания (переменная часть), обусловленные действием космических тел. Как показано в различных исследованиях, влияние гравитации на организм очень многообразно, поскольку она воздействует на все органы и рецепторные образования в организме. Исследователи отмечают, что"…животные активно изменяют свое положение и ориентацию по отношению к вектору гравитации, поэтому механизмы взаимодействия с гравитационным полем и его восприятия у них несравненно усложнились и дифференцировались" [Белкания Г. С., 1982].

Г. С. Белкания (1982) в экспериментах обнаружил в организме животных и человека особую функциональную систему антигравитации. Открытие этой системы имеет принципиальное значение для гравитационной биологии и медицины, это дает возможность изучить ответные реакции организма на постоянное земное притяжение. Для нас важно выявить возможное влияние на организм человека очень слабых изменений гравитационного поля, происходящих под действием приливообразующих лунно-солнечных сил. В связи с этим следует выделить исключительно важную мысль, высказанную Г. С. Белкания, о том, что"…живые существа активно взаимодействуют с гравитационным окружением" (с. 6). Возможно, что именно этой реакцией на слабые изменения земной гравитации, тщательно изученной в данное время, можно объяснить связь функций организма человека со сменой лунных фаз и гравитационными приливными явлениями. Вопрос заключается в том, могут ли быть значимыми для человека столь слабые гравитационные изменения и их прямое или косвенное действие.

Необходимо отметить, что комплексная ответная реакция человека на гравитационное воздействие включает в себя, помимо реакции мышечной системы, еще и нейроэндокринную регуляцию, изменяющую вегетативные функции. Эта особенность реагирования организма на гравитацию очень важна, поскольку она свидетельствует не только о физической (механической) связи между организмом и действующей силой, но и о гормональной связи, обладающей, как известно, специфическим действием на функциональные системы организма. Именно признание способности организма к нейрогуморальной эндокринной регуляции функций при гравитационном действии может пролить свет на известные работы в научной литературе по селеномедицине, в которых показано влияние Луны на психофизиологические процессы и психоэмоциональные состояния у людей [Ravitz L. J" 1953, 1962; Lieber A. L., Sherin C. R., 1972; Lieber A. L" 1973; Lieber A. L., 1978a; Fitzhug L. C. etal., 1980, и др.].

Изучение путей гравиорецепции может послужить основой для понимания тонких механизмов связи, существующих между организмом человека и гравитационными приливообразующими силами Луны и Солнца. Система восприятия земной гравитации включает в себя проприо- и интерорецепцию, реакцию зрительного и отолитового аппарата человека. Выясняется исключительно важная роль мозжечка в системе антигравитации, поскольку он рефлекторно регулирует положение центра тяжести тела при его перемещениях для сохранения равновесия. Интересно отметить, что в мозжечке представлены все виды рецепторов чувствительности, в том числе гравиорецепторы преддверия лабиринта (отолиты), проприорецепторы, тактильные и др. Есть указания на то, что другой участок головного мозга, эпифиз, является специальным органом, реагирующим на воздействие Луны и отслеживающим слабые изменения гравитационного поля Земли [Saintyves P., 1937; Preaux C., 1961; Heckert Н., 1970]. В обзоре, посвященном необычным формам рецепции, Ф. Браун заключает, что"…информационный входящий поток через необычные органы чувств может запустить относительно важные эффекты в организме, несмотря на исключительно низкую энергию стимула" [Brown F. А., 1981, с. 364].

Из приведенных выше сведений видно, что функциональный гомеостаз человека тесно связан с воздействием земного гравитационного поля. В то же время можно предполагать, что организм человека реагирует на самые слабые изменения силы тяжести независимо от того, возникают ли они при действии гравитационных лунно-солнечных приливообразующих сил или при изменениях позы тела. Во время последних также наблюдаются очень небольшие гравитационные колебания и векторные нарушения, постоянно детектируемые гравиорецепторами и корригируемые функциональной системой антигравитации.

Рассматривая механизмы гравиорецепции в целом, следует прежде всего подчеркнуть наличие общебиологических закономерностей в этих процессах. Независимо от вида и уровня биологической организации прослеживаются единые черты в реакции организмов на гравитационное действие. Прежде всего необходимо отметить исключительно высокую чувствительность живых систем к изменению гравитационного поля, сравнимую и даже превышающую их чувствительность к геомагнитному полю [Dubrov A. P., 1978; Schneider F., 1985]. Например, у растений геотропическая реакция проявляется при центробежных ускорениях порядка \0~*-10-^ [Меркис А. Н., 1973; Shen- Miller J. et al., 1968; Larsen P., 1971; Pickard G. B" 1971; Hal- sted Th. W., Scott T. K.i 1984]. У животных и человека тоже отмечается высокая чувствительность к центробежным ускорениям [Медико-биологические исследования в невесомости, 1968;. Gordon S. A., Cohen M. J., 1971]. У животных система гравпорецепции трансформирует гравитационное механическое раздражение в первичные нервные возбуждения, в то время как у растений гравитационное воздействие приводит к разной активизации гормона роста на различных сторонах растения и соответствующему росту клеток, к изгибу стебля или корня. Электрические явления играют важную роль в гравиорецепции растений, а чувствительность и ответные реакции последних на раздражение чрезвычайно высокие [Bose J. С., 1926].

Имеется и другая общая закономерность в реакции живых систем на действие гравитации. Установлено, что основу геотаксических реакций животных на действие гравитации составляет ориентации животного по отношению к гравитационной нормали [Белкания Г. С., 1982], что также обнаружено у растений [Мошков Б. С., Орлеанская Н. Б., 1978]. У животных в ее основе лежит ориентация тела по отношению к вектору гравитации при помощи отолитового аппарата, являющегося специализированным гравиорецептором, а у растений эту роль могут выполнять негативно заряженные амилопласты.

