МЕТОДКАБИНЕТ.РФ

Всероссийский педагогический портал

Прохорова Светлана Викторовна, учитель химии и биологии МКОУ «Красногвардейская СОШ» Тёпло-Огарёвского района Тульской области

 

Исследовательский проект

«Влияние электромагнитного излучения мобильного телефона на прорастание семян огурца»

 

 

Вводное занятие

На вводном занятии учащиеся сами предлагают темы исследовательских работ (проектов), в чем и проявляется субъект-субъектные отношения педагога и учащихся. Если учащиеся предлагают несколько тем, то можно выбрать тему, например, тайным голосованием: все темы пронумеровать, а потом раздать номерки со всеми темами каждому учащемуся, потом попросить сдать каждого только по одному номеру с выбранной темой проекта.

Дале после выбора темы определяем цели задачи проекта. Для решения каждой конкретной задачи формируется группа учащихся (по желанию). В нашем случае это следующие рабочие группы: «Теоретики», «Экспериментаторы», Фотографы», «Компьютерные оформители». На вводном занятии предварительно определяются сроки выполнения проекта.

Группа «Теоретиков» реализует задачи теоретического этапа; группа «Экспериментаторов» - проводит эксперимент, делает выводы; группа «Фотографов» - выполняет фотоснимки по требованию «Теоретиков» и «Экспериментаторов»; «Компьютерные оформители» представляют материал в цифровом виде. Из «экспериментаторов» и «Теоретиков» выделяются делегаты, могущие презентовать и транслировать материал широкой аудитории.

Промежуточные занятия:  каждая группа занимается решением своей задачи, обмениваются полученными результатами, корректируют ход своей работы (сопоставляя с задачами и результатами других групп).

Заключительное занятие-презентация: трансляция результатов на внутришкольной (межшкольной) конференции; родительском собрании и т.д.

 

Введение

Проблема влияния на живые объекты ЭМП (электромагнитных полей)  и ЭМИ  (электромагнитных излучений),  в том числе РЧ  (радиочастотного)  диапазона как фактора производственной среды и среды обитания, не только продолжает сохранять свою актуальность,  но и приобретает особую значимость по мере дальнейшего развития научно-технической революции .

При вступлении нашей цивилизации в третье тысячелетие сотовые телефоны стали одним из важнейших факторов внешней среды,  воздействующих на человека. Влияние ЭМИ УВЧ (ультравысокой частоты) сотовых телефонов нельзя недооценивать. Такое воздействие может не только негативно сказаться на функциях органов,  но и вызывать генетические изменения в клетках.  Следовательно,  излучение сотового телефона является физическим мутагеном – фактором, способным вызывать нарушения ДНК – мутации .

Следует отметить, что УВЧ-излучение повреждает генетический материал не только в соматических клетках, но и в половых, значит, нарушения будут передаваться следующему поколению и проявляться в виде наследственных и онкологических болезней,  преждевременного старения клеток. Генный аппарат устроен сходным образом у всех эукариот, поэтому неионизирующее излучение влияет на хромосомы разных групп организмов сходным образом.

Согласно данным литературы,  повреждение генетического материала может происходить путем активации УВЧ-излучением ряда процессов: образование свободных радикалов  (окислительный стресс),  микротермальные эффекты в клеточных структурах  (экспрессия генов теплового шока),  воздействие на ДНК-репарирующие механизмы и др.

Широкое исследование влияния сотовых телефонов проводится за рубежом, однако результаты противоречивые .  При этом применяемые методики основаны на использовании различных, зачастую специфичных тест-объектах,  которые варьируют по чувствительности.

Целью нашей работы было установить характер влияния излучения мобильного телефона марок.

 

Задачи исследования:

  • Познакомиться с историей изучения данного вопроса в современной литературе.
  • Освоить методы сбора информации, научиться ее анализировать, классифицировать и систематизировать.
  • Изучить характеристики излучения радиосигналов.
  • Разработать схему практической части исследования;
  • Овладеть методикой постановки опытов в данном исследовании.
  • Научиться правильно анализировать результаты, трансформировать их в графики и таблицы.
  • На основании полученных данных сформулировать выводы.
  • Транслировать результаты учащимся, педагогам, родителям (широкой общественности).

 

1. Характеристика проекта

Тип проекта:  краткосрочный (16 дней).

