БИОМАГ-М

Цель эксперимента – изучение изменения свойств биообъектов и возможности повышения их активности в условиях экранирования магнитного поля при воздействии основных факторов космического пространства.  

Возникновение и возможность существования звездно-планетных систем, галактик определяются, прежде всего, гравитационными и магнитными полями. При этом важнейшая роль в гелиобиологических эффектах принадлежит геомагнитному полю (ГМП), его колебаниям.

Ранее ГМП отводилась чисто пассивная роль. Между тем, накопленные биологами многочисленные факты, касающиеся чувствительности растений и животных к ГМП, позволяют утверждать, что оно может являться непосредственным биологически активно действующим и значимым фактором. Космические эксперименты, проведенные совместно с ФГУП ЦНИИмаш на КА "Фотон-М №2", "Фотон-М №3" и "Фотон-М №4" продемонстрировали влияние ГМП на биологические свойства бактериальных и грибных культур. Было показано, что бактериальные культуры на жидких питательных средах более чувствительны к экранированию ГМП, чем грибные культуры. Продолжительность этих экспериментов составляла от 12 до 45 суток. Результаты данного исследования достаточно корректно продемонстрировали влияние геомагнитного поля и микрогравитации как суммарный эффект, так и по отдельности.

Было показано, что экранирование магнитного поля может влиять как положительно, так и отрицательно на основные свойства микроорганизмов. Полученные результаты показывают также, что возможно получение культур, обладающих устойчивостью к изменяющимся условиям космического пространства с улучшенными целевыми свойствами при длительном экспонировании в условиях орбитального полёта. В связи с этим продолжение фундаментальных и прикладных исследований в этом направлении является чрезвычайно актуальной задачей.  

В настоящее время техническое оснащение, методическая база лабораторий позволяет исследовать свойства микроорганизмов, в том числе провести оценку изменений генома клеток и определить характер изменений в ДНК биологических объектов и условия, при которых эти изменения необратимы. Поэтому исследования, проведенные в длительном КЭ "Биомаг-М" будут проведены на новом качественном уровне.

Кроме того, будут получены уникальные и статистически достоверные данные по значительному количеству параметров, позволяющих оценить изменения свойств микроорганизмов различных систематических групп. Впервые будет исследовано влияние длительного комбинированного воздействия микрогравитации и изменяющегося геомагнитного поля Земли на свойства культур бактериальных, грибных и растительных клеток. Впервые будет изучено влияние длительного экранирования геомагнитного поля в период орбитального полета на свойства культур бактериальных, грибных и растительных клеток.

Будут также получены данные, которые позволят определить параметры экспонирования биообъектов в условиях наличия или отсутствия магнитного поля , при которых факторы космического пространства позволяют сохранять и/или интенсифицировать основные целевые свойства микроорганизмов, принадлежащих к различным систематическим группам.  

При проведении КЭ «БИОМАГ-М» на 1 этапе должна использоваться НА «Фактор» с укладками «Чашки» и «Пробирки» (разрабатывается в рамках КЭ «Продуцент») для проведения КЭ на РС МКС без экранирования магнитного поля.

1. При проведении КЭ «БИОМАГ-М» на 2 этапе должны использоваться НА «Фактор» (разрабатывается в рамках КЭ «Продуцент») для проведения КЭ на РС МКС без экранирования магнитного поля и НА «Биомагнистат-Ф» для проведения КЭ на РС МКС с экранированием магнитного поля (разрабатывается в рамках КЭ «Продуцент») с одной укладкой НА «Фактор» (укладка «Чашки» или укладка «Пробирки»).

2. В состав НА «Фактор» должны входить:

- на 1 этапе - 2 укладки (укладка «Чашки» и укладка «Пробирки»), на 2 этапе - 1 укладка (укладка «Чашки» или укладка «Пробирки»):

- укладка «Чашки» состоит из 3-х цилиндрических контейнеров, соединённых между собой механически и помещенных в матерчатый чехол. В каждом контейнере должны быть размещены чашки для экспонирования биообъектов на плотной питательной среде. Габаритные размеры укладки «Чашки» в чехле - не более 80 х 100 мм. Габаритные размеры укладки «Чашки» без чехла - не более 75 х 100 мм.

- укладка «Пробирки» состоит из 2-х цилиндрических контейнеров, соединённых между собой механически и помещенных в матерчатый чехол. В каждом контейнере должны быть размещены пробирки для экспонирования биообъектов на плотной и жидкой питательных средах. Габаритные размеры укладки «Пробирки» в чехле - не более 80 х 100 мм. Габаритные размеры укладки «Пробирки» без чехла - не более 75 х 100 мм.

