El campo geomagnético y la vida: geomagnetobiología

por Aleksandr P. Dubrov

Extractos traducidos al castellano de su libro en versión inglesa.
The Geomagnetic Field and Life: Geomagnetobiology

Nota del editor

Hace diez o veinte años, se podían encontrar muy pocos artículos dedicados a la acción biológica de los campos magnéticos en la literatura científica mundial. Algunos científicos rechazaron por completo la idea de que cualquier campo magnético podría afectar a cualquier sistema biológico. Sin embargo, ahora tenemos un libro sobre el efecto del campo geomagnético (GMF, sus siglas en inglés) en los procesos de la vida.
Mientras este libro se estaba preparando para su publicación, ocurrieron dos eventos en la vida científica de nuestro país, que han resaltado aún más la actualidad de las preguntas planteadas por el autor.
En Belgorod, en septiembre de 1973, el Consejo sobre el problema complejo "Cibernética", la Academia de Ciencias de la URSS, el Instituto Pedagógico de Belgorod, el Instituto de Problemas de la Anomalía Magnética de Kursk y el Departamento de Salud Regional de Belgorod celebraron el Segundo All- Simposio de la Unión sobre el efecto de los campos magnéticos artificiales naturales y débiles en los objetos biológicos.
El interés en este efecto está dictado por la vida misma. La alteración de las condiciones ambientales y el ritmo moderno de la vida han hecho que el hombre sea cada vez más sensible a los estímulos siempre presentes en la biosfera de la Tierra y a los que han aparecido solo en este país, por ejemplo, campos electromagnéticos (fem), a los que toda la vida sigue. La tierra está expuesta.
Los problemas planteados fueron de naturaleza compleja, involucrando mediciones cuidadosas de los parámetros físicos de las fem, la detección de reacciones biológicas finas y la evaluación de la respuesta general del complejo organismo humano. La solución de estos problemas requiere la colaboración creativa de diferentes especialistas. Por lo tanto, biólogos, médicos, biofísicos, físicos, químicos, geólogos y representantes de otras especialidades, un total de 70 delegados de 18 ciudades de la Unión Soviética, participaron en el trabajo del simposio.
En Moscú, en marzo de 1974, hubo una conferencia sobre el tema "Cósmico
Factores y la evolución del mundo orgánico. ”Convocado por iniciativa del Consejo Científico. Academia de Ciencias de la URSS, sobre Caminos y características del desarrollo histórico de organismos animales y vegetales; el Instituto Paleontológico, Academia de Ciencias de la URSS; y la Sociedad de Naturalistas de Moscú. Varios documentos presentados en esta conferencia mostraron que las reversiones del GMF podrían afectar la evolución del mundo orgánico.
Por lo tanto, desde el rechazo completo de cualquier efecto biológico de los campos magnéticos hasta el reconocimiento de ellos como un factor que afecta la evolución del mundo orgánico es el camino recorrido por la magnctobiología en los últimos años. Proporcionar una imagen de este arduo camino en un libro pequeño es una tarea difícil. Sin embargo, Dubrov, que ha tenido una gran experiencia personal en el tratamiento de algunos problemas de la magnetobiología, ha logrado hacer frente a esta tarea.
¿Por qué los biólogos y los investigadores médicos hasta ahora apenas han mostrado interés en el GMF? Con la conciencia tranquila, ¿ignoró este factor ambiental en sus relatos de todos los procesos vitales?
El hecho es que el nacimiento de la era espacial. que ha tenido un impacto en muchos asuntos puramente terrestres, también ha tenido un efecto considerable en el desarrollo de la magnetobiología. Como observa el autor, el desarrollo de la magnetobiología se ha correlacionado estrechamente con el progreso en la conquista del espacio.
Los vuelos de las primeras naves espaciales aumentaron el interés en el problema en discusión. Al estar separado de la Tierra, el cosmonauta se ve privado no solo de la atracción gravitacional de la Tierra, su atmósfera habitual y muchas otras condiciones esenciales para la vida, sino también del GMF. Por otro lado, los diseñadores de naves espaciales esperan proporcionar protección para el vehículo contra la radiación ionizante dañina por un potente campo magnético artificial. Por lo tanto, el cosmonauta y otros ocupantes biológicos de una nave espacial estarán, más que nadie, sujetos durante un largo período a campos magnéticos diferentes a los de la Tierra. ¿Pueden tales cambios afectar la actividad vital?