1-ый этап : определение темы, цели и задач;

2-ой этап:  теоретический (работа с литературными источниками, интернет-ресурсами по данной теме проекта);

3-й этап: практический (постановка опыта);

4-й этап: обработка результатов, формулирование выводов.

5-й этап: оформление результатов исследования, публичное их представление.

Методы исследования:

- анализ литературных источников;

- эксперимент;

- наблюдение и описание, фотосъемка;

- обработка статистическая обработка полученных данных;

- корреляция гипотез и результатов

 

2. Методика проведения исследования: теоретический этап

 

2.1. История вопроса: изучения механизмов воздействия УВЧ излучения на живые структуры.

В современной научной литературе обсуждается ряд возможных физических

механизмов воздействия УВЧ излучения на живые структуры. Согласно классическому механизму происходит нагревание тканей, что объясняют, например, зарегистрированной в экспериментах экспрессией генов теплового  значимого нагревания зарегистрировано не было. Поэтому как считают многие исследователи, данный эффект и другие скорее всего обусловлены нетепловым действием ЭМИ УВЧ. Освещаются также исследования биоэффектов УВЧ излучения в экспериментах in vivo, in vitro и эпидемиологических. Ряд исследований были проведены под руководством акад. Н.Д. Девяткова и проф. О.В .Бецкого, где, в частности, было показано, что в ряде случаев УВЧ-облучение живого организма может иметь заметный терапевтический эффект (IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» – ИРЭ РАН, 29 ноября -3 декабря 2010 г.).

С позиций квантовой механики, можно предположить, что в данном случае происходит избирательное взаимодействие между атомами биомолекулы и квантами электромагнитного излучения с определенными характеристиками. Если энергия квантов электромагнитного излучения будет соответствовать энергии изменения квантового состояния атомов биомолекулы, то это может вызвать изменение свойств и структуры биомолекулы за счет перераспределения энергии, которое описал основатель квантовой биохимии Сент-Дъердьи . Тогда возможно, например, изменение энергии активации фермента как сказано выше. Кроме того, возможны нарушения функции других компонентов клетки (IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» – ИРЭ РАН, 29 ноября -3 декабря 2010 г.).

Широкое исследование влияния сотовых телефонов проводится за рубежом, однако результаты противоречивые.  При этом применяемые методики основаны на использовании различных, зачастую специфичных тест-объектах,  которые варьируют по чувствительности,  и результаты поэтому оказываются несопоставимыми.

В России это направление не развито,  работы отечественных ученых единичны и представлены в зарубежных изданиях . Поэтому представляется актуальным вести изучение по данной тематике. Наибольший интерес представляют работы Д. С. Песни, А. В. Романовского, И. М. Прохоровой, Т. К. Артёмовой, М. И. Ковалёвой, А. Н. Фомичевой, Е. С. Кондаковой, К. М. Халюто, С. А. Вакорина  «Исследование мутагенного эффекта модулированного УВЧ излучения сотовых телефонов на растительных и животных организмах in vivo» Ими разработаны методики оценки последствий воздействи ЭМИ УВЧ на корневые меристемы лука вида  Allium сера L.  Объектом исследования являлась меристема проростков корешков лука посевного –  Allium cepa сорта Штутгартен,  который впервые пред-

ложен Шведской Королевской Академией Наук как стандартный тест-объект,  хорошо зарекомендовавший себя в течение длительного при-менения и известный как Allium test.

Выбранный тест на растительном организме экономичен, так как на нем (в отличие от микроорганизмов) можно регистрировать все типы генетических повреждений:  геномные,  хромосомные,  генные. Позволяет выявлять как мутагены, непосредственно повреждающие ДНК,  так и промутагены,  т.е.  вещства, проявляющие  мутагенную активность в процессе метаболизма в организме .

Allium test рекомендован экспертами ВОЗ как стандарт в цитогенетическом мониторинге окружающей среды,  т.к.  результаты,  полученные на данном тесте, показывают корреляцию с тестами на других организмах:  водорослях,  растениях, насекомых, в том числе и млекопитающих. Чувствительность данного тест-объекта сходна с чувствительностью клеток китайского хомяка и клеток лимфоцитов человека – аналогичными тест-объектами для оценки факторов окружающей среды.