НА «Биомагнистат-Ф» должна представлять собой магнитоизолирующий контейнер, обеспечивающий экранирование от электромагнитных полей ёмкостей с исследуемыми биообъектами. Габаритные размеры контейнера «Биомагнистат-Ф»- не более 120 х 200 мм, масса не более 2,5 кг. Размеры полезного объема экранируемой зоны - не менее 75 х 100 мм.

При выполнении КЭ используется термостат ТБУ-В:

- для хранении аппаратуры до и после активной части КЭ при температуре + 40С (при длительности сеанса менее двух месяцев);

- для проведения активной части КЭ при температуре от плюс 230С до плюс 300С.

Ожидаемые научные результаты: успешное проведение эксперимента позволит решить фундаментальные и прикладные задачи:

- получение данных о влиянии геомагнитного поля на свойства культур бактериальных, грибных и растительных клеток;

- получение данных об оптимальных условиях экспонирования в условиях орбитального полета для получения биообъектов с повышенной активностью;

- получение исходных данных для прогнозирования изменения свойств биообъектов при освоении дальнего космоса;

- разработка подходов к созданию методологии долговременного поддержания культур различных систематических групп в условиях экранирования геомагнитного поля, позволяющей не только сохранять их целевые свойства, но и повышать активность за счет адаптации к космическим условиям.  

1. Электромагнитные поля в биосфере (в двух томах). T.I. Электромагнитные поля в атмосфере Земли и их биологическое значение. - М.: Наука, 1984. с.375.

2. Электромагнитные поля в биосфере (в двух томах). Т.П. Биологическое действие электромагнитных полей. - М.: Наука, 1984. с.321.

3. Бурлаков А.Б. Антропогенные возмущения ионосферы как дестабилизирующий фактор гелиобиосферных корреляций / А.Б. Бурлаков, Ю.С.Капранов, Г.Э. Куфаль, СВ. Перминов // Вестн. Калужск. ун-та. 2007. №1. с. 15-24.

4. Биофизика / Учеб. [для студ. высш. учеб. заведений]. - М.: Гуманит. изд.центр ВЛАДОС, 2000. с. 288.

5. Григорьев О.А. Воздействие антропогенного электромагнитного поля на состояние и функционирование природных экосистем / О.А. Григорьев, Е.П. Бичелдей, А.В. Меркулов // Радиац. биология. Радиоэкология. 2003. Т.43. №5. с.544-551.

6. Brown F.A. Response animals to pervasise geophysical factors and the biological clock problem/ F.A. Brown.// Cold Spring Harbor Sympos. on Quant. Biol. 1960. v. 25. p.57.

7. Brown F.A., Barnwell F.H., Webb H.M. Adaptation of the magnetoreceptive mechanism of mud-snails to geomagnetic Strength/ F.A. Brown//Biol. Bull. 1964. v. 127. № 2. p. 221.

8. Brown F.A. Acompass directional rhenomenon in mud-snails and its relation to magnetism/ F.A. Brown, H.M. Webb, F.H. Barnwell //.Biol. Bull. 1964. v. 127. № 2. p.206.

9. Brown F.A. A unified theory for biological rhythms/ F.A. Brown, Jr// In : Circadian clocks. Ed. J. Aschoff. Amsterdam, 1965. p. 231.

10. Brown F.A. A hypothesis for extrinsic timing of circadian rhythms/ F.A. Brown, Jr// Canad. J. Bot. 1969. v. 47. № 2. p.287.

11. Аброськин В.В. К возможности влияния геомагнетизма и солнечной активности на некоторые признаки дрозофил /В.В. Аброськин // Ветеринария. Воронеж, вып. 2. 1969.: материалы научн. конф. Воронежский с/х ин-т им. К.Д. Глинки.- Воронеж: Воронежский с/х ин-т им. К.Д. Глинки. с. 69.

12. De Loecker W. Effects of pulsed electromagnetic fields on rat skin metabolism/ W. De Loecker, P.H. Delport, N. Cheng // Biochim Biophys Acta. 1989. Jun 26. 982(1). с. 9-14.

13. Niehaus M. Growth retardation, testicular stimulation, and increased melatonin synthesis by weak magnetic fields (50 Гц) in djungarian hamster, Phodopus sungorus/ M. Niehaus, H. Bruggemeyer, M. Behre Hermann, A. Lerchl // Biochem. And Biophys. Res. Commun.1997. 234. №3. p. 707-711.

