А. В. Степанов, Д. И. Тетельбаум, А. И. Димитриева, А. В. Константинова, Д. С. Юманов,

А. П. Попов, А. В. Коваленко

Чувашский государственный аграрный университет

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

регенерация, планарии, гиперзвук, молекулярная динамика, эффект дальнодействия.

В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния гиперзвуковых волн, возбуждаемых гетероструктурой (кремниевой пластиной с естественным оксидом) на выживаемость планарий после их декапитации. Целью работы было изучение физических и биологических факторов, влияющих на регенерацию планарий. Основным объектом исследования был модельный организм – планария Dugesia Tigrina. Эксперимент состоял в том, что проводилась декапитация планарий при помощи стерильного скальпеля. Было выделено 2 группы (контрольная и опытная) по 10 планарий в каждой. Выбирались планарии с длиной туловища около 10 мм. Декапитация проводилась так: отсекалась верхняя часть головы выше линии глаз планарий. В опытной группе сразу после декапитации проводилось облучение планарий гиперзвуком с помощью установки. Планарии были обезглавлены, а затем в течение недели находились под наблюдением в их среде обитания. Происходила идентификация и подсчет микроорганизмов, посев бактериальной микрофлоры, контроль температуры и pH. Для объяснения механизмов, возникающих под действием гиперзвука, была разработана математическая модель прохождения гиперзвуковых волн через тонкий слой воды вблизи границы раздела стекло-жидкость. После декапитации опытной группы было обнаружено, что в опытной группе, подвергшейся воздействию гиперзвука, в процессе регенерации выживаемость планарий была на 60 % выше, чем в контрольном варианте. Было доказано, что в водной среде вдоль границы раздела стекло-вода гиперзвуковое распространение происходит с меньшим затуханием, чем в водяном столбе. Это приводит к волноводному эффекту и улучшенной передаче гиперзвуковых эффектов исследуемым организмам.

This paper presents the results of experimental studies of the influence of hypersonic waves excited by a heterostructure (silicon wafer with natural oxide) on the survival rate of planarians after their decapitation. The aim of the work was to study the physical and biological factors affecting the regeneration of planaria. The main object of the study was a model organism, the planarian Dugesia Tigrina. The experiment consisted in decapitation of planarians using a sterile scalpel. Was allocated 2 groups (control and experimental), 10 planarians in each. Planaria with a body length of about 10 mm were selected. The decapitation was carried out as follows: the upper part of the head was cut off above the line of the eyes of the planarians. In the experimental group, immediately after decapitation, planarians were irradiated with hypersound using a device. Planaria were decapitated and then monitored for a week in their habitat. Identification and counting of microorganisms, sowing of bacterial microflora, temperature and pH control took place. To explain the mechanisms that arise under the action of hypersound, a mathematical model was developed for the passage of hypersonic waves through a thin layer of water near the glass-liquid interface. After decapitation of the experimental group, it was found that in the experimental group exposed to hypersound, the planarian survival rate during regeneration was 60% higher than in the control variant. It was proved that hypersonic propagation in an aqueous medium along the glass-water interface occurs with less attenuation than in a water column. This leads to a waveguide effect and improved transmission of hypersonic effects to the studied organisms.

1. Бецкий О. В. Миллиметровые волны в живых системах / О. В. Бецкий, В. В. Кислов, Н. Н. Лебедев. – Москва: Сайнс-Пресс, 2004. – 272 с.


2. Влияние cлабыx магнитныx полей в pазные фазы pегенеpации планаpий / О. Н. Петpова, C. Н.Мякишева, C. C. Попова, К. Б. Аcланиди. // Биофизика – 2015. – № 60. – С. 158–163.


3. Иванова, Р. Н. Морфология, биохимические показатели крови, продуктивность и сохранность перепелов при использовании пробиотической добавки к корму «БАЦЕЛЛ» / Р. Н. Иванова, И. А. Алексеев // Российский журнал Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. – 2012. № 1 (7). – С. 168-172.


4. Левшунова, В. Л. Автоколебания распределенных зарядов в естественном оксиде на поверхности кремния как источник возбуждения процессов, ответственных за эффект дальнодействия / В. Л. Левшунова, Г. П. Похил, Д. И. Тетельбаум // Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования. – 2011. – № 3 – С.1 - 4.


5. Опыт выращивания телят с применением пробиотика споробактерина / Тирас Х. П, И. А. Алексеев, А. М. Волков, Р. Н. Иванова // Аграрный вестник Урала. – 2015. – № 2 (132). – С. 12-15.


6. Роль границы раздела водная среда-твердое тело в передаче возбуждения кремния светом / Д. И. Тетельбаум, В. С. Туловчиков, Ю. А. Менделева, Е. В. Курильчик [и др.] // Журнал технической физики. – 2019. – № 89. – С.1427.


7. Тетельбаум, Д. И. Эффект дальнодействия при малоинтенсивном облучении твердых тел / Д. И. Тетельбаум, Е. В. Курильчик, Ю. А. Менделева // Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования. – 2009. – № 3 – С. 94-103.


8. Тирас, Х. П. Регламентация условий культивирования планарий и параметров морфометрического эксперимента / Х. П. Тирас, К. Б. Асланиди // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 6. – С. 515.


9. A comparative transcriptomic analysis reveals conserved features of stem cell pluripotency in planarians and mammals / R. M. Labbé, M. Irimia, K. W. Currie, A. Lin [et al.] // Stem Cells. – 2012. – N 30. – P. 1734.


10. Exploring the conformational and reactive dynamics of biomolecules in solution using an extended version of the glycine reactive force field Physical Chemistry Chemical Physics / S. Monti, A. Corozzi, P. Fristrup, K. L. Joshi [et al.]. – 2013. – N15. – P. 15062.


11. Hirel, P. Atomsk: a tool for manipulating and converting atomic data files / P. Hirel // Computer Physice Communication. – 2015. – N 197. – P. 212.


12. Hirsch, T. K. Quantum-Chemical and Force-Field Investigations of Ice Ih: Computation of Proton-Ordered Structures and Prediction of Their Lattice Energies / T. K. Hirsch, L. Ojamäe // The Journal of Physical Chemistry B – 2004. – N 108 – P. 15856.


13. Planarians: an in vivo model for Regenerative Medicine Int. J. Stem Cells. / A. Karami, H. Tebyanian, V. Goodarzi, S. Shiri. – 2015. – N 8. – P. 128-133.


14. Plimpton, S. Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics Journal of Computational Physics / S. Plimpton. – 1995. – N 117 – P. 1.


15. Practice of «Lomonosov» / Vl. V. Voevodin, S. A. Zhumatiy, S. I. Sobolev, A. S. Antonov [et al.] // Supercomputer Open Systems J. – 2012. – N 7. – P. 349–352.


16. Reactivating head regrowth in a regeneration-deficient planarian species / Liu, S. Y, C. Selck, B. Friedrich, R. Lutz [et al.]// Nature. – 2013. – N 500. – P. 81.


17. The Schmidte amediterranea database as a molecular resource for studying platyhelminthes, stemcells and regeneration / A. Sánchez, A. Lvarado, P. A. Newmark, S. M. Robb [et al.] // Development. – 2002. – N129 – P. 5659.


18. Stukowski, A. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. / A. Stukowski – 2010. – N18 – P. 015012.