С.С. Салихов
О МЕХАНИЗМАХ ВОСПРИЯТИЯ ПЧЕЛАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Известно, что медоносные пчелы
воспринимают как естественные (природные) электромагнитные поля, так и
электромагнитные поля антропогенного происхождения (электрические поля линий
электропередач, электроэнергетических устройств, радио- и телевизионных
устройств).
В общем понятии «Электромагнитное
поле Земли» входят геомагнитное поле, электростатическое поле атмосферы, переменные
электромагнитные поля, вызванные токами в ионосфере, грозовых разрядов,
индуцированными токами в проводящих движущихся массах, например, водных
потоков.
Средняя напряженность ЭП Земли
составляет 100 В/м и зависит от географической широты
и испытывает годовые и суточные вариации (1, 2, 3). Влияние естественного и
искусственных электростатических полей на ведение пчел впервые описаны в работах профессоров Чижевского А.Л. и Еськова Е.К.
(1,4).
Основной причиной существования
естественных ЭП в диапазоне до 10 кГц
является грозовая активность. Каждую секунду в Землю ударяют около
100 молний и поэтому поле грозовых разрядов существует постоянно.
Сигналы от 
разрядов
молнии, улавливаемых на расстоянии от места их возникновения называемого
атмосферами. Атмосферы имеют два максимума спектральной мощности (500...1000 и
6000...8000 Гц), а максимум напряженности переменного электрического поля находится
в диапазоне 8 ... 300 Гц, радиусе 50 км от грозового фронта напряженность электрического
поля достигает 10 кВ/м (5).
Напряженности искусственных ЭМП в
зоне высоковольтных линий электропередач
(ЛЭП) превосходит фон Земли, составляющий низкочастотном диапазоне 100...200 В/м на 1...2 порядка. По аналогии с другими абиотическими
факторами в такой ситуации наблюдается репеллентное действие электрического
поля (ЭП) (2, 6).
Пчелы по-разному реагируют на
различные параметры (напряженность, частота, градиент, форма импульсов,
локализация, экспозиции и др.) Вопрос о механизме восприятия ЭП пчелами имеет важное значение для целенаправленного управления поведением
пчел и разработки новых технологий пчеловождения. Представляется,
что наибольшее влияние на поведение пчел следует ожидать от искусственных ЭП с амплитудно-частотными
параметрами, которые присутствуют в окружающей среде пространственно-временном
континууме индивидуальной пчелы и пчелиной семьи в целом.
Принято считать, что для восприятия
ЭП пчелы используют два независимых механизма (1, 2). Первый из них основан на
раздражении электрическим током. При этом предполагается воздействие
физиологические процессы в тканях насекомого, в том числе и нервной системы
токов смещения (наведенных токов). В процессе электростатической индукции в
проводниках происходит перераспределение электрических зарядов, что связано с
возникновением в них токов. Все членистоногие, которым относятся пчелы обладают экзоскелетом, выполненным из хитина
структурного белка, по многим физическим характеристикам близкого коллагену.
Если допустить, что его электрическая проницаемость близка к становится очевидным, что в кутикуле при воздействии ЭП будут протекать все процессы, характерные для диэлектриков, в том числе перераспределение электрических зарядов. Кроме того, внутренние ткани, обладающие как и всякие растворы, ионной проводимостью, также будут поляризоваться, а возникающие при этом токи смещения способны вызывать, через воздействие на нервные окончания электрорецепторов ответные реакции пчел. Известно, что для ответной реакции организма на электрический ток необходима плотность (0,1...1)∙10-6 А/см. Расчеты и физиологические эксперименты показывают, что такие плотности могут возникать при работе с полями в сотни кВ/м (2). Между тем ответные реакции пчел отчетливо выражены и в полях, не превышающих 10 кВ/м, например, в ульях под ЛЭП. Можно предположить напряженность поля в улье, помещенного в поле, необходимы специальные исследования на основе фундаментальных законов электродинамики с учетом формы и расположения электродов, электрических свойств соторамок, материала улья и др. На увеличение напряженности ЭП в улье до 220 кВ/м при напряженности поля над ульем в пределах 4...6 кВ/м указывается в работе (7). Вторая точка зрения, предложенная впервые Эдвардсом (8) и развитая Еськовым Е.К. (6), базируется на электромеханических эффектах, возникающих у любого физического тела в ЭП (электромеханическая гипотеза). Эдварде полагает, что электростатические взаимодействия, скапливающихся на экзоскелете при трении о воздух и различные поверхности (восковые соты), зарядов способны вызвать изгибы отдельных волосковидных структур кутикулы.
Возникающее при этом возбуждение механорецепторов и есть первичный механизм электрорецепции у пчел. Согласно исследованиям Еськова Е.К. роль специализированного механорецептора у пчел выполняют быстро адаптирующиеся трихоидные сенсиллы, расположенные на темени, за фасеточными глазами. Подобно трихоидным сенсиллам под действием ЭП вибрируют и антенны. Вибрации антенн воспринимаются джонстовскими органами и многочисленными антеннальными проприорецепторами.
Резонансная частота вибраций
антенн рабочих пчел 50…150 Гц, а максимальная активность пчел наблюдается в
опытах с полями 300…500 Гц, что явно противоречит электромеханической гипотезе.
Рассмотрение биологических феноменов, возникающих у пчел в ЭП с позиции как первого, так и второго механизма выполнено в
работах (1, 2, 6). В механизме восприятия следует отметить сугубо физический
аспект, связанный с многофакторностью ЭП, являясь одним из видов физического
воздействия, в различном сочетании использует для воздействия на пчел комплекс
факторов, обусловленных как самим физическим воздействием, так и характеристиками
биологического объекта. В зависимости от типов электродных
систем, источников питания и состояния самого объекта обработки (одиночная
пчела, группа пчел, рой и т.д.) возможно получение одного или сочетание
комплекса факторов: электрическое, электромагнитное, магнитное поле;
положительные и отрицательные ионы, ионный ветер; электрические,
аэродинамические и гравитационные силы; акустические колебания, тепловлагоперенос, продукты электрохимических реакций -
озон, окись и двуокись азота.
Анализ влияния некоторых из этих
факторов на поведение пчел дан в работе (9).
Рассмотрение биологических
феноменов, возникающих у пчел в ЭП с позиций как
первого, так и второго механизма выполнено в работах Еськова Е.К., Эдвардса
Д.К., Орлова В.М., Миронова Г.А. (1, 2, 7, 8, 9). Оба механизма по существу
объясняют изменение состояния пчелы информационным взаимодействием электромагнитного
поля с рецепторами (информационный подход). В данной работе нами предлагается
попытка объяснить восприятие ЭП пчелами с позиции энергоинформационного
подхода, т.е. энергетического воздействия (силового или теплового) ЭП не на
отдельные рецепторы, а на эффекторы пчелы, дому пчелы и пчелиную
семью в целом, т.е. на другом
структурном уровне (макроуровне).
Рассмотрим силовое воздействие ЭВ пчелу. Силовой характеристикой поля является
напряженность. Экспериментально установлено, что пчелы не всегда реагируют на
поле, при напряженности ниже некоторого порога. Пороговая чувствительность объясняет
лишь то, что количественные изменения переходят в
качественные. Ингибирование является превышением меры.
На заряженную пчелу в ЭП действует
пондеромоторные силы (кулоновская, зориального отображения, электрострикционная, сила
обусловленная неоднородностью поля и самой пчелы) [10].
Кроме того, под действием ЭП
связанные заряды на поверхности пчелы смещаются в сторону электрода, имеющего
заряд противоположного знака, что приводит к возникновению ориентирующего
момента, стремящегося расположить пчелу длиной осью вдоль силовых линий поля.
Как указывалось выше, напряженность ЭП в улье под ЛЭП и в воздухе перед грозой
достигает 1...2 кВ/см. Расчеты показывают, что при таких значениях напряженапряженности кондеромоторные
силы, действующие пчелу в полете или находящуюся на сотах соизмеримы с силой
тяжести пчелы. Известно, что тело летящей пчелы представляет собой маятник,
подвешенный на крыльях, который используется как элемент, чувствующий вертикаль
[11]. На тело летящей с постоянной скоростью пчелы действуют силы подъемная,
силы тяги крыльев, сила тяжести и сила аэродинамического сопротивления среды.
Указанные силы приложены к разным
точкам тела насекомого: первые же силы, обусловленные действием крыльев - к
месту их сочленения, сила тяжести - к центру масс тела, а точка приложения
последней силы зависит от конфигурации тела пчелы и не совпадает с центром
масс. В результате действия указанных сил образуются два момента - восстановления
маятника возмущения горизонтальных сил. При этом тело насекомого отклоняется от
направления вертикали на угол, который зависит от соотношения силы тяжести и
силы аэродинамического сопротивления среды. При нахождении пчелы в ЭД угол
отклонения должен измениться, т.к. на пчелу будут действовать электрические
силы и вращающий момент. Направление электрической силы, действующий
на пчелу зависит от вектора напряженности (в полете – сверху вниз, в улье -
направление вектора зависит от расположения электродов). Пчела без коррекции
угла не может обеспечить необходимую точность навигации и приходит в возбужденное
состояние. Наши наблюдения показывают, что пчелы, при создании высокой
напряженности в улье, вылетают из улья, начинают летать по круговой орбите.
Согласно [11], при выполнении такого виража пчелы выполняют с помощью зрительных рецепторов астрокоррекцию вертикали. Нарушение маятниковой вертикали приводит к нарушению объективной окружающей обстановки, что незамедлительно должно сказаться на поведении пчелы, стремящейся покинуть зону действия поля либо совершить посадку. В наших условиях нарушается пищевое, репродуктивное поведение и на место выдвигаются поведенческие стереотипы, связанные с самосохранением.
Для изучения основного воздействия
ЭП нами были проведены экспериментальные исследования. Между вертикально
расположенными пластинами плоского конденсатора помещалась пчела. На
вертикальной оси из нихромовой проволочки диаметром
0,26 мм. Ось пропускалась через центр масс пчелы, сверх}
вниз. В результате экспериментов планировалось исследовать пороговое
значение напряженности постоянного ЭП, при которой пчела ориентируется вдоль
силовых линий нами был впервые обнаружен эффект быстрого вращения пчелы в ЭП. В
известных нам литературных источниках нет сведений об указанном явлении.
Известен эффект Герца-Квинке, который впоследствии исследовался японским
физиком Сумато и Поливановым К.М. [12]. Однако здесь
рассматриваются диэлектрический шар или цилиндр, помещенные
в ЭП, а не пчела, имеющая форму, близкую к греческому эллипсоиду.
Таким образом, на основании вышеуказанного, можно сделать следующий вывод.
Энергетические силовые воздействия ЭП на пчел могут иметь место в ряду
механизмов вызывающих ответные реакции пчел при воздействии на них статических
и низкочастотных ЭП. Необходимы дальнейшие исследования. В частности,
необходимо выяснить, какая часть энергии ЭП и в какой форме (теплоты или
работы) передается пчелам, как изменяется силовое воздействие пола на пчел в
зависимости от энергетических и информационных параметров поля, конструктивных
параметров электродов и улья, электрических свойств пчел.
Литература
1. Еськов К К. Низкочастотные электрические
поля и пчелы. Пчеловодство, 1990, № 1, с. 6... 8
2. Орлов
В.М. Насекомые в электрических полях. Томск, Изд-во ТГУ, 1990 - 112 с.
3. Салихов
С.С. Электроэкология медоносных пчел./Электротехнологические методы и установки в
сельскохозяйственном производстве: Об. науч. тр./ЧИМЭСХ,
Челябинск, 1989, с. 29...34.
4. Чижевский
А.Л. Солнце и мы. М, 1963.
5. Матвеев
Б.К. Электроразведка. М.: Недра, 1990-368 с.
6. Еськов
Е.К. Этология медоносной пчелы. М.: Колос, 1992-336 с.
7.
Greenberg
В, Bindokos
V.P. Biological effects of о 765 kV Transmission Line: Exposures and thresholds in honeybee
colonies// Bioelectromagnetics. 1981. №2, p. 315...328.
8. Edwards D K. Effect of artificially
produced atmospheric electrical fields upon the activity of some adalt Diptera'/Ganad. Yournool. 1960. v. 38. № 5. p. 899...912.
9. Еськов
Е.К., Миронов Г.А. Сравнительный анализ действия на пчел низкочастотного
электрического поля и сопутствующих ему физических факторов.//Экология, 1990, №
6, с. 81...84.
10. Тамм И.Е.
Основы теории электричества. М.: Наука,, 1976, 616 с.
11. Селезнев
В.П., Селезнева Н.В. Навигационная бионика. - М.: Машиностроение, 1987. -256 с.
12. Тареев Б.Н. Физика диэлектрических материалов. - М: Энергоиздат, 1982. -320 с.
