БИОФИЗИКА, 2022, том 67, № 2, с. 327-332

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 632.9; 578.833.26.083.2

О МЕХАНИЗМЕ ДЕЙСТВИЯ МИКРОВОЛН НА ЧЛЕНИСТОНОГИХ

Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614068, Пермь, ул. Букирева, 15

E-mail: okbmayak@psu.ru

Поступила в редакцию 17.09.2021 г.

После доработки 28.10.2021 г.

Принята к публикации 29.10.2021 г.

Целью работы было изучение воздействия слабых микроволн на жесткокрылых и паукообразных

(жуки Stegobium paniceum, жуки Nauphoeta cinerea и клещи Dermacentor silvarum). Использовали

высокочастотный генератор электромагнитного излучения, облучение проводили как при

тепловом уровне плотности потока мощности (0.38 Вт/см³), так и нетепловом уровне плотности

потока мощности (0.25 мВт/см³ и 0.17 Вт/см³, время экспозиции - от двух десятков секунд до суток.

Обнаружено, что сверхвысокочастотное поле за время экспозиции гарантированно уничтожает

Stegobium paniceum, Nauphoeta cinerea и Dermacentor silvarum, слабое сверхвысокочастотное поле

оказывает на жесткокрылых угнетающее действие, некоторые частоты поля с плотностью потока

мощности 0.17 Вт/см³ затормаживают развитие личинок, действие электромагнитного поля

резонансной частоты приводит к гибели жесткокрылых и паукообразных.

Ключевые слова: резонанс, ДНК, мощность, энцефалит, температура.

DOI: 10.31857/S0006302922020156

мозящее воздействие, оно влияет на рост и разви-

Воздействие электромагнитного поля (ЭМП)

тие мучного хрущака Tenebrio molitor. Отмечено

на живые организмы достаточно изучено, широ-

угнетающее действие низкоэнергетического мо-

ко известны, например, работы А.С. Пресмана,

дулированного СВЧ-излучения с несущими ча-

Ю.А. Холодова, А.З. Смолянской, Н.Д. Девятко-

стотами 1 и 3 ГГц, а также широкополосного из-

ва и др., однако механизм нетеплового воздей-

лучения с частотой 1-4 ГГц на клеща Hyalomma

ствия сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения

asiaticum [5]. СВЧ ЭМП влияет на обучение муч-

еще слабо изучен. Неизвестно, например, почему

ного хрущака [6].

одна и та же частота ЭМП действует на клещей,

но не действует на насекомых. Так, установлено,

Любопытно, что отдельная пчела реагирует на

что при облучении СВЧ ЭМП малых плотностей

напряженность поля 1500 В/м, а группа из 100 на-

потока мощности (ППМ) в течение 5 с пчел, по-

секомых - уже на 250 В/м [7].

раженных клещами Varroa jacobsoni, от 80 до 100%

Дрозофилы фруктовые располагаются по си-

клещей осыпается с пчел [1]. То есть поле опреде-

ловым линиям магнитного поля, а после замены

ленной частоты не действует на пчел, но негатив-

гена Cryl теряют чувствительность к магнитным

но воздействует на клещей.

полям [8].

В исследованиях на Drosophila melanogaster вы-

ЭМП в диапазоне частот 1-4 ГГц и с плотно-

явлено снижение плодовитости и рост смертно-

стью потока мощности 10-30 мкВт/см² вызывает

сти при увеличением времени экспозиции в поле

задержку отрождения личинок из облученных яй-

волн миллиметрового диапазона [9].

цекладок, снижение активности и выживаемости

Также исследовано действие ЭМП на коло-

отродившихся особей клеща Нуаlomma asiaticum

радского жука (Leptinotarsa decimlineata) при мощ-

[2, 3]. При этом летальное действие нетеплового

ности излучателя 20 Вт на частоте 2.45 ГГц [10].

