– Эксперименты показывают, что магнитные поля влияют на цветение, фотосинтез, рост корней и побегов, работу устьиц и минеральное питание растений. Однако в природе подобные эффекты крайне трудно обнаружить, поскольку они очень слабы, непостоянны и маскируются мощным влиянием температуры, освещённости, влажности и сезонных изменений. Для таких наблюдений нужны модельные растения, чей рост можно измерять достаточно часто и точно. Сфагновые мхи особенно хорошо подходят для этой роли. Они формируют торфяники - болотные экосистемы, в которых накапливаются большие запасы углерода, а их линейный рост можно довольно точно измерять непосредственно в природных условиях, – пояснил автор исследования, научный сотрудник Института биологии КарНЦ РАН Виктор Миронов.
Слева: Вдавливание сфагнового покрова для индукции маркеров прироста - геотропических изгибов. Справа: площадка с индуцированными геотропическими изгибами
С 2015 по 2024 год учёный проводил мониторинг роста быстрорастущего мха Sphagnum riparium на двух болотных участках в окрестностях Петрозаводска, делая измерения с интервалом двое суток. В общей сложности наблюдения охватили десять полных вегетационных сезонов, 819 полевых выездов и 61 лунный месяц. Благодаря этой работе был собран редкий по масштабу массив данных – 245 860 измеренных побегов Sphagnum riparium. Основной акцент описываемого исследования был сделан на проверке гипотезы, становятся ли едва заметные геомагнитные колебания значимым сигналом в определённые моменты лунного цикла.
Мох Sphagnum riparium и пример динамики роста его побегов с 1 мая по 29 июня 2016 года
Геомагнитную активность оценивали по международному Kp-индексу, затем результат дополнительно сверяли с данными K-индекса магнитно-ионосферной обсерватории «Воейково» Санкт-Петербургского филиала ИЗМИРАН. Оба показателя дали практически одинаковую картину.
– Если сопоставить скорость роста мха и Kp-индекс по полному десятилетнему массиву наблюдений, признаки связи между ними отсутствуют и кажется, что геомагнитные вариации не влияют на Sphagnum riparium. Однако анализ, выполненный с учётом положения каждого наблюдения в лунном цикле, позволил выявить скрытую закономерность. Перед новолунием и полнолунием между скоростью роста и Kp-индексом выявлялась положительная связь, а сразу после этих фаз она становилась отрицательной. Иными словами, реакция не просто появляется в определённые фазы Луны, но и последовательно меняет знак. Так проявляется характерный «флип-флоп»-эффект, – рассказал Виктор Миронов.
Около полнолуний и новолуний заметен «флип-флоп» эффект,
представленный чередованием положительной и отрицательной реакции скорости роста сфагнума
на вариации геомагнитного поля (левый рисунок – исходные данные,
справа – после учета влияния луны на исходные данные)
По словам учёного, у мха есть достаточно узкие периоды чувствительности к геомагнитным вариациям: около 68 часов вокруг новолуния и около 75 часов вокруг полнолуния. На полном объеме данных кратковременные разнонаправленные реакции в «окнах» компенсируют друг друга, и при обычном анализе эффект просто растворяется в статистике.
Ранее в исследованиях Виктора Миронова было показано, что у Sphagnum riparium есть слабый, но устойчивый лунный ритм роста: около новолуния мох растёт немного быстрее, а около полнолуния - немного медленнее. Выявленная в новом исследовании реакция на геомагнитное поле не является повторением этого процесса. Уже известный ритм роста асимметричен и несколько смещён относительно точных моментов лунных фаз, что связано с одновременным влиянием на рост температуры, влажности, конкуренции в моховом покрове и собственными биологическими ритмами. Чувствительность к геомагнитному полю значительно точнее привязана к новолунию и полнолунию и поэтому почти симметрична относительно этих фаз.
Вероятное объяснение работы подобной системы у растений связано с фоторецепторами – белками, воспринимающими световые сигналы. В первую очередь речь идёт о криптохромах. У живых организмов они рассматриваются в качестве участников как восприятия лунного света, так и реакции на магнитные поля. У растений состояние криптохромов дополнительно регулируется специфическими фоторецепторами – фототропинами и фитохромом B, сигнальные пути которых также меняются в лунном цикле. Автор предполагает, что вариации лунного света могут временно переводить эту систему в состояния с различной чувствительностью к геомагнитным колебаниям. Пока это объяснение остаётся гипотезой и требует отдельных экспериментальных проверок.
Результаты исследования опубликованы в международном журнале Plant Biology. По словам Виктора Миронова, проведённая работа важна, прежде всего, как методический результат. Она показывает, что слабый фактор среды может становиться биологически значимым только при определённом сочетании внешних условий и физиологического состояния организма. Поэтому отсутствие результата при анализе связи между геомагнитной активностью и биологическим процессом ещё не означает отсутствия эффекта: он может быть замаскирован усреднением противоположно направленных реакций, возникающих в разные фазы лунного цикла.
– Выявленная на примере Sphagnum riparium закономерность задаёт важный ориентир для магнитобиологических исследований в природной среде. При проверке влияния геомагнитного поля на живые организмы следует учитывать фазу лунного цикла, а также проверять наличие кратковременных окон чувствительности. Этот подход позволит отличить отсутствие реакции от эффекта, который проявляется лишь в строго определённый момент, – резюмировал биолог.