Так, установлено, что УВЧ-излучение сотового телефона повреждает микротрубочки, которые ответственны за образование веретена деления. Зарегистрированы хромосомные мутации (отставания, потери хромосом), связанные с повреждением ахроматинового веретена. Следует отметить, что в свете последних направлений исследований в области физических и биологических наук ответственными за генетические изменения биологического материала могут оказаться и механизмы, о которых ученые едва начинают догадываться (квантовая энтропийная логика, коллективные взаимодействия в живых системах, нелокальные взаимодействия и т.д.). Однако исследования в этих областях находятся на начальной стадии.

 

2.2. Характеристика излучения мобильных телефонов

О вреде электромагнитного излучения мобильных телефонов написано немало. Точно также как немало скептиков, уверенных, что результаты экспериментов не достоверны. Истина, наверное, как всегда где-то посередине.
Современная медицина не определилась с этим вопросом. Одни учёные сообщают о большей вероятности заболеть лейкемией, раком костного мозга, подхватить другие злокачественные опухоли, нарушениям сна, снижении работоспособности, иммунитета. С другой стороны некоторые исследования говорят об обратимости влияния на организм человека (то есть нарушения проходят, если долго не пользоваться телефоном).
Сотовая и мобильная связь осуществляется при помощи электромагнитных волн конкретной частоты. В зависимости от характеристик сигнала он может значительно усилить фоновое излучение. Электромагнитные волны представляют собой колебания электрического и магнитного полей. Волны, проходя через любые материалы, взаимодействуют с ними. Люди научились управлять электромагнитными волнами и использовать для своих нужд.Здесь можно вспомнить микроволновые печи. Также, как и микроволновые печи, радиоволны с частотой выше 1 МГц нагревают живые ткани. Это может привести к разрушению белков. Это и превращает здоровые клетки в раковые клетки. Кроме того радиоволны влияют на нервную ткань. Они изменяют проницаемость нервных клеток для ионов кальция. Человек становится нервным и легко возбудимым, электромагнитные волны могут спровоцировать депрессию или эмоциональные взрывы. Это показывает, что действие зависит от индивидуальных особенностей организма. Не зависимо оттого, наносят ли вред организму человека мобильные телефоны, то, что они воздействуют на людей, установленный факт. Поэтому в мире существуют стандарты, ограничивающие излучение мобильных телефонов.

Для этого на Западе понадобилось специально выдумать физическую величину для измерения, показывающую количество поглощённой энергии от мобильного телефона. Для этого изобрели SAR (Specific Absorption Rate), который измеряется в Вт/кг. У нас излучение традиционно измеряется энергией, проходящей через квадратный сантиметр, то есть определяется не выделяющаяся в тканях энергия, а входящая в ткани. 
В Европе предельное значение излучения 2 Вт/кг, в США -- 1,6 Вт/кг. У большинства телефонов средний уровень SAR 1 Вт/кг. Наши стандарты строже импортных, но на самом деле все эти цифры взяты с потолка. Никто не знает какой уровень излучения вреден, да и вообще нужно ли измерять SAR или больше важна другая физическая величина.
В первую очередь излучение влияет на работу мозга. Есть ли математические способы рассчитать поглощенную в мозге энергию? Компьютерные программы, использующие алгоритмы на основе этих методов, показывают, что напряжённость электромагнитного поля зависит от большого количества факторов. Выдвижная антенна улучшает качество связи с базовой станцией, и телефон снижает мощность передаваемого сигнала. Средний SAR при этом снижается, но обязательно появляется несколько точек, где SAR повышен. Поле сильно меняется, если телефон имеет откидную крышку, из-за отражения сигнала от корпуса телефона, и т.д. То есть математические вычисления очень помогают представить себе картину поля вокруг сотового телефона.

 

Таблица 1. SAR некоторых наиболее распространенных марок мобильных телефонов:

Модель телефона

SAR, Вт/ кг

Motorola SIvr L6

1,58

Motorola V 1 20c

1,55

Motorola V70

1,5-4

Motorola C290

1,53

Motorola PS767

1,53

Motorola ST7868

1,53

Motorola ST786 8W

1,53

Motorola A845

1,5 1

Falm Treo 650 GSM

1,51

Panasonic Allure

1,5 1

Audiovox РРС66001

0, 12

Motorola MPx200

0,2

Motorola Timeport L7089 Qualcomm pdQ-1 900

0,22

T-Mobile Sidekick

0,276

Samsung SGH-S1 OO

0,296

Samsung SGH-S1 05

0,296

Sony Ericsson Z600

0,31

Mitsubishi G360

0,32

Siemens S4Q

0,33

Nokia 6300

0,57

Nokia 1606                                                        1,38

Nokia 2118                                                        0,89

Таблица 2. SAR некоторых наиболее распространенных марок iPhone

Модель

SAR, Вт/кг

iPhone 2G

0,97

iPhone 3G

1,388

iPhone 3GS

1,19

iPhone 4

1,17

iPhone 4S

1,18

 

От чего зависит излучение?