14. Zoeger J. Delphinus delphis / J. Zoeger, J.R. Dunn, M. Fuller // Science. 1981. v. 213. р. 892-894.

15. Бауер Г.Б. Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме: Т.2. / Г.Б. Бауер, М. Фуллер, А. Перри, Д.Р. Данн, Д. Логер. - М.: Мир, 1989. с. 233-270.

16. Берман Г. П.,. Заславский Г. М. Статистическое описание движения частиц, захваченных нелинейной волной. ТМФ, 26:2 (1976), 234–245

17. Неман М.А. Влияние магнитных полей аномальных характеристик на биологические свойства стафилококков и кишечных палочек: автореферат диссертации на соискание учёной степени канд. мед. наук: 03.02.03/ Неман М.А., 2012.

18. Мизун Ю. Г. Космос и здоровье/ Мизун Ю. Г., Мизун П. Г.//— М.: Знание, 1984. 144 с.— (Наука и прогресс).

19. Беседин А.В. Особенности функционального состояния фагоцитов при воздействии магнитных полей различного происхождения: автореферат диссертации на соискание учёной степени канд. мед. наук: 14.00.36/ Беседин А.В., 2008.

20. Владимирский Б. М. Влияние солнечной активности на биосферу ноосферу/ Влади-мирский Б. М., Темурьянц Н. А.//. - М.: МНЭПУ, 2000.

21. Червинец В. М. Характеристика изменчивости бактерий в условиях моделирования пульсаций геомагнитного поля : автореф. дис. на соискание ученой степени канд. мед. наук : 03.00.07 / Червинец В.М., 1981.

22. Павлович С.А. Влияние магнитных полей на микроорганизмы: : автореф. дис. на соискание ученой степени канд. мед. наук : 03.00.07 / Павлович С.А., 1985.

23. Батыгин, Н.Ф., Говорун Р.Д., Данилов В.И. Метод предпосевной обработки клубней картофеля градиентным магнитным полем/ Батыгин, Н.Ф., Говорун Р.Д., Данилов В.И.//Сообщения объединенного института ядерных исследований. Дубна. 1985. с. 963.

24. Роль воды в процессах функционирования функционирования биологических структур и в их регулировании./ Аксенов С.И.// Биоэнергия. 1994. № 35. с. 39-47.

25. Новицкий Ю.И. Действие постоянного магнитного поля на растения / Ю.И. Новицкий // Вестник АН СССР. 1968. №9. с. 92.

26. Новицкий Ю.И. О некоторых особенностях действия постоянного магнитного поля на прорастание семян // Говорят молодые ученые / Ю.И. Новицкий, В.Ю. Стрекова, Г.А.Тараканова, В.П. Прудникова. - М.: «Московский рабочий», 1966. с. 47.

27. Дубров А.П. Ритмичность выделений органических веществ корнями злаковых растений / А.П. Дубров, Е.В. Булыгина //Физиол. растений. 1967. № 14.вып. 2. с. 257.

28. Muraji M. On the effect of alternating magnetic field on the growth of the primary root of corn / M. Muraji, W. Tatebe, T. Fujii // Met. Fac. Eng., Osaka City Univ. 1992. № 33. p. 61-68.

29. Ruzic R. Electromagnetic stimulation of buds of Castanea sativa, Mill, in tissue culture/ R. Ruzic, I. Jerman, A. Jeglic, D. Fefer // Electro- and Magnetobiol. 1992. V. 11, №2. p.145-153.

30. Kuznetsov O.A. Induction of root curvature by magnetophoresis: Abstr. Pap. Annu. Meet. Amer. Soc. Plant Physiologists, Portland, Ore, July 30-Aug. 1994/ O.A. Kuznetsov, K.H.Hasenstein // Plant Physiol.1994. v 5. № 1. c. 76.

31. Davies M.S. Effects of 60 Hz electromagnetic fields on early growth in three plant species and a replication of previous results/ M.S. Davies // Bioelectromagnetics . 1996. v.17, №2.p. 154-161.

32. Bovelli R. Stimulation of germination,callus growth and shoot regeneration of Nicotiana tabacum L.by Pulsing Electromagnetic Fields (PEMF)/ R. Bovelli, A.Bennici // Adv. Hort. Sci., 2000. v.14. №3. p.6.

33. Lucchesini M. The pulsed electromagnetic field stimulation effect on development of Prunus cerasifera in vitroderived plantlets/ M. Lucchesini, A.M.Sabatini, C. Vitigliano, P. Dario // Acta Horticultural. 1992. v.310. №131. p.136.

34. Рошко В.Г. Влияние электромагнитного поля линий электропередач на покрытосеменные растения / В.Г. Рошко, В.В. Роман // Наук. BicH. Ужгор. Ун-ту, сер. Бюл. 1997. № 4. c. 122-128.