En este libro se dan respuestas afirmativas a esta pregunta. El autor muestra que con cada paso en la investigación de la biosfera, el hombre se ha convencido cada vez más de que la vida terrestre se ajusta extremadamente a las condiciones de existencia terrestres. La vinculación de diferentes ciencias, a veces bastante alejadas entre sí, ha llegado a la etapa en que se unen la biofísica y la geofísica. Los geofísicos han caracterizado hasta ahora las tormentas magnéticas y los terremotos solo en términos técnicos, mientras que ahora están comenzando a mostrar interés en, por ejemplo, el número de ataques cardíacos entre las personas durante una tormenta magnética y el comportamiento de los animales antes de un terremoto. Los biofísicos, a su vez, aunque no abandonan sus factores de laboratorio favoritos (corriente eléctrica, radiación ionizante, luz, etc.) se han interesado en el posible efecto biológico del GMF.
El autor, biólogo de formación, ha dedicado con razón el primer capítulo del libro a una descripción detallada de los datos geofísicos relacionados con el GMF. Esto es seguido por una descripción y un análisis crítico de diversos datos biológicos.
indicando un efecto de campos magnéticos artificiales naturales y débiles en varios objetos vivos.
De particular importancia es la evidencia de que los campos magnéticos debilitados artificiales pueden producir respuestas en el hombre, los animales, las plantas y los microorganismos. Las pocas investigaciones realizadas en esta área hasta ahora indican un posible papel del GMF en los procesos de la vida.
Una comparación de partes normales y anormales (con respecto al componente constante del GMF) de la región de Belgorod muestra que difieren en cuanto al rendimiento del cultivo, la aparición de plantas relictas y la incidencia de enfermedades entre la población. Además, la actividad motora de los insectos y las aves se altera en el área de la anomalía magnética de Kursk. Esta información inicial indica que valdrá la pena un análisis biológico de las condiciones en las regiones de diferentes anomalías magnéticas.
Finalmente, la naturaleza vectorial (la directividad de las líneas de fuerza) del GMF también afecta los procesos biológicos. No nos estamos refiriendo aquí simplemente al uso del GMF, entre otros factores de orientación, por la migración de aves y peces.
Cabe señalar que, dado que las "anomalías magnéticas" producidas artificialmente también afectan objetos biológicos muy diversos, la magnetobiología ecológica se ha convertido en una rama reconocida de la ciencia. La órbita de interés de esta ciencia incluye no solo las variaciones espaciales del GMF, sino también las variaciones temporales de este factor geofísico. A la unión de la geofísica y la biofísica debemos agregar la astrofísica, ya que los cambios en el GMF están estrechamente relacionados con la actividad solar.
Esta rama de la magnetobiología ecológica está entretejida con la heliobiología, que tiene que ver con el efecto de la actividad solar en la biosfera. El fundador de heliobiología, A. L. Chizhevskii, no creía que la actividad solar afectara la biosfera solo a través de la alteración del GMF. El factor biológicamente activo podría ser ondas de radio, iones de aire, radiación ionizante o emisión de SolarZ, lo que aún no es entendido por los físicos.
Por lo tanto, se ha formulado la hipótesis de un efecto de orientación (en tiempo y espacio) del GMF sobre objetos biológicos. Es gratificante encontrar comparaciones de los resultados de los experimentos de campo y laboratorio que pueden resolver el principal problema de la magnetobiología: la explicación del mecanismo íntimo de acción de los campos magnéticos sobre objetos biológicos.
Probablemente existan varios de estos mecanismos, incluidos los mencionados por Dubrov: el efecto de los campos magnéticos naturales en los campos magnéticos intrínsecos de los objetos biológicos, en la permeabilidad de las membranas biológicas y en las propiedades de los sistemas acuosos de objetos biológicos. En el último caso, los problemas de la magnetobiología están entrelazados con problemas de física e ingeniería, ya que el tratamiento magnético de soluciones acuosas está encontrando una amplia aplicación como solución a algunos problemas tecnológicos.

   Yu. A. Kholodov

Introducción

Una característica notable de las últimas décadas ha sido el desarrollo de la biología espacial. La investigación espacial ha tenido un efecto revolucionario y de gran alcance en cada rama del conocimiento científico. Ha enfrentado a los científicos con muchos problemas nuevos y ha requerido un examen crítico de muchos de los puntos de vista de la biología y la medicina. En particular, nuevamente se ha planteado la cuestión de la importancia biológica de los campos electromagnéticos naturales y del papel del campo geomagnético (GMF) en el funcionamiento de los organismos vivos.
Es extremadamente importante para los científicos dedicados a la investigación espacial saber cuán estrechamente se adaptan los organismos vivos a las condiciones de existencia terrestres y si existe algún peligro para ellos en una separación prolongada de la tierra donde han evolucionado durante muchos siglos. Aquí, por condiciones terrestres, nos referimos no solo a la combinación habitual de factores climáticos (temperatura, humedad del aire, precipitación, etc.), sino también a los factores cuyo papel importante en la actividad vital de los organismos vivos se ha hecho evidente solo relativamente recientemente: estos son los campos gravitacionales, magnéticos, eléctricos y de radiación de la tierra.
En este libro, el autor da cuenta del estado actual de la investigación sobre el papel biológico de un factor ambiental tan importante como el geomagnetismo.
Es bastante obvio que hoy, cuando las disciplinas científicas se están volviendo más especializadas, la recopilación de los numerosos y diversos datos sobre el efecto biológico del GMF es una tarea difícil. Consciente de esto, el autor reconoce que el libro no está exento de fallas, pero, sin embargo, ha decidido someterlo a juicio. Aquí es apropiado recordar las palabras de Gauss cuando desarrolló la teoría general del campo magnético de la Tierra: "Los ladrillos están simplemente ensamblados, pero no habrá construcción hasta que los fenómenos confusos se ajusten a un principio universal único". igualmente bien al problema que constituye el tema de este volumen. El autor examina las investigaciones en diversas áreas de la medicina y la biología, y desde el análisis de los diversos hechos experimentales intenta indicar el estado y el nivel de nuestro conocimiento del papel biológico de el GMF.

El progreso en la física ha llevado a un rápido desarrollo del área de la magnetobiología, que se ocupa, en particular, del efecto de los campos magnéticos artificiales. Los físicos y biólogos hicieron una gran contribución a la magnetobiología, quienes iniciaron investigaciones sistemáticas del efecto biológico del GMF y los campos magnéticos artificiales (241. 676. 678, 751, 752).
Los heliobiólogos han realizado un trabajo importante, que han demostrado claramente la existencia de un efecto biológico de la actividad solar asociado con los cambios en el campo magnético de la Tierra (92, 178, 516. 721, 766. 767). *
La investigación en el campo de la magnetobiología en nuestro país en la actualidad está siendo dirigida por el Consejo Científico sobre Geomagnetismo. Academia de Ciencias de la URSS, y el Consejo Científico sobre el problema complejo "Cibernética", Academia de Ciencias de la URSS. La URSS tiene una red bien desarrollada de observatorios geofísicos e institutos de investigación científica, y también tiene uno de los centros internacionales de datos geofísicos, que recopila información mundial sobre la actividad solar, la ionosfera y el geomagnetismo.
El autor expresa su profunda gratitud al académico E. M. Kreps, al académico V. N. Chernigovskii, doctor en ciencias fisico matemáticas M. M. Ivanov. Candidato de Ciencias Médicas B. A. Ryvkin. Doctor en Ciencias Biológicas Yu. A. Kholodov. Candidato de Ciencias Físicas y Matemáticas A. I. 01 ', y Candidato de Ciencias Geográficas L. A. Vitel's para consejos útiles, consultas y asistencia en la compilación del libro. El autor agradece sinceramente al Prof. V. I. Afanas’eva. Candidatos de Ciencias Físicas y Matemáticas K. G. Ivanov. A. D. Shevnin. V. I. Bobrov, y T. P. Puolokainen, y también todo el personal del Sector de Campo Electromagnético Terrestre del Instituto de Física de la Tierra. Academia de Ciencias de la URSS, para asistencia amistosa.

CAPÍTULO 1

Descripción general del campo geomagnético

La existencia del campo magnético de la Tierra se conoce desde la antigüedad. Las propiedades inusuales de un imán dieron lugar a leyendas y creencias en una fuerza sobrenatural. Esto se aplica igualmente al campo magnético de la tierra.
Los científicos progresistas de su época intentaron determinar las verdaderas causas físicas de este fenómeno natural excepcional: el magnetismo. En 1600 el científico inglés W. Gilbert en su libro De Magnete. Magneticisque Corporibus. et de Magno Magnete Tellure planteó la hipótesis de que la Tierra es una esfera uniformemente magnetizada con dos polos magnéticos, y que la causa del magnetismo está oculta dentro de la esfera.
Ya en 1769. sin embargo. Lomonosov sugirió en su investigación Discurso sobre una mayor precisión de la navegación marina, que el globo terrestre consta de cuerpos magnetizados de manera diferente y, por lo tanto, está magnetizado de manera no uniforme.
Una expresión analítica para el campo magnético de la Tierra fue obtenida por primera vez por los científicos I. M. Simonov en 1835 y K. Gauss en 1838.
La opinión de los físicos sobre el papel y la importancia del campo geomagnético (GMF) fue seguida por la de los biólogos, médicos y naturalistas, que estaban muy interesados ??en los descubrimientos de la física (148, 149). Se acumuló una gran cantidad de datos que indican que el GMF tiene un efecto muy significativo en los procesos que ocurren en la atmósfera superior e inferior, en las regiones naturales de la tierra y en el clima y la circulación atmosférica (151).
Sin embargo, el GMF es de especial importancia para los organismos vivos que habitan la tierra. Antes de discutir esta cuestión tan importante, daremos una breve descripción del GMF en sí, su origen, estructura y algunas de sus características manifestadas (56, 429. 651, 995). Esto conducirá a una mejor comprensión de los cambios cíclicos en la biosfera, su naturaleza, variaciones estacionales y latitudinales, y también de la correlación entre los ritmos biológicos y las variaciones del GMF.

[...]