Излучение мобильного телефона зависит от SIM-карты. Точнее не от самой SIM-карты, а от мобильного оператора, которым пользуется владелец телефона. Чем больше базовых станций находится в этой местности, тем меньше будет мощность сигнала от телефона. Сами базовые станции в таких случаях имеют меньший уровень сигнала. То есть выбирать лучше крупных операторов с большим количеством абонентов. Близость самой базовой станции тоже снижает сигнал. С другой стороны жить в доме с базовой станцией на крыше тоже не сильно полезно для здоровья. Излучение также сильно зависит от режима работы мобильного телефона. Наибольший уровень излучения телефон выдаёт вовремя вызова, при приёме-отправке SMS. Поэтому нужно держать телефон в этот момент как можно дальше от головы. В несколько раз меньше излучает сотовый вовремя разговора, но при долгом разговоре может телефон может облучить своего хозяина и больше, чем в состоянии вызова. Поэтому безопаснее всего разговаривать через гарнитуру и стараться ограничить свои разговоры по времени. В режиме ожидания телефон тоже время от времени связывается с базовой станцией. Поэтому носить его нужно подальше от жизненно важных органов: в сумке или портфеле.
В интернете можно найти сравнительные таблицы SAR разных моделей. Если человек при выборе мобильного телефона руководствуется такими таблицами, то можно уверенно сказать, что он заботится о своём здоровье и здоровье окружающих его людей, на которых тоже влияет излучения телефона. Особенно при разговоре по телефону в общественном транспорте.

 

3. Методика проведения опыта (практический этап)

Для проведения опыта разработали следующую схему:

1)    в качестве тест-объекта взяли семена огурца сорта Апрельский F1;

2)    было решено заложить опыты  с различными параметрами мощности излучения, времени экспозиции. Всего поставлено три варианта опыта. Для создания фактора электромагнитного излучения в нашем исследовании использовались персональные сотовые телефоны компании Apple, модель iPhone 3G (SAR 1,388 Вт/кг); компании Samsung SGH – S105   (SAR 0,296 Вт/кг); Nokia 2118 (SAR 0,89 Вт/кг);

3)    первый вариант опыта: в четыре чашки Петри поместили по 20 семян огурца на очень влажной марлевой салфетке. Чашка №1 – контрольная. Чашки №2, №3, №4 помещались на расстояние 1см как от задней, так и от передней панели телефона и подвергались облучению телефоном марки  Samsung SGH – S105   (SAR 0,296 Вт/кг) в режиме связи. Время экспозиции чашки №2 – 1 час в сутки, чашки №3 – 2 часа, чашки №4 – 4 часа;

4)    второй вариант опыта:  три чашки с влажными семенами (как и в первом варианте), промаркированными номерами 5,6,7 подвергались облучению телефоном марки iPhone 3G (SAR 1,388 Вт/кг)  в режиме связи. Время экспозиции чашки №5 – 1 час в сутки, чашки №6 – 2 часа, чашки №7 – 3 часа;

5)    третий вариант опыта: три чашки с номерами 8, 9, 10 подвергались облучению телефонами с разными уровнями  SAR соответственно: чашка №8 - Samsung SGH – S105   (SAR 0,296 Вт/кг); чашка №9 - Nokia 2118 (SAR 0,89 Вт/кг); чашка №10 - iPhone 3G (SAR 1,388 Вт/кг). Время экспозиции в этом опыте для всех трёх проб составило – 1 час.  Чашка №1 служила контролем для всех трёх вариантов опыта. Все пробы были заложены в один день и в одно время. Чашки помещены на достаточно освещенное место, температура – 25 градусов Цельсия. Семена ежедневно увлажняли по мере необходимости

Далее мы контролировали время появления проростков и динамику их роста: изменение размеров корешков течение недели после прорастания. Данные результатов фиксировали, обрабатывали: составляли таблицы и графики.

 

4. Результаты

 

Результаты в первом варианте опыта

Таблица 1. Зависимость прорастания семян в четырёх пробах от времени экспозиции излучения (телефон с одним показателем SAR)

№ пробы

SAR

Время

Экспо-зиции

3-й

день

4-й

день

5=й

день

6-й

день

7-й

день

1

Конт-роль

-

всходы

3 мм

6 мм

8 мм

11 мм

2

0,296

1 час

-

всходы

2 мм

4 мм

7 мм

3

0,296

2 часа

-

-

-

-

-

4

0,296

4 часа

-

-

-

-

-

Результаты второго варианта опыта

Таблица №2. Динамика прорастания семян в пробах №5, №6, №7, №8 в зависимости от времени экспозиции излучения с телефоном, имеющим более высокий показатель SAR

пробы

SAR

Время

Экспо-зиции

3-й

день

4-й

день

5-й

день

6-й

день

7-й

день

1

Конт-роль

 

всходы

3 мм

6мм

8 мм

11 мм

5

1,388

1 час

-

-

-

-

появле-

ние всходов

6

1,388

2 часа

-

-

-

-

-

7

1,388

3 часа

-

-

-

-

-

Результаты третьего варианта опыта

Таблица 3. Динамика прорастания семян в пробах №8, №9, №10 в зависимости от разной степени излучения (разные уровни SAR) в течение одинаковой экспозиции.

№ пробы

SAR

Время

Экспо-зиции

3-й

день

4-й

день

5=й

день

6-й

день

7-й

день

1

Конт-роль

-

всходы

3 мм

6 мм

8 мм

11 мм

2

0,296

1 час

-

всходы

2 мм

4 мм

7 мм

3

0,89

1 час

-

-

-

Появ-ление

всхо-дов

2мм

4

1,388

1 час

-

-

-

-

появ-ление

всхо-дов

 

5.Выводы

Таким образом, в ходе исследования нами сформулированы следующие выводы:

1. При использовании телефона марки Samsung SGH – S105   (SAR 0,296 Вт/кг) с минимальным уровнем SAR (в нашем эксперименте), но с разным временем экспозиции, наблюдается прямая зависимость: чем больше время, тем хуже динамика прорастания семян. При экспозиции в 1 час прорастание семян в пробе №2 запаздывает на сутки по сравнению с контрольным образцом. При увеличении времени экспозиции до 2-х и 4-х часов соответственно в в пробах №3 и №4 изменений не произошло.

2. Второй и третий варианты опытов продемонстрировали прямую зависимость между разными показателями SAR в течение 1 часа. Высокие уровни показателей SAR нарушают физиологию прорастания семян.

 

6.Заключение

Проведенное  исследование показало, чем дольше и чаще происходит воздействие неионизирующего излучения на прорастание семян огурцов во всех вариантах опытов тем выше  отрицательный  эффект от воздействия сотового телефона. Чем дольше и чаще происходит воздействие,  тем более выраженными будут аномалии развития живых организмов.

Так как клетки всех живых организмов имеют сходный план строения, то мы смеем предположить, что такое же негативное влияние оказывает мобильная связь и на организм человека. Это должно заставить нас бережнее относиться к своему здоровью.

С результатами исследования мы ознакомили учащихся нашей школы и педагогов. Было решено расширить рамки этого проекта, и в следующий раз подробнее изучить влияние  излучения на организм человека.

 

Список литературы

1.  Бабаназарова,  О.В.  Пространственная и временная динамика мутагенной активности воды оз.Неро  [Текст] /  И.М.  Прохорова и др. -  Биология внутренних вод;  Ин-т биологии внутр.  вод им.  И.Д. Папанина РАН. – М. : Наука, 2008. – 59 с.

2. Прохорова,  И.М.,  Фомичева,  А.Н.,  Ковалева, М.И.  Генетическая токсикология: [Текст]:  учеб. Пособие,  И.М.  Прохорова и др. –  ЯрГУ:  Ярославль, 2005. – 132 с.

3. Калаев,  В.Н.  Цитогенетические реакции лиственных древесных    растений на стрессовые условия и перспективы их использования для оценки  генотоксичности окружающей среды  [Текст] /  В.Н. Калаев. – Воронеж, 2009. - 414 с.

4. Калаев,  В.Н.,  Карпова,  С.С.  Цитогенетический мониторинг: методы оценки загрязнения окружающей

среды и состояния генетического аппарата организма

[Текст] / В.Н. Калаев. – Воронеж, 2004. - 80 стр.