ЭМП частотой, входящей в диапазон резонанс-

Облучали имаго жука, которые были помещены в

ной для воды (2.45 ГГц), отсутствует. Установле-

специальные картонные емкости. Время обра-

но [4], что слабое крайне высокочастотное (КВЧ)

ботки составляло 4-7 мин с интервалом 1 мин

ЭМП оказывает как стимулирующее, так и тор-

при расстоянии до жуков 10 см. После обработки

жуков высаживали на картофель. После 4 мин об-

Сокращения: ЭМП - электромагнитное поле, СВЧ -

сверхвысокочастотный, ППМ - плотность потока мощно-

работки выживаемость жуков составляла 100%,

сти, КВЧ - крайне высокочастотный.

после 7 мин - 70-80%. Активность самок после

327

328

ИХЛОВ и др.

Схема экспериментальной установки.

4 мин обработки - 100%, после 7 мин - 50-80%,

промежуточное положение между ДНК бактерий

резко снижалась плодовитость самок. При темпе-

и млекопитающих, далека от частоты 2.45 ГГц.

ратуре 40°С и низкой влажности в первые сутки

Объяснение механизмов действия СВЧ ЭМП

после обработки СВЧ в течение 4 мин погибли

на паукообразных и жесткокрылых актуально в

45% жуков, 5 мин - 45%, 6 мин - 55%, 7 мин -

связи с проблемой дезинсекции пищевых про-

60%. На вторые сутки погибли 100% при экспози-

дуктов.

ции 5, 6, 7 мин, при экспозиции 4 мин - 40%. По-

сле облучения вес жуков резко снижался (на 35-

45%). Обработка самцов в течение 6-7 мин при-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

водила к их полной стерильности.

Для облучения хлебного точильщика исполь-

Очевидно, что тепловой эффект играл роль, но

зовали микроволновую печь (частота СВЧ

не обязательно главную.

ЭМП - 2.45 ГГц), облучение клещей и мрамор-

На сходном материале, долгоносике амбарном

ных тараканов также осуществляли с помощью

обыкновенном (Sitophilus granarius), был получен

микроволновой печи (модель LG MW23R35GIB)

сходный результат в работе [10]. Авторы этой ра-

и на специально созданной экспериментальной

боты использовали ту же частоту (2.45 ГГц) и от-

установке. Отбирали самок клещей, найденных

мечают, что перегрев насекомых до 48-60°С при-

11.6.2021-18.6.2021 в лесу близ пос. Жебреи

водит к гибели насекомых. Увеличение времени

Пермского района.

экспозиции зерна от 5 до 45-90 с повышало чис-

Схема экспериментальной установки приве-

ло погибших насекомых от 60 до 100%. Темпера-

дена на рисунке. Источником излучения являлся

тура зерна при этом не превышала 45-50°С.

СВЧ-генератор E82570 1 (Agilent Technologies,

Авторы указывают, что «молекулярная струк-

США), для усиления сигнала до 1 Вт использова-

тура носителей генетической информации пред-

ли усилитель мощности 82006А (Agilent Technolo-

ставляет собой спиральный резонатор или цепоч-

gies, США). Сигнал с выхода усилителя через на-

ку большого количества сильно связанных коле-

правленный ответвитель, ячейку Фарадея и ко-

бательных контуров. В итоге воздействия ВЧ

ническую рупорную антенну с диэлектрической

поля генетическая информация не может быть

линзой падал на СВЧ-зеркало. Использование

считана, что приводит к потере репродуктивной

СВЧ-линзы формировало слаборасходящийся

функции биологического объекта» ([10], сс. 130-

СВЧ-луч, после его отражения от СВЧ-зеркала

131).