CAPÍTULO 3

Preguntas de geomagnetobiología general

En los capítulos anteriores, hemos dado evidencia del posible papel del GMF en la actividad vital de los organismos vivos y hemos indicado los principales métodos que utilizan los geomagnetobiólogos para detectar y demostrar el papel principal del GMF en los procesos biológicos que ocurren en diferentes niveles de organización. de materia viva. En los siguientes capítulos consideraremos las numerosas y muy diversas investigaciones llevadas a cabo por científicos que han estudiado especialmente el efecto biológico del GMF o han descubierto su efecto en una investigación objetiva independiente de procesos biológicos. Sin embargo, antes de pasar a la explicación de estas investigaciones, consideramos que es esencial discutir los conceptos más generales de geomagnetobiología desarrollados en nuestro trabajo, ya que solo en este caso el lector puede obtener una imagen completa de la acción biológica del GMF del complejo y mosaico diverso, y en ocasiones aparentemente extraordinario y contradictorio, de hechos, observaciones, experimentos e hipótesis.
Los conceptos fundamentales del papel biológico del GMF discutidos en este capítulo proporcionan una base para la formulación, en el futuro, de una teoría geomagnética del desarrollo de la biosfera. Formulamos estas ideas sobre la base de una encuesta completa de todo el conocimiento científico-natural acumulado por la ciencia hasta nuestros días y una consideración de las hipótesis más avanzadas sobre la estructura y el funcionamiento de la materia viva. Al llevar a cabo un análisis tan extenso, no podemos, por supuesto, dentro de los límites de un libro, citar muchos de los estudios básicos en las áreas de biología consideradas, y debemos seleccionar del número de trabajos fundamentales aquellos que representan más completamente la esencia del pregunta que se está investigando y que resalta de manera más clara y vívida aquellos aspectos que ayudan a comprender nuestras hipótesis sobre el papel decisivo del GMF en el desarrollo de la biosfera. Este capítulo se propone mostrar el papel del GMF en propiedades fundamentales de la materia viva como la ritmicidad, la simetría, la variación evolutiva y la herencia, proporciona evidencia objetiva del efecto del GMF en estas propiedades básicas de la materia viva y avanza las hipótesis sobre Los mecanismos básicos de este efecto. Nos damos cuenta de las tareas difíciles y principales que enfrentamos, ya que nuestro trabajo presupone una perspectiva completamente nueva sobre la teoría de la evolución, que se considera una teoría biológica universal y primordial (982). Los problemas que discutimos son los problemas tradicionales de las ciencias naturales, en los cuales numerosos investigadores han realizado un esfuerzo físico y mental inmenso durante casi dos siglos, comenzando con las teorías de la especiación y evolución de Lamarck, Darwin y De Vries, y Mendel descubrimiento en 1866 de sus famosas leyes de herencia, y terminando en el trabajo de Morgan. Vavilov, Dobzhansky y científicos contemporáneos en el campo de la genética molecular y cuántica.

Estas preguntas son de importancia excepcional, ya que afectan los intereses de los científicos de todas las especialidades y los intereses del hombre no solo desde el punto de vista de una comprensión puramente científica de la evolución misma, sino también desde un punto de vista práctico. El aumento y la reducción del rendimiento de animales y plantas, y el pronóstico y el control de los aumentos repentinos en el número de plagas de cultivos y brotes de enfermedades infecciosas debido a virus y bacterias, son todos problemas en los que el factor principal y decisivo es un cambio en la genética. propiedades y la alteración de la homeostasis genética de los organismos. También es evidente que este problema está estrechamente relacionado con la dinámica de la población y con la estructura de la población de las especies más diversas de organismos vivos, es decir, con los procesos micro y macroevolucionarios que ocurren continuamente en varios niveles genéticos. Sin embargo, los genetistas y teóricos evolutivos más eminentes, al considerar la dinámica de la población y los problemas de variación ecológica y especiación, han dedicado su atención principalmente a las interrelaciones de los organismos entre sí en biocenosas, a la selección natural, la adaptación y las condiciones climáticas normales, y han consideraba estos como los únicos factores que afectan la evolución, y el curso de la evolución misma como un proceso aleatorio y estocástico (802, 803, 982).

Sin embargo, nuestras investigaciones han demostrado que la evolución se basa en rigurosas leyes físicas de desarrollo de los sistemas genéticos de las especies, y que el GMF es uno de los principales factores de este mecanismo de control. La evolución de los organismos vivos, un océano aparentemente aleatorio, ilimitado y amplio de cambios y formas, ahora nos parece un proceso perfectamente regular regido por leyes generales de campos físicos y simetrías, que imponen sus limitaciones, en virtud de las leyes peculiares. para ellos, en procesos evolutivos, comenzando con las bases profundas de la construcción de sistemas genéticos. El marco de la evolución es a la vez amplio y estrecho, y su potencial es vasto pero, al mismo tiempo, limitado por la teoría general de los sistemas (591), que indica los límites de las grandes y amplias variaciones que han tenido lugar y que tendrán lugar. lugar en la evolución de los organismos vivos en la tierra. Por lo tanto, ahora tenemos la oportunidad de comprender las verdaderas leyes físicas de la evolución y establecerla como una ciencia biológica exacta.

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