Отсутствие геомагнитного поля привело к аритмии у эмбрионов рыб и нарушениям в их развитии
Российские ученые показали, что в отсутствие естественного магнитного поля Земли эмбрионы рыбок данио рерио с большей вероятностью гибнут, развитие происходит с нарушениями, а их сердца начинают биться часто и нестабильно. Авторы предполагают, что в условиях «магнитного вакуума» нарушаются ключевые физиологические процессы, что следует учитывать не только при дизайне экспериментов, но и в будущем — при планировании беременности во время космических перелетов. Результаты работы, выполненной при поддержке Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Physiology.
Благодаря особым свойствам внутреннего ядра наша планета представляет собой один большой магнит, постоянно генерирующий геомагнитное поле. Под его влиянием на Земле зарождалась и развивалась жизнь, и оно до сих пор остается важным фактором эволюции. Так, ранее неоднократно изменялись местоположения Северного и Южного магнитных полюсов, что сопровождалось сильным ослаблением геомагнитного поля. Некоторые ученые пытаются объяснить этим массовые вымирания видов. Хотя теория не доказана, есть свидетельства того, что это явление может влиять на физиологические показатели животных и человека.
В новой работе исследователи из Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН (Москва), Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН (Борок) и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) поставили перед собой задачу выяснить, как отсутствие геомагнитного поля влияет на сердечную деятельность эмбрионов рыбок данио рерио — популярной модели, с помощью которой изучают болезни сердечно-сосудистой системы человека. Еще эти животные удобны тем, что на ранних этапах развития прозрачны, и их «внутренний мир» можно наблюдать в обычный световой микроскоп.
Со вторых по пятые сутки после оплодотворения авторы помещали развивающихся рыбок в условия, где магнитного поля практически нет, а часть эмбрионов в это время оставалась в геомагнитном поле (52 мкТл). В каждой группе было по 200 животных. Исследователи сочетали разные магнитные условия с обычным световым днем (16 часов свет и 8 часов темнота) и с постоянным освещением. Это позволило оценить связанные с ними циркадные ритмы, то есть изменение физиологических показателей организма в зависимости от смены дня и ночи. Ученые анализировали серии микроскопических изображений прозрачных эмбрионов при помощи разработанного ими уникального программного обеспечения — так они получали информацию о частоте сердечных сокращений. Также регистрировали смертность и наблюдали, есть ли аномалии развития.
Результаты показали, что в магнитном вакууме снижалась выживаемость рыб. Кроме того, от 5,5 до 12,5% зародышей, развивавшихся без геомагнитного поля при нормальном световом режиме и постоянном освещении соответственно, оказались с разнообразными дефектами развития — водянка, искривление тела и прочие. Частота сердечных сокращений увеличилась примерно на десять ударов в минуту, а у эмбрионов, находившихся в нулевом магнитном поле при постоянном освещении, интервал между сердцебиениями был более изменчив. Еще у них менялась картина ежесуточных вариаций работы сердца в сравнении с зародышами, развивавшимися в естественном геомагнитном поле.
«Магнитными свойствами обладают многие частицы вокруг и внутри нас. Если геомагнитное поле ослабнет до нулевых значений, то физиологические процессы, зависимые от магнитного окружения, окажутся нарушены. Вероятно, именно поэтому в нашем эксперименте в отсутствие геомагнитного поля возросла смертность и много эмбрионов оказалось с нарушениями развития. Увеличение частоты сердечных сокращений может быть адаптивным механизмом, поскольку изменение условий сделало протекание обычных реакций недостаточно эффективным», — объясняет первый автор работы Вячеслав Крылов, доктор биологических наук, главный научный сотрудник ИБВВ РАН и старший научный сотрудник НТЦ УП РАН.
Результаты работы важны не только для понимания значимости естественного магнитного фона, но и позволят предусмотреть сложности, с которыми человечество столкнется при дальних космических перелетах: беременность в условиях, где, помимо прочего, нет обычного для Земли геомагнитного поля, вероятно, может протекать гораздо сложнее.
В дальнейшем авторы планируют продолжить исследование влияния различных магнитных полей на функционирование сердечно-сосудистой системы.