начиналась дальняя зона излучения. В коаксиаль-

ном кабеле с выхода усилителя мощности распро-

Это некорректно. Во-первых, если речь идет о

странялась волна ТЕМ, которая после коаксиаль-

токах в спирали ДНК, т.е. о паразитной емкости

но-волноводного перехода трансформировалась

соленоида, то соответствующая частота, напри-

в волну Н₁₀. Перед ячейкой Фарадея установлен

мер, для ДНК человека составляет порядка

переход с волновода прямоугольного сечения на

10²⁴ Гц, что выходит далеко за пределы СВЧ-диа-

волновод круглого сечения, в котором волна Н₁₀

пазона [11]. В-вторых, если речь идет о каких-ли-

бо механических колебаниях ДНК жуков, то их

преобразовывалась в волну Н₁₁. Изменяя ток че-

частота для этой ДНК, занимающей по длине

рез обмотку соленоида ячейки Фарадея, можно

БИОФИЗИКА том 67

№ 2

2022

О МЕХАНИЗМЕ ДЕЙСТВИЯ МИКРОВОЛН

329

Таблица 1. Выживаемость Stegobium paniceum при облучении СВЧ ЭМП

Среда

В муке ♂

В хлебных изделиях ♀, ♂

В пробирке ♂

Число экспериментов

Число жуков

Время экспозиции, с

Наблюдаемый эффект: гибель, %

100

было изменять ориентацию вектора напряженно-

ности потока СВЧ-излучения в пределах сечения

сти электрического поля внутри безэховой каме-

пучка половинной мощности).

ры. В экспериментах его ориентация была уста-

В экспериментах пластиковый контейнер с

новлена вертикально. С помощью ориентации

облучаемыми клещами, прозрачный для СВЧ-из-

СВЧ-зеркала ось распространения СВЧ-луча

лучения, размещали вместо щупа с диодом в цен-

установили горизонтально вдоль безэховой СВЧ-

тре пучка СВЧ-излучения.

камеры.

Распределение СВЧ-мощности в вертикаль-

РЕЗУЛЬТАТЫ

ной и горизонтальной плоскости было измерено

Воздействие СВЧ ЭМП на имаго хлебного то-

в дополнительном эксперименте. СВЧ-диод, рас-

чильщика Stegobium paniceum СВЧ ЭМП с часто-

положенный на тонком щупе, перемещали в вер-

той 2.45 ГГц и нетепловой ППМ 0.17 Вт/см³, как

тикальной и горизонтальной плоскостях внутри

показано в табл. 1, приводит к гибели жуков.

безэховой СВЧ-камеры. При малой мощности

СВЧ-сигнала детектор работал на квадратичном

Другой тип жесткокрылых, мраморных тара-

участке вольтамперной характеристики, и изме-

канов Nauphoeta cinerea, облучали полем той же

ряемый ток был пропорционален мощности

частоты при экспозиции 20 с при вариации объ-

СВЧ-излучения в точке приема. Установлено, что

емной средней ППМ ЭМП.

распространяющийся вдоль безэховой камеры

Как видно из табл. 2, снижение подвижности

СВЧ-луч имел в сечении форму гауссова пучка.

жуков наблюдалось при достаточно низкой

Его сечение на уровне половинной мощности бы-

ППМ.

ло близко к кругу, диаметр которого составлял

При увеличении ППМ до 0.38 Вт/см³ при об-

20 см.

лучении в течение 20 с наблюдали гибель жуков

В эксперименте мощность излучения СВЧ-ге-

вследствие теплового эффекта.

нератора составляла 0 дБм, что соответствует

Для облучения ЭМП более высоких частот ис-

1 мВт. Усиление усилителя мощности 30 дБ, та-

пользовали вышеописанную экспериментальную

ким образом мощность сигнала на выходе усили-

установка. Плотность потока мощности устанав-

теля составляла 1 Вт. С учетом потерь в соедини-

ливали десятикратно меньше тепловой,

тельных кабелях, волноводных переходах, 10%

0.25 мВт/см². Жуков и клещей помещали в про-

мощности, отведенной с направленного ответви-

зрачные пластиковые контейнеры с доступом

теля, потерь в ячейке Фарадея, антенне, линзе,

воздуха. Время экспозиции составляло 24 ч. Тем-

зеркале и выходе части излучения за пределы се-

пература в комнате - 20-23°С, во время экспери-

чения луча на уровне половинной мощности

мента температура в контейнерах не отклонялась

плотность потока мощности СВЧ-излучения со-

от комнатной. Изменения фиксировали через

ставляла примерно 2.5 мВт/см². В указанном се-

20 суток наблюдений.

