ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ, КОТОРУЮ НЕЛЬЗЯ ОСТАНОВИТЬ

Достаточно ли зрелыми являются люди для того, чтобы разумно ис­пользовать ту силу, которую они не­избежно получат из рук ученых?

В II ВЕРНАДСКИЙ

Цепная реакция — это химическая или ядерная реак­ция, в которой появление активной частицы вызывает большое число превращений неактивных молекул.

Процесс развивается с самоускорением, лавинообразно, неудержимо.

Горение пороха — пример такой реакции Развитие радиобиологии как самостоятельной научной дисциплины тоже шло по законам цепных реакций, стре­мительно, в предельно сжатые сроки.

Прочитаем современное определение радиобиологии, которое дается в академическом издании

«Радиобиология — наука, исследующая механизмы и закономерности действия ионизирующих излучений на биологические объекты. Эта наука является тем фундамен­том, на котором строится использование ядерных излуче­ний в медицине, сельском хозяйстве и биопромышленно­сти»

Быть таким «фундаментом» — не простая задача.

С чего начинается радиобиология?

Не будет большим упрощением, если ответим так. все начинается с поглощения энергии клеткой. А как измерить дозу поглощенной энергии? Для этого существуют специ­альные единицы измерения Для рентгеновского и гамма- излучения единицей дозы излучения служит «рентген», то есть такая поглощенная энергия, которая в 1 см3 воздуха при нормальных условиях образует 2,08 -10® пар ионов

Радиобиология прошла путь, характерный для всех других наук Сначала она была единой Но со второй по­ловины сороковых годов нашего столетия возникает необ­ходимость создания самостоятельных направлений радио­биологии. Более правильно сказать — эти направления радиобиологии рождаются самостоятельно Их появление диктуется практикой Возникает молекулярная радиобио­логия, радиационная генетика, радиоэкология и ряд других направлений.

Начнем по порядку. Что такое молекулярная радиобио­логия? Молекулярная радиобиология — это наука, иссле­дующая на молекулярном уровне биохимические и биофи­зические механизмы действия ионизирующего излучения на биологические объекты. Иными словами, молекулярная радиобиология решает такие же задачи, как и молекуляр­ная биология, но только при условии воздействия на жи­вые организмы проникающих лучей.

Полезно вспомнить, что говорят о молекулярной био­логии ее основатели — крупнейшие ученые и лауреаты Но­белевской премии Макс Перутц и Франсуа Жакоб.

Однажды Макс Перутц сказал, что молекулярных био­логов интересует прежде всего строение и функция генов, связанных с ними ферментов и взаимодействие между те­ми и другими.

В таком случае и специалистов по молекулярной радио­биологии должны интересовать эти же проблемы, но при условии облучения организмов ионизирующей радиацией.

Франсуа Жакоб указывает на важность решения дру­гой задачи молекулярной биологии Нужно понять, гово­рит он, характер, свойства и принципы работы мембран — полупроницаемых оболочек клеток Можно согласиться с Франсуа Жакобом. Изучение действия проникающих лу­чей на полупроницаемую оболочку клеток — одна из важ­ных задач и современной молекулярной радиобиологии.

Почему радиация искажает проницаемость мембран' Каков механизм этого явления' Как нормализовать эти процессы? Вот вопросы, которые волнуют радиобиологов многих стран.

В наши дни трудно найти человека, который не инте­ресовался бы будущим науки.

А какие перспективы развития молекулярной биологии в ближайшие два-три десятилетия?

Размышляя над этой проблемой, Макс Перутц даже составил шутливый экзаменационный билет для студен­тов, которые будут сдавать экзамен по молекулярной био­логии в 2000 году. В билете имеется маленькое примеча­ние: для справок можно пользоваться «генетическими таб­лицами для конструирования домашних животных».

Если такой выдающийся ученый, как Макс Перутц, считает, что в 2000 году ученые смогут «конструировать» домашних животных, то можно с большим основанием предполагать, что и специалисты по молекулярной радио­биологии к этому времени научатся выводить «радиоустой­чивых» животных и растения. А они будут весьма полез­ны в предстоящих полетах космических кораблей к дале­ким планетам

К 2000 году специалисты по молекулярной радиобиоло­гии совместно с генетиками решат и многие «земные» за­дачи.