Предложена также молекулярная гипотеза гравиорецепции [Горшков M. M., 1976]. Автор считает, что указанная выше закономерность связана со способностью белковых молекул (или ДНК) изменять свои свойства в зависимости от ориентации относительно вертикали. По мнению M. M. Горшкова, действие силы тяжести может проявиться на молекулярном уровне благодаря полупроводниковым свойствам белковых молекул и изменению фононного спектра, что в свою очередь должно приводить к изменению скорости передвижения электронов вдоль молекулы. Изменения фононного спектра может произойти при нарушении ориентации молекул относительно вектора силы тяжести и вызвать вследствие этого изменение подвижности и скорости переноса электронов (и энергии) вдоль молекулы. Таким образом, ориентация белковых молекул или ДНК относительно вектора гравитации может изменить их электрические свойства со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Автор этой гипотезы, рассматривая биофизические основы гравиорецепции, предполагает, что имеются 3 основных процесса, ответственных за нее: седиментация внутриклеточных частиц, капельная седиментация * и конвекция. Эти процессы, подвергаясь действию гравитации, могут влиять на ферментные реакции клеток. Однако имеются тщательно выполненные в течение 15 лет работы с самыми различными растениями [Kolisko Е., Kolisko L., 1978; Kranich E. M., 1984]., а также непрерывные 12-летние исследования сока, выделенного из омелы белой, указывающие на прямое действие Луны на растения [Fyfe А., 1967]. Кроме того, следует иметь в виду и возможность резонансного механизма, связывающего колебательные процессы и состояния организма с Луной [Блехман И. И., 1971, 1981; Воронина Н. В. 1981; Колотилов Н. Н., Боер В. А., 1981; Охнянская Л. Г., Мишин В. П., 1981].

Отмечается еще одно примечательное свойство органов гравиорецепции: структура и функционирование статоцистов и вестибулярного аппарата удивительно сходны на всех уровнях их организации, несмотря на совершенно различное происхождение и пути эволюционного развития [Винников Я. А. и др., 1971; Белкания Г. С., 1982]. Самое интересное то, что автор одного из исследований указывает на"…принципиальное сходство в первичном восприятии гравитационного раздражения животными и растениями" [Белкания Г. С., 1982, с. 12]. Выше мы привели сведения о гравиорецепции у растений именно потому, что они могут в какой-то мере объяснить высокую чувствительность организма человека к слабому гравитационному воздействию. В частности, известно, что стебли и корни растений способны реагировать на действие очень малых центробежных ускорений, равных l0~* g, и при этом чувствительным местом являются верхушечные (апикальные) меристемы растений. Если у высших растений гравиоперцепция связана с седиментацией амилопластов в чувствительных клетках (статоцистах), то у многих низших растений этого нет, а чувствительность к изменению гравитации остается высокой, что указывает на существование различных механизмов гравиоперцепции у разных видов организмов.

Все приведенные выше сведения показывают, что растения, так же как и другие виды живых организмов, тесно и всесторонне связаны с лунной ритмикой. Есть основания предполагать, что лунно-солнечное гравитационное влияние опосредуется через мембранный механизм проницаемости, так же как и действие ничтожных по силе суточных изменений вектора геомагнитного поля [Дубров А. П., 1974; Dubrov A. P., 1978].

Современные исследования роли кальция в гравиостимуляции растений служат дополнительным подтверждением правильности нашей гипотезы о роли проницаемости мембран и оболочек в астро-геофизическом влиянии. Проведенные к настоящему времени эксперименты показали, что перемещение ионов кальция и накопление его в клеточных оболочках являются важным механизмом гравиотропизма и гравиорецепции [Slocum R. D., Roux S. J., 1983; Dauwalder M. et al., 1985, и др.]. Вместе с тем отмечается важная роль амилопластов, которые, перемещаясь, могут выполнять роль своеобразных "статолитов" в механизмах гравиорецепции, обладая к тому же значительным отрицательным потенциалом в -19,4 мкВ [Wilkins M. В., 1978; Volkmann D., Sievers A., 1979; Jackson M. B., Barlow P. W., 1981; Sack F. D. et al., 1983]. Выдвинута гипотеза о том, что амилопласты, являясь электрически заряженными частицами, при седиментации создают клеточную поляризацию, действующую на проницаемость и транспорт веществ через плазмалемму [Wilkins M. В., 1978].

Таким образом, можно заключить, что механизм гравиоперцепции у растений, тесно связанный с ионами кальция, переносом протонов и перемещением отрицательно заряженных амилопластов, основан на электрокинетических явлениях в клетках [Halsted Th. W., Scott Т. К., 1984]. Благодаря такой связи возможно влияние гравитации на кинетику ферментов, мембранный потенциал и циркадианную ритмику организма в целом. Следовательно, влияние сверхслабых изменений геогравитационного и геомагнитного полей может реализоваться через электрокинетические механизмы на мембранах и оболочках клеток. Именно эти факты служат дополнительным доказательством в пользу возможного действия гравитационных приливообразующих сил Солнца и Луны на биоритмы живых организмов. Не исключено, что те же самые механизмы связи гравитации с живыми организмами действуют и в организме человека, в котором электрофизиологические, электрохимические и электрокинетические явления играют важнейшую роль в регуляции жизнедеятельности.

* Капельная седиментация-диффузия двух жидких сред в вертикальном направлении с образованием тяжелых комплексов молекул.