Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2023, T. 509, № 1, стр. 137-142

Периодичность активности наблюдается у всех животных [1, 2]. Она не ограничивается только необходимостью в регулярном поиске пищи. Помимо хорошо изученных 1–6-часовых ритмов активность/покой у грызунов, которые эволюционно, возможно, и сформировались благодаря потребности периодического насыщения [3, 4], 4–120-минутная ритмическая организация наблюдается в песенной активности птиц [5, 6], двигательной активности насекомых [1], активности автономной нервной системы человека [7, 8], метаболических процессах [9]. Принято считать эти ритмы эндогенными и, вероятно, сформировавшимися для временной упорядоченности метаболических процессов в организме. Однако ряд авторов указывают на наличие связи между квазиритмическими колебаниями гелиогеофизических процессов и активностью животных [10, 11].

Ранее нами был установлен феномен преимущественно синхронного приема пищи скворцами, находящимися на расстоянии 100 км друг от друга [12]. Этот факт может указывать на наличие внешнего фактора (раздражителя), активизирующего птицу и побуждающего к действию – спрыгиванию с жердочки и приему пищи. Моменты возбуждения и активизации всегда имеют отражение в динамике температуры тела, ультрадианые ритмы которой связаны с изменением баланса тонуса симпатического и парасимпатического отдела вегетативной нервной системы [13]. Нами была показана связь между динамикой температуры тела не только двух изолированных между собой групп мышей, но и однонаправленные изменения параметров ультрадианных ритмов температуры тела у мышей и зеленушек (Chloris chloris) [14], что также указывает на существование прямого внешнего влияния на хроноструктуру активности млекопитающих и птиц. Более того, было выявлено совпадение преобладающих гармоник динамики температуры тела мелких млекопитающих и птиц с периодами собственных колебаний Земли, характерных как для многих геофизических параметров, так и для флуктуаций радиоактивного распада [14, 15]. Флуктуации скорости счета при регистрации альфа-, бета- и гамма- радиоактивности широко известны, причем они определяются не только случайными процессами, но и подвержены влиянию факторов внешней среды [16, 17]. Общедоступным для исследования радиоактивным элементом является естественный изотоп калия-40. Именно ⁴⁰К вносит основной вклад в естественное внутреннее облучение организма [18]. Нужно отметить, что вклад изотопа углерода-14 в суммарную дозу внутреннего облучения также существенен. Также организм подвергается внешнему естественному облучению от первичных и рождающихся в атмосфере вторичных космических лучей. Поток атмосферных гамма-квантов имеет квазиритмический характер, и, возможно, оказывает ощутимое биотропное действие, в том числе на вариабельность частоты сокращения сердца [19].

Целью настоящей работы является оценка связи динамики температуры тела лабораторных мышей и обыкновенных зеленушек, и моментов принятия пищи обыкновенными скворцами с интенсивностью флуктуаций радиоактивного распада природного изотопа ⁴⁰К.

Исследование проведено на самцах лабораторных мышей линии С57Bl/6, весом 26–29 г (n = 18), самцах обыкновенной зеленушки (n = 10) и обыкновенных скворцах (n = 5). Мышей содержали по две особи в каждой клетке, а птиц в индивидуальных клетках. Птицы находились в условиях естественного освещения. Мышей содержали в условиях искусственного постоянного неяркого освещения интенсивностью около 200–400 лк от источника с цветовой температурой 4200 К. Птиц кормили ежедневно около 7:00, а мышей не беспокоили в течение 20 сут.

Динамику внутрибрюшинной температуры тела регистрировали с частотой 1 раз в минуту при помощи имплантированных внутрибрюшинно датчиков ДТН3-28 (“ЭМБИ РЕСЕРЧ”, Новосибирск). Для наркоза использовали золетил (“Virbac Sante Animale”, Франция), вводимый внутримышечно в дозе 7–10 мг/кг. Процедура эксперимента одобрена комиссией по биоэтике ИПЭЭ РАН, протокол № 14 от 15.01.2018. Моменты принятия пищи скворцами регистрировали по резкому снижению внутрибрюшной температуры тела, вызванному большой порцией холодной пищи [12].

Интенсивность радиоактивного распада ⁴⁰К, входящего в состав калийных удобрений (сульфат калия ОАО “Буйский химический завод”) измерялась с помощью сцинтилляционного детектора Atom Fast 77100 (НПП “КБ Радар”, Москва), основой которого является кристалл йодида цезия (CsI) размером 7 × 7 × 100 мм. С целью изоляции системы от атмосферных гамма-квантов пакеты с сульфатом калия вместе с детектором были помещены в свинцовый короб 15 × 15 × 15 см и толщиной стенки 20 мм. Такой экран ослаблял фоновые значения скорости счета более чем в 15 раз. Датчик, расположенный в центре короба, обкладывали равномерно со всех сторон 4 кг сульфата калия. В среднем такая установка регистрировала около 2000 событий в минуту (14 мкР/ч). Показатель интенсивности флуктуаций радиоактивного распада рассчитывали как модуль ежеминутных изменений скорости счета, сглаженный путем усреднения скользящим окном в 10 мин. Динамику ежеминутных изменений температуры тела также усредняли скользящим средним с 10-минутным окном.

В суточном ритме температуры тела птиц на рассвете регистрируется ее повышение на несколько градусов, а на закате – резкое снижение. Эти два момента, определяющиеся суточным ритмом освещенности, мы исключили из анализа (с 6:20 до 7:40 и с 16:15 до 18:10). Раздельно анализировали дневные часы (с 7:40 до 16:15) и ночные часы (с 18:10 до 6:20).

Динамика ежеминутных изменений температуры тела по группе зеленушек имела положительную корреляцию с показателем интенсивности флуктуаций радиоактивного распада ⁴⁰К как в дневные (рис. 1а), так и в ночные (рис. 1б) часы. За период исследований (с 1 по 23 октября 2022 г.) коэффициент корреляции между этими параметрами для ночи составлял от 0.05 до 0.23, а для дня от 0.09 до 0.35 при этом во все дни наблюдений корреляционная связь была статистически значимой.

Рис. 1.

Пример динамики ежеминутных изменений температуры тела по группе зеленушек (n = 10) и интенсивности флуктуаций радиоактивного распада ⁴⁰К: а – в дневное время, за период 20 и 21 октября 2022 г. (r = 0.10, р = 0.001). б – в ночное время, за период с 21 по 22 октября 2022 г. (r = 0.12, р = 0.001).

Динамика ежеминутных изменений температуры тела по группе мышей положительно коррелировала с интенсивностью флуктуаций радиоактивного распада за исключением 3 и 18 октября 2022 г. За период исследований коэффициент корреляции между этими параметрами составлял от 0.03 до 0.21, в среднем r = 0.11 при р = 0.001. На рис. 2 представлены характерные примеры сопоставления динамики исследуемых показателей именно с этой степенью связи. Видно, что не все повышения интенсивности радиоактивного распада сопровождаются повышением температуры тела, но почти все повышения температуры тела наблюдаются на фоне увеличения интенсивности флуктуаций радиоактивного распада. Лучшие показатели этой связи у птиц, вероятно, связаны с тем, что они реагируют на каждое изменение интенсивности исследуемого физического фактора, а мыши в зависимости от фазы активность/покой отвечают не на все увеличения этого фактора, а только на те, которые приходятся на период окончания фазы сна.

Рис. 2.

Пример динамики ежеминутных изменений температуры тела по группе лабораторных мышей и интенсивности флуктуаций радиоактивного распада ⁴⁰К: а – 19 октября 2022 г. (r = 0.13, р = 0.001). б – 20 октября 2022 г. (r = 0.11, р = 0.001).

Поэтому наиболее убедительным приемом, позволяющим установить связь между отдельными событиями, в данном случае моментов увеличения активности, с динамикой параметра внешней среды является метод наложения эпох. Этот метод выявляет временную связь явлений, а также обеспечивает возможность охарактеризовать величину исследуемого параметра как до, так и после анализируемого события. Было проведено распределение показателя интенсивности радиоактивного распада относительно точек максимума выраженных (>0.02°С/мин) повышений температуры тела лабораторных мышей и зеленушек (рис. 3) и моментов приема пищи скворцов (рис. 4). В период максимальных ежеминутных приростов температуры тела по группе мышей или зеленушек наблюдается достоверное увеличение интенсивности флуктуаций радиоактивного распада относительно среднего уровня (р = 0.0001, t-критерий Стьюдента). Моменты приема пищи скворцами приходятся на увеличение радиоактивности от источника ⁴⁰К. Показатели в точке ноль, соответствующей моменту приема пищи, статистически значимо выше, чем средний уровень (р = 0.001, t-критерий Стьюдента).

Рис. 3.

Распределение методом наложенных эпох показателя интенсивности флуктуаций радиоактивного распада ⁴⁰К относительно максимумов ежеминутных приращений температуры тела мышей и зеленушек. Представлены медианное значение и интерквартильный размах отклонений от среднего уровня флуктуаций радиоактивного распада, рассчитанные по усредненным ежесуточным интервалам за весь период наблюдений (1–23 октября 2022 г).

Рис. 4.

Распределение методом наложенных эпох интенсивности радиоактивного распада ⁴⁰К относительно моментов приема пищи скворцами. Представлены медианное значение и интерквартильный размах отклонений от среднего уровня флуктуаций радиоактивного распада, рассчитанные по усредненным ежесуточным интервалам за весь период наблюдений (1–23 октября 2022 г.).

Таким образом, нами установлена связь динамики температуры тела и моментов приема пищи с увеличением интенсивности радиоактивного распада природного изотопа ⁴⁰К. Этот факт указывает на то, что зачастую считающаяся “спонтанной” ритмическая активность животных может быть вызвана внешним активизирующим воздействием. По нашим оценкам интенсивность облучения организма от калия-40 крайне незначительна. Также обращает на себя внимание факт мгновенности регистрируемого эффекта, а не его некоторого запоздания, обусловленного развитием каскада вторичных повреждающих агентов, как в случае реакции на радиационное воздействие. Вероятно, биотропное действие оказывает либо сам пока еще не установленный фактор, вызывающий увеличение флуктуаций радиоактивного распада, или его мишени в организме, в частности, изменение свойств водных растворов [20] или механизмов энергетического обеспечения клеток, имеющие аналогичный спектр ритмов в 10–90-минутном диапазоне периодов [9].

Основной результат представленной работы – это обнаружение физического параметра, коррелирующего с активностью животных в ультрадианном диапазоне периодов, которая считалась полностью эндогенной. В рамках настоящей работы мы не можем утверждать, что именно радиоактивность имеет такие колебания. Возможно, физический фактор действует на элементы регистрационного устройства. Требуются дальнейшие усилия физиков, чтобы установить причины регистрируемых колебаний радиоактивности ⁴⁰К.