35. Weindler P. Magnetic information affects the stellar orientation of young bird migrants/ P. Weindler, R. Wiltschko, W. Wiltschko // Nature (Gr. Brit.). 1996. v. 383, № 6596. p. 158-160.

36. Бауер Г.Б. Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме: Т.2. / Г.Б. Бауер, М. Фуллер, А. Перри, Д.Р. Данн, Д. Логер. - М.: Мир, 1989. c. 233-270.

37. Becker G. Magnetfeld-Orientierung von Dipteren /G.Becker//Naturwissenschaften, Bd 50. 1963. №21, p. 664.

38. Чуваев П.П. Влияние сверхслабого постоянного магнитного поля на ткани корней проростков и на некоторые микроорганизмы./Чуваев П.П.// Материалы П Всес. Совещания по изучению влияния магнитного поля на биологические объекты.- М., 1969. с. 252.

39. Белокрысенко С.С. Уровень спонтанной продукции фага как тест солнечной активност! / С.С. Белокрысенко, М.М. Горшков, М.А. Давыдова // Солнце, электричество, жизнь. -М.: изд-во МГУ, 1972. с. 88.

40. Gretz M.R. Cellulose biogenesis in bacteria and higher plants is disrupted by magnetic fields/ M.R. Gretz//Naturwissenschaften.1989. v.76. № 8. p. 380-383.

41. Матрончик А.Ю. Модель фазовой модуляции высокочастотных колебаний нуклеоида в реакции клеток Е. Coli на слабые постоянные и низкочастотные магнитные поля/ А.Ю. Матрончик, Е.Д. Алипов, И.Я. Беляев // Биофизика. 1996. т. 41. № 3. с. 642-649.

42. Алавердян Ж.Р. Влияние магнитных полей на фазы роста и кислотообразующую способность молочно-кислых бактерий / Ж.Р. Алавердян, Л.Г. Акопян, Л.М. Чарян, С.Н. Айрапетян // Микробиология.1996. т.65. № 2. с. 241-244.

43. Kudo Kozo Effect of an external magnetic flux on antitumor antibiotic neocarzinostatin yield by Streptomyces carzinostaticus var. F-41/ Kudo Kozo, Yoshida Yuko, Yoshimura Noboru, Ishida Nakao // Jap. j. Appl. Phys. Pt. 1. 1993. v.32, № 11 A. p. 5180-5183.

44. Макаревич А.В. Влияние магнитных полей магнитопластов на процессы роста микроорганизмов/ А.В. Макаревич // Биофизика.1999. т. 44, № 1. с. 70-74.

45. Жакун И.Б. Влияние магнитного поля на Helicumbacter/ Жакун И.Б.// Укр.мед. т. 4(66). №VII/VIII.

46. Калюжин В.А., Карташов А.С., Мигалкин И.В. Влияние слабых магнитных полей на скорость гликолиза/Калюжин В.А., Карташов А.С., Мигалкин И.В. // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1978. № 2. с. 16-18.

47. Калюжин В.А., Карташев А.Г., Мигалкин И.В. Влияние переменного, вертикально-ориентированного слабого магнитного поля на скорость реакции гликолиза /Калюжин В.А., Карташев А.Г., Мигалкин И.В. // Живые системы в электромагнитных полях. – Томск, 1978. с. 81-89.

48. Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология. / Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д.//- М.: Наука, 2000.

49. Muraji M. On the effect of alternating magnetic field on the growth of the primary root of corn / M. Muraji, W. Tatebe, T. Fujii // Met. Fac. Eng., Osaka City Univ. - 1992. - 33. - р. 61-68.

50. Ruzic R. Electromagnetic stimulation of buds of Castanea sativa, Mill. in tissue culture/ R. Ruzic, I. Jerman, A. Jeglic, D. Fefer // Electro- and Magnetobiol. - 1992. - 11, №2. - р. 145-153.

51. Kuznetsov O.A. Индукция искривления корня при магнетофорезе. Induction of root curvature by magnetophoresis: Abstr. Pap. Annu. Meet. Amer. Soc. Plant Physiologists, Portland, Ore, July 30-Aug. 1994/ O.A. Kuznetsov, K.H.Hasenstein // Plant Physiol.-1994.- 105, № 1, Supple.-С. 76.

52. Крашенинникова Т.К. Влияние факторов космического полёта на
микроорганизмы в отсутствие магнитного поля/Крашенинникова Т.К., Синицын А.Н.,
Синчурина Е.В., Мухоян М.З//Космонавтика и ракетостроение.- Королёв, 2011, с.
136-145.