С помощью ионизирующей радиации они полностью овладеют методами «конструирования» животных и выве­дения новых сельскохозяйственных растений с новыми, полезными для человека свойствами.

Десять лет назад молекулярная радиобиология делала первые робкие шаги. А в это время другое направление радиобиологии — радиационная генетика уже была при­знанной научной дисциплиной.

Какие задачи решает радиационная генетика, какие проблемы ее волнуют и, наконец, каков может быть ее вклад в практику народного хозяйства.

Зададим вопрос: какие растения нас кормят? Нас — это всех людей, живущих на Земле. Какие растения являются чемпионами среди мировых урожаев.

По данным организации, ведающей вопросами продо­вольствия и сельского хозяйства при ООН, такими чемпио­нами являются пшеница, картофель, рис, кукуруза. В 1967 году, например, было собрано 308 миллионов тонн пшеницы, 293 миллиона тонн картофеля

Настоящие горные хребты продуктов.

Но и количество людей на нашей планете стремитель­но увеличивается В 1966 году оно приближалось к 3,5. миллиарда!

Решать проблему питания можно разными путями. Ра­диационная генетика сыграет важную роль в выведении новых, более полезных для человека пород сельскохозяйст­венных животных и более урожайных видов растений.

Каждый из нас заполнял по разным поводам изрядное количество анкет Этот вид литературного творчества име­ет одно важное преимущество — он краток Небольшая клеточка бумаги, предназначенная для ответа, заставляет быть и предельно ясным. Составим анкету для радиацион­ной генетики и попросим специалиста-генетика ответить на четыре вопроса.

Что изучает радиационная гепетика.

Закономерности действия ионизирующей радиации на наследственность микроорганизмов, растений, живот­ных и человека.

Перечислите некоторые основные проблемы, над которыми работают радиационные генетики.

Изучение закономерностей возникновения под влиянием ионизирующей радиации наследственных изме­нений — мутаций; исследование единиц наследственно­сти — генов и более высокоорганизованных структур — хромосом; использование проникающих излучений в се­лекционной работе с сельскохозяйственными растениями и микроорганизмами, научное обоснование допустимых уровней облучения человека на Земле и в космосе.

Приведите какой-нибудь конкретный пример прак­тического достижения радиационной генетики

Бактерии, которые синтезируют антибиотик эри­тромицин, облучали быстрыми нейтронами. В результате радиационно-селекционной работы был получен мутант, который синтезировал антибиотик эритромицин на 50 процентов активнее, чем исходный штамм этого микро­организма. Иными словами, потомство было значительно работоспособнее родителей.

Назовите одну из возможностей, которые ожидают радиационную генетику в предвидимом будущем.

Можно рассчитывать, что в недалеком будущем ученые смогут целенаправленно изменить генетический код путем радиационных воздействий. Говоря фигурально, если генетический рояль будет построен, можно будет ис­полнить желаемую мелодию.

Один из «китов» молекулярной биологии Макс Перутц шутливо считает, что даже студенты в 2000 году могут рассказать на экзаменах о тех генетических изменениях, которые необходимо внести, чтобы горох завивался вокруг подпорки спиралью не как обычно, слева-направо, а на­оборот Если это произойдет, то можно утверждать, что к 2000 году будут созданы радиоустойчивые растения и животные. В далеких космических путешествиях они бу­дут весьма полезны будущим космонавтам.

Радиобиологические сестры — молекулярная радиобио­логия и радиационная генетика нередко занимаются про­блемами, общими для обеих дисциплин, сохраняя при этом свою индивидуальность.

А что известно читателю о радиационной экологии?

Какая, например, связь между радиационной экологией и необычными, многолетними, растянувшимися на десят­ки тысяч километров «путешествиями» радионуклидов?

Однако начнем по порядку.

Что такое радиоэкология и радионуклиды?

