8.1. Родичи или соседи?
8.2. Что такое радиация
8.3. Хиросима и Нагасаки
8.4. Радиация и наследственность
8.5. В опасной зоне
8.1. Родичи или соседи?
В начале XX в. наука еще не умела отличать кровь человека от крови животных.
Берлинский врач Уленгут стал вводить кроликам кровь различных животных и заметил, что при этом каждый раз у кролика вырабатывается разный антибелок. Особенно бурно выделяла антитела кровь кролика, когда в нее добавляли кровь человека.
Этот метод Уленгута называется иммунологическим.
Так же как Уленгут, ученые-антропологи стали вводить кроликам белок сыворотки человека. После этого у кроликов стали бурно вырабатываться антитела, чтобы защитить организм от чужеродного белка.
Сыворотку крови кролика с антителами стали смешивать с человеческим белком (альбумином) — и снова началась бурная реакция, так как кролик вырабатывал антитела специально для борьбы с человеческим альбумином. Когда же стали смешивать эту кроличью сыворотку (с антителами на кровь человека) с кровью лошади, реакция была совсем незначительной, как и при смешивании ее с альбумином других животных. Однако стоило смешать эти сыворотки с кровью шимпанзе, и реакция оказалась почти такой же бурной, как и при смешивании с кровью человека. Значит, кровь шимпанзе почти не отличается от человеческой. Несколько меньшей реакция была при смешивании сыворотки с альбумином гориллы, еще меньше — орангутанга и других человекообразных. Отсюда ученые сделали вывод о том, что шимпанзе — самый близкий родственник человека по крови из всего животного царства.
В. Сарич и А. Вильсон из Калифорