Влияние геомагнитной активности на биологические объекты показано в корреляционных исследованиях. Однако в естественных условиях крайне затруднительно выделить отдельные составляющие сложного сигнала геомагнитной бури и связать их с биологическими показателями в достаточно объемной для статистического анализа выборке. Применение экспериментальных подходов впервые позволило выделить отдельные временные промежутки и частотные составляющие сложного естественного сигнала геомагнитной бури и исследовать влияние этих факторов на гидробионтов.

Для всесторонней оценки влияния имитации геомагнитных бурь на гидробионтов были использованы представители разных экологических и таксономических групп, показавшие ранее свою чувствительность к магнитным воздействиям. В опытах имитировали типичную сильную геомагнитную бурю, записанную вблизи места проведения экспериментов. В качестве контрольных условий использовали немодифицированное невозмущенное геомагнитное поле (51.7 мкТл, наклонение 75.05о). Воспроизведение геомагнитных возмущений осуществляли при помощи специально разработанной экспериментальной установки (патент RU 108640 U1).

В серии экспериментов с разными видами гидробионтов значимые отличия от контроля наблюдали, в основном, после экспозиции гидробионтов в тех геомагнитных флуктуациях, которые соответствовали главной фазе и начальным этапам фазы восстановления бури. Для исследования частотных составляющих геомагнитной бури был использован широкополосный сигнал, соответствующий главной фазе, а также две его составляющие: в диапазоне 0-0.001 Гц и 0.001-5 Гц. Результаты указали на то, что в составе исследованного сигнала геомагнитной бури наибольшей биологической эффективностью обладали медленные флуктуации в диапазоне 0-0.001 Гц, соответствующие главной фазе и начальным этапам фазы восстановления. Т.е. биологически эффективными в наших экспериментах были медленные флуктуации в том же диапазоне, в котором происходит регистрация суточной геомагнитной вариации.

По мнению некоторых исследователей, суточная геомагнитная вариация может выступать в роли внешнего водителя для циркадных биологических ритмов. Геомагнитные бури в таком случае могут восприниматься гидробионтами как один из пиков суточной вариации геомагнитного поля в ряду регулярных суточных флуктуаций, который не согласуется с естественным циклом освещенности – другим синхронизатором циркадных биологических ритмов. Можно предположить, что десинхронизация биологических процессов, модулируемых разными экзогенными водителями ритма, является основой влияния геомагнитных бурь на гидробионтов.

В соответствии с этим предположением, эффекты, подобные влиянию геомагнитных бурь, должны проявляться при смещении суточной геомагнитной вариации относительно смены дня и ночи. Кроме этого, эффекты геомагнитных бурь должны зависеть от того, на какое время суток приходится главная фаза и начальные этапы фазы восстановления бури. Эксперименты со смещением суточной геомагнитной вариации на 6 и 12 часов относительно смены дня и ночи (ночные геомагнитные события происходили утром или днём), а также с воспроизведением имитации главной фазы геомагнитной бури в разное время суток подтвердили эту гипотезу.

Закономерным продолжением этого направления исследований стало изучение увлечения биологических циркадных ритмов медленными магнитными флуктуациями при отсутствии первичного водителя – цикла свет-темнота. В экспериментах с данио рерио при постоянном освещении ритмы двигательной активности рыб следовали за медленными изменениями индукции внешнего магнитного поля, приводя к смещению периода относительно исходного ритма. Однако при анализе околосуточных ритмов предпочтения разных горизонтов в вертикальном столбе воды для этих рыб не удалось получить такую же четкую картину. В настоящее время эксперименты продолжаются на слепых пещерных рыбах Astyanax mexicanus, которые, предположительно, могут обладать большей магниточувствительностью.

Обсуждается роль белков криптохромов в процессах, отвечающих за восприятие медленных магнитных флуктуаций и модуляцию биологических циркадных ритмов.

The influence of geomagnetic activity on biological objects is shown in correlation studies. However, it is extremely difficult to isolate the components from a complex signal of a geomagnetic storm and associate them with biological indicators in a sample large enough for statistical analysis under natural conditions. The use of experimental approaches for the first time made it possible to isolate time intervals and frequency components of a typical geomagnetic storm and study the influence of these factors on aquatic organisms.

We used representatives of different ecological and taxonomic groups, which had previously shown their sensitivity to magnetic effects, to study the simulated geomagnetic storm influence on aquatic organisms. In the experiments, we simulated a typical strong geomagnetic storm recorded near the place of the experiments. The unmodified and undisturbed geomagnetic field (51.7 µT, inclination 75.05°) was used as control conditions. The simulation of geomagnetic fluctuations was carried out using a specially designed experimental setup (patent RU 108640 U1).

In a series of experiments with different types of aquatic organisms, significant effects were observed mainly after the exposure of aquatic organisms to those geomagnetic fluctuations that corresponded to the storm's main phase and the initial stages of the recovery phase. To study the frequency components of a geomagnetic storm, we utilized a broadband signal corresponding to the storm's main phase and two of its constituents: 0-0.001 Hz and 0.001-5 Hz. The results revealed that the highest biological efficiency had slow fluctuations in the range of 0–0.001 Hz, which corresponded to the storm's main phase and the initial stages of the recovery phase. I. e., slow fluctuations in the same range in which the daily geomagnetic variation registers affected aquatic organisms in our experiments.

It is suggested that diurnal geomagnetic variation can be an external zeitgeber for circadian biological rhythms, in addition to the primary night–day light cycle synchronizer. Geomagnetic storms may be perceived by an organism as a disruption of diurnal geomagnetic variation in this case. The inconsistency of biological processes synchronized with different zeitgebers may cause effects described in articles reporting correlations between geomagnetic indices and medical or biological parameters.

Following this assumption, effects similar to the influence of geomagnetic storms should manifest themselves when the diurnal geomagnetic variation shifts relative to the change of day and night. In addition, the effects of geomagnetic storms should depend on the time of day when the storm's main phase occurs. Experiments with a shift of the diurnal geomagnetic variation by 6 and 12 hours relative to the change of day and night (nighttime geomagnetic events occurred in the morning or afternoon), as well as with the reproduction of the main phase of a geomagnetic storm at different times of a day, confirmed this hypothesis.

A logical continuation of this line of research was the study of biological circadian rhythms entrainment by slow magnetic fluctuations in the absence of the primary light-dark zeitgeber. In experiments with zebrafish, the rhythms of fish locomotor activity followed slow changes in the induction of the external magnetic field under constant illumination. It resulted in a shift of the period relative to the initial rhythm. However, the preferences of different horizons in the vertical water column for these fish failed to obtain the same clear picture when analyzing circadian rhythms. Currently, experiments are ongoing on the blind cavefish Astyanax mexicanus, which, presumably, maybe more magnetically sensitive.

The role of cryptochromes in the processes responsible for the perception of slow magnetic fluctuations and the modulation of biological circadian rhythms is discussed.