Под радионуклидами понимают все радиоактивные изо­топы, которые могут находиться в окружающей человека среде

Радиационная экология — это такая область науки, ко­торая изучает имеющиеся или возникающие в природе свя­зи между радиоактивными веществами и ионизирующими излучениями, с одной стороны, и существованием и разви­тием живых организмов — с другой

Живые организмы находятся в определенных взаимо­отношениях друг с другом, или, как говорят биологи, в сообществах Между сообществами живых организмов и внешней средой устанавливаются четкие взаимоотноше­ния Приведем самый простой пример простейшие орга­низмы, живущие в воде, питаются растворенными в ней веществами. Рыбы питаются этими простейшими организ­мами Морские животные питаются рыбами Человек ис­пользует для еды рыбу и некоторых морских животных. Это один из многочисленных примеров «пищевой цепочки».

Природные радионуклиды в очень небольших количе­ствах окружают человека. Они могут присутствовать в ви­де мельчайшей пыли в воздухе. Радионуклиды растворены в воде рек, озер и океанов Некоторые из них всегда суще­ствовали в почве, и их находят в растениях, рыбах, птицах и животных И конечно, в теле человека. Некоторые радио­нуклиды существовали и до возникновения человека па нашей планете. В этом нет ничего удивительного, потому что речь идет о так называемой естественной радиоактив­ности. А под ней понимают природную радиоактивность окружающей нас среды и тот радиоактивный фон, кото­рый создает космическая радиация Изучение перемеще­ния природных радионуклидов в окружающей нас среде и исследование их влияния на жизненные процессы состав­ляют одну из серьезных проблем, над исследованием кото­рой работает современная радиоэкология.

В последние десятилетия во многих странах возникли атомные электростанции, морские суда с атомными двига­телями стали бороздить океаны Радиоактивные изотопы начали широко использоваться в медицине, биологии, сель­ском хозяйстве, химии, технике Возникла необходимость изучать влияние искусственных радиоактивных изотопов на внешнюю среду, на сообщество живых организмов а устранять нежелательные воздействия радиации на чело­века.

За последнее десятилетие радиоэкологи открыли уди­вительные явления. Например, стало известно: естествен­ная облученность живых организмов обусловлена несколь­кими источниками Об облучении космическими лучами слышали, вероятно, все. А вот об естественной радиоактив­ности земной коры, воды, атмосферы, пищевых продуктов и, наконец, самого человека знают недостаточно. Она вы­звана в основном радиоактивными изотопами урана, то­рия, радия, калия и углерода. Количество радиоактивных изотопов в различных уголках земного шара колеблется весьма значительно В некоторых районах Индии, Брази­лии радиоактивность почвы в несколько раз, а иногда и в

Живые организмы находятся в определенных взаимоотношениях друг с другом и с внешней средой.

 

десягки раз выше, чем во многих других местах. Нижние слои атмосферы тоже всегда содержат следы газообразных продуктов распада урана и тория. Наконец, ничтожно ма­лые количества радиоактивных элементов всегда находят в теле человека. Для подсчета радиоактивности человека существуют специальные счетчики. Удобно расположив­шись в кресле изолированной камеры, за короткий проме­жуток времени можно узнать «персональную радиоактив­ность».

Естественная радиоактивность была важным моментом в процессе эволюции По современным представлениям изменения в генетическом аппарате живой клетки, или, иными словами, мутации, приводят к изменениям в ее по­томстве Однако клетки способны не только к передаче наследственных признаков от родителей к потомству, но и к изменчивости — приспособляемости к меняющимся усло­виям внешней среды В конечном итоге все многообразие живых форм на нашей планете вызвано процессами из­менчивости и наследственности Изменения в наследствен­ном материале клетки происходят и произвольно, и под влиянием химических веществ. Но особенно быстро на­следственные изменения проходят под влиянием ионизи­рующей радиации Исследователи считают, что природный радиоактивный фон на нашей планете в значительной сте­пени ответствен за возникновение наследственных изме­нений.