чении вектор напряженности электрического по-

Таким образом, как видно из табл. 3 и 4, эф-

ля был ориентирован вертикально, его горизон-

фект воздействия и на клещей, и на мраморных

тальная составляющая была менее 3%, поэтому в

тараканов резко усиливался при приближении к

этой области СВЧ-излучение представляло волну

частоте 8.054 ГГц.

Н₁₀. Приемная пирамидальная СВЧ-антенна, ис-

пользуемая для контроля мощности, была сори-

ОБСУЖДЕНИЕ

ентирована соосно СВЧ-лучу на прием верти-

кально поляризованной СВЧ-волны. Была ис-

Очевидно, что в экспериментах при частоте

пользована мостовая схема измерения (опорный

2.45 ГГц поле воздействует на кластеры воды в ор-

сигнал, аттенюатор, мост, поршень в проведен-

ганизмах жесткокрылых и паукообразных. Одна-

ных исследованиях не использовали. Они были

ко за 20 с водосодержащие фрагменты Stegobium

задействованы для обоснования расчетов плот-

paniceumи Nauphoeta cinerea не могут разогреться

БИОФИЗИКА том 67

№ 2

2022

330

ИХЛОВ и др.

Таблица 2. Реакция Nauphoeta cinerea на действие СВЧ ЭМП

Стадия развития

Имаго ♀

Имаго ♂

Личинка

начальной

промежуточной

стадии

Число жуков

ППМ, Вт/см³

0.038

Число жуков

Наблюдаемый эффект: гибель, %

100

ППМ, Вт/см³

0.01

0.01 Вт/см³

0.01

Число жуков

Наблюдаемый эффект: снижение

100

подвижности, %

до летальной температуры. С другой стороны, во-

сто как летальный результат, так и резкая потеря

да в организмах насекомых или клещей не содер-

подвижности.

жится в чистом виде, она является составной ча-

Таким образом, вопрос о механизме воздей-

стью гемолимфы. Гемолимфа или жировое тело

ствия СВЧ ЭМП с частотой 2.45 ГГц низких плот-

не могут реагировать на поле с частотой 2.45 ГГц,

ностей потока мощности на членистоногих оста-

резонансная частота для них ниже, потому, на-

ется открытым. Ясно, что эффект проявляется на

пример, рыжие тараканы или мухи не погибают в

всех уровнях: молекулярном (генетическом), кле-

микроволновых печах (но, разумеется, не потому,

точном, системном (тканевом) и популяцион-

что якобы выбирают точки с минимумом поля).

ном. Очевиден лишь результат нетеплового воз-

Следовательно, при низких плотностях мощно-

действия на Stegobium paniceum и Nauphoeta

сти воздействие является существенно нетеп-

cinerea.

ловым.

В случае более высоких частот воздействие

СВЧ ЭМП, скорее всего, имеет резонансный ха-

Тепловой эффект при воздействии СВЧ ЭМП

рактер.