Любознательный читатель может задать вопрос- яв­ляется ли природный фон ионизирующей радиации важ­ным фактором в жизнедеятельности организмов?

Многие ученые считают, что естественная радиоактив­ность способна оказывать влияние на сообщества живых организмов. Первые радиоэкологические работы по изуче­нию природной радиоактивности были выполнены давно. В 20—30-х годах нашего столетия изучали действие иони­зирующей радиации на живые организмы в районах с по­вышенным содержанием естественных радионуклидов — радия, тория и урана.

Теперь представим себе случай, когда искусственные радиоактивные изотопы по той или иной причине попали в атмосферу Земли

После выпадения на сушу радиоактивные изотопы по­падают на почву и растения. Дальнейшее их перемеще­ние зависит от особенностей ландшафта и географических условий. Почва хорошо поглощает большинство радионук­лидов и накапливает изотопы в верхних слоях

Иногда в зависимости от свойств почвы отдельные ра­дионуклиды, например цезий-137, настолько прочно свя­зываются в почве, что это затрудняет их поступление в растения через корневую систему.

Леса занимают огромные пространства в Советском Союзе Ионизирующая радиация может воздействовать на отдельных представителей лесного сообщества. Растения обладают весьма различной радиочувствительностью. Кро­ме «первичных результатов» облучения леса, всегда на­блюдаются и «вторичные явления». Например, «выпаде­ние» радиочувствительных видов из лесного сообщества всегда приводит к нарушению ранее сложившихся взаимо­отношений между организмами В самом простом случае эти взаимоотношения между растениями наблюдал, навер­ное, каждый Вырвите сорняки на огородной грядке, и у вас лучше начинают развиваться овощи

Хорошо гулять в сосновом бору Мягко ступает нога по упругой хвойной подстилке. Чего тут только нет! Прошло­годняя желтая хвоя, опавшие сухие сучки, сухие листья, моховые подушки, заросли земляники. Лесная подстилка задерживает проникновение радионуклидов в почву. Это в свою очередь приводит к задержке поступления радиоак­тивных соединений в почву. Лесная подстилка как фильтр для радионуклидов В конечном счете замедляется их по­ступление в корневую систему. Конечно, кругооборот ра­дионуклидов в лесу значительно сложнее, чем здесь рас­сказано. И не случайно одной из главных задах лесной радиоэкологии является исследование кругооборота радио­нуклидов и изучение их влияния на сообщество живых организмов.

Тесно смыкается с радиоэкологией радиационная ги­гиена — наука, изучающая влияние ионизирующей радиа­ции на здоровье населения. Например, известно, что срок жизни лишайников на Крайнем Севере составляет больше 15 лет И все это время они поглощают радиоактивный це­зий-137. Лишайниками питаются олени Следовательно, этот радионуклид может оказаться в организме человека.

Из водоема радионуклиды могут попасть в наш орга­низм разными путями. Например, с питьевой водой. Более сложный путь вода — микрофлора — зоопланктон — ры­ба — человек. Радионуклиды могут попасть в организм че­ловека из морей и океанов. В пищевой рацион человека, кроме морской рыбы, входят, например, и крабы, и устри­цы, и некоторые водоросли.

Для радиоэкологических исследований ученые часто пользуются «модельными системами». В Америке в штате Джорджия был построен специальный атомный реактор, на котором исследовали воздействие ионизирующего облу­чения на биологические сообщества в природных условиях. И было установлено следующее. Например, после много­летнего облучения в лесных сообществах хвойные породы вытеснялись лиственными. Радиоустойчивость лиственных пород оказалась большей, чем у хвойных.

Менялись взаимоотношения между растениями-хозяе­вами и паразитами. Если растение-хозяин угнеталось ионизирующей радиацией больше, чем паразитирующее на нем растение, то растению-хозяину становилось труднее бороться со своим нахлебником.

Очень важное значение имеет и радиоэкология сельско­хозяйственных животных. Это направление науки изучает действия ионизирующей радиации на сельскохозяйствен­ных животных и перемещение радионуклидов в пищевых и биологических цепях.

Познакомимся с работой ученого, разрабатывающего проблемы радиоэкологии сельскохозяйственных животных. Задача этого ученого — исследовать влияние внешней сре­ды на поступление радионуклида стронция-90 из почвы в растения, а затем попадание его из растений в организм коров, коз и овец. Для опыта выбирается участок луга, на поверхность которого наносится радиоактивный стронций. Луг делят на три равных участка. Один оставляют в есте­ственном состоянии Второй и третий участки луга засе­вают семенами культурных растений Через различные интервалы времени иссдедуют почву на радиоактивность. Как показывает опыт, на необработанном участке строн- ций-90 длительное время находится в верхнем дернистом слое почвы. При обработке участка на глубину 30 см строн­ций в почве перемешивается равномерно. При пропахива­нии опытного участка луга на глубину 60 см радионуклид перемещался в подпахотные слои

Опыты показали, что накопление стронция-90 расте­ниями зависит от их видовых особенностей. Содержание радионуклидов на кг веса сухого вещества в клевере поле­вом было в 6 раз выше, чем в костере безостом, но в два ра­за меньше, чем в лютике едком. Своеобразным чемпионом оказалась вероника дубравная. В ней концентрация радио­активного изотопа была наибольшей. Накопление строн- ция-90 в скелете жвачных животных зависело от их вида и возраста. Наиболее активно накапливался изотоп в костя ч и мышцах молодых животных В скелете овец радионукли­да накапливалось больше, чем в костях коз. Поступление стронция в организм коров зависело от растений, которыми животные питались, от состава рациона и пр. Этот экспе­римент длился долго — несколько лет. А результаты его в журнальной статье занимали не больше страницы Но зна­чение их существенно для теории и практики радиоэколо­гии.

Специалист по радиоэкологии может дать много ре­комендаций. Представим себе, что по каким-то причинам определенный участок территории оказался загрязненным радионуклидом йода-131 Радиоактивный йод имеет срав­нительно короткий период полураспада В период «йодной опасности» очень важно, чтобы молочному скоту не попа­дали корма, содержащие радиоактивный изотоп. Вероят­ность загрязнения мяса, молока и других продуктов живот­ного происхождения этим изотопом летом выше, чем осенью, зимой или ранней весной. Йод-131 — изотоп срав­нительно короткоживущий, поэтому рекомендуется пере­работка свежего молока в сухое или сгущенное, в масло, сыры — в продукты длительного хранения Длительная выдержка их резко снизит опасность попадания радионук­лида в организм человека Ну, а если во внешнюю среду поступили долгоживущие радионуклиды — стропций-90 или цезий-137? Тогда радиоэкологи рекомендуют переве­сти животных с естественных пастбищ на культурные, глу­бокое захоронение радионуклидов при перепашке почвы Если в пищевой рацион животных добавлять больше каль­ция, то снизится усвоение ими стронция-90 На содержа­ние радионуклидов в пищевых продуктах оказывает влия­ние технологическая и кулинарная обработка При перера­ботке молока в масло концентрация стронция-90 в масле резко снижается. При перетопке сала в шкварку переходит более 95 процентов цезия.

 

В 1973 году один из номеров международного журнала «Курьер» был посвящен важной проблеме — охране окру­жающей среды от загрязнений продуктами жизнедеятель­ности человека: сточными водами, нефтью и многими дру­гими На его обложке был помещен рисунок На Северном и Южном полюсах земного шара горят два фитиля. И Зем­ля медленно тает, как восковая свеча Этим рисунком ху­дожник хотел сказать: мы мало бережем нашу планету, нашу природу, воздух, реки и океаны и, в конечном счете, самих себя.

В журнале были перечислены десять главных загряз­нителей окружающей среды На первом месте в списке стоял углекислый газ, который образуется при сгорания угля, нефти, бензина. Радиоактивные изотопы и ионизи­рующая радиация занимали десятое место.

Практическая задача радиоэкологии — проведение ме­роприятий, которые исключат радиацию из списка загряз­нителей нашей планеты.

Евгений Романцев. "Рожденная атомом"

__________________________