на Nauphoeta cinerea имеет место лишь при высо-

кой интенсивности излучения и при достаточном

В [12, 13] показано, что СВЧ ЭМП резко

времени экспозиции. При низкой плотности по-

снижает выживаемость E. coli, M. avium и My-

тока мощности и при малом времени экспозиции

cobacterium tuberculosis на частотах, резонанс-

тепловой эффект отсутствует, однако имеют ме-

ных собственным частотам крутильных коле-

Таблица 3. Действие на Nauphoeta cinerea СВЧ ЭМП

Контроль

Эксперимент

Частота, ГГц

Число жуков

Изменения, %

Частота, ГГц

Число жуков

Изменения, %

Частота, ГГц

Число жуков

Наблюдаемый эффект: прекращение роста, %

100

Частота, ГГц

8.054

Число жуков

Наблюдаемый эффект: гибель, %

БИОФИЗИКА том 67

№ 2

2022

О МЕХАНИЗМЕ ДЕЙСТВИЯ МИКРОВОЛН

331

Таблица 4. Действие на Dermacentor silvarum СВЧ ЭМП

Контроль

Эксперимент

Частота, ГГц

Число клещей

Изменения, %

Частота, ГГц

Число клещей

Изменения

Частота, ГГц

Число клещей

Наблюдаемый эффект: снижение подвижности, %

100

Частота, ГГц

8.054

Число клещей

Наблюдаемый эффект: гибель, %

100

баний спирали ДНК бактерий, которые опре-

ны. Частота продольных колебаний лежит в мега-

деляются по формуле

герцовом диапазоне, и только для крутильных

колебаний ДНК собственными частотами явля-

ω=21.75/ BP,ТГц,

(1)

ются частоты, лежащие в диапазоне СВЧ. Таким

образом, поглощение СВЧ ЭМП происходит

где BP - число пар нуклеотидов [13].

лишь в молекулах ДНК амебоцитов гемолимфы

членистоногих.

Прямой эксперимент по поглощению молеку-

лами ДНК бактерий E. coli M17 показывает, что

Длины ДНК данных клеток колеблются от 500

максимальное поглощение

(7.2%) происходит

до 13000 п.о. Собственные частоты крутильных

при частоте генератора, равной собственной ча-

колебаний такой ДНК лежат в диапазоне КВЧ.

стоте крутильных колебаний данных ДНК

Однако частота внешнего воздействия, лежащая

(10.27 ГГц), рассчитанной по формуле (1). Эти ре-

в диапазоне СВЧ, тоже является резонансной, ес-

зультаты составят предмет отдельного сооб-

ли частота КВЧ кратна частоте СВЧ. Лежащая в

щения.

диапазоне КВЧ частота 298 ГГц, соответствую-

Возбуждение крутильных колебаний в ДНК

щая длине ДНК 5330 п.о., была, как видно из

резко увеличивает число однонитиевых разрывов

табл. 4 и 5, найдена путем подбора, она с высокой

[14], а также препятствует репликации ДНК, что

степенью точности кратна частоте 8.054 ГГц.

ведет к гибели клетки.

Как предполагается, воздействие на ДНК аме-

В состав гемолимфы членистоногих входят

боцитов резонансной частотой и приводит к ги-

аналоги лимфоцитов - амебоциты. СВЧ излуче-

бели паукообразных и жесткокрылых.

ние свободно проникает сквозь хитиновый (или

волосяной) покров. Для низких частот гемолим-

Полученные результаты свидетельствуют в

фа насекомых представляeт собой проводящую

пользу того, что при помощи нетеплового элек-

среду, которая поглощает излучение, но для СВЧ

тромагнитного излучения возможно не только

гемолимфа (и кровь человека) ведет себя как ди-

осуществлять дезинсекцию зерновых, пищевых

электрик, поэтому излучение свободно проходит

продуктов или прецизионной техники нетепло-

через гемолимфу. В живых клетках отсутствуют

вым СВЧ-полем, но и подавлять рост численно-

молекулы, в спектре которых содержатся СВЧ-

сти переносчиков клещевого энцефалита Derma-

линии, единственным агентом, способным по-

centor silvarum без применения инсектицидов.

глощать СВЧ ЭМП, являются макромолекулы

ДНК. Спектр молекул ДНК складывается из кру-

тильных колебаний ее спирали (что обнаружено

БЛАГОДАРНОСТИ

группой М.Д. Франк-Каменецкого в конце

1960-х), изгибных и продольных колебаний. Из-

Авторы благодарят за помощь в работе сотруд-

гибные колебания не могут возбуждаться внеш-

ника ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в

ним ЭМП, так как участки молекулы нейтраль-

Пермском крае» к.б.н. Л.М. Львовского.

БИОФИЗИКА том 67

№ 2

2022

332

ИХЛОВ и др.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

5. В. Г. Каплин и Э. Н. Савельева, Изв. Самарского

научного центра РАН 13 (1), 251 (2011).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

6. И. М. Шейман и М. Ф. Шкутин, Журнал высш.

интересов.

нерв. деятельности им. И.П. Павлова 53 (6), 775

(2003).

7. Е. К. Еськов и А. М. Сапожников, Зоологич.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

журн. 5, 800 (1974).

Настоящая работа не содержит описания ис-

8. S. J. vanVickle-Chavez and R. N. vanGelder, J. Biol.

следований с использованием людей и животных

Chem.

282

(14),

10561

(2007). DOI:

10.1074/

jbc.M609314200

в качестве объектов.

9. Е. Г. Васильева, Вестн. Астраханского гос. тех. ун-

та 3, 182 (2008).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

10. В. А. Кутовой, Б. И. Рудяк, Л. А. Базыма и др.,

Вопр. атомной науки и техники 4 (80), 129 (2001).

1. Р. Д. Риб, Матководство (Усть-Каменогорск,

11. Б. Л. Ихлов, Вестн. новых мед. технологий 25 (2),

2004)

121 (2018).

2. М. С. Буренков, Л. А. Буренкова, Ю. С. Коротков

12. Б. Л. Ихлов, А. В. Мельниченко и А. Ю. Ощепков,

и др., Радиац. биология. Радиоэкология 36 (5), 681

Вестн. новых мед. технологий 24 (2), 141 (2017).

(1996).

13. Б. Л. Ихлов, А. А. Шурыгин и В. А. Дробкова, Ту-

3. М. С. Буренков, Радиац. биология. Радиоэколо-

беркулез и болезни легких 97 (1), 25 (2019). DOI:

гия. 36 (5), 786 (1996).

10.21292/2075-1230-2019-97-1-25-27

4. М. Ф. Шкутин, Дисс. … канд. биол. наук (ПущГУ,

14. Е. Е. Текуцкая и Р. В. Василиади, Экология чело-

ИБК РАН, Пущино, 2004).

века 2, 9 (2017).

On the Mechanism of Action of Microwaves on Arthropods

B.L. Ikhlov, I.L. Volkhin, and A.Yu. Oshchepkov

Perm State National Research University; ul. Bukireva 15, Perm, 614068 Russia

The aim of this work was to study the effect of weak microwaves on coleoptera and arachnids (Stegobium pan-

iceum beetles, Nauphoeta cinerea beetles and Dermacentor silvarum ticks). A high-frequency generator of elec-

tromagnetic radiation was used, irradiation was carried out both at the thermal level of the power flux density

(0.38 W/cm³) and at the non-thermal level of the power flux density (0.25 mW/cm³ and 0.17 W/cm³, the ex-

posure time was from two tens of seconds to a day. It was found that exposure to ultrahigh-frequency field

disrupts Stegobium paniceum, Nauphoeta cinerea, and Dermacentor silvarum, a weak ultrahigh-frequency field

suppresses coleopterans, some field frequencies with the power flux density of 0.17 W/cm³ inhibit the devel-

opment of larvae, and an electromagnetic field exposure to an electromagnetic field resonance frequency is

lethal for coleoptera and arachnids.

Keywords: resonance, DNA, power, encephalitis, temperature

БИОФИЗИКА том 67

№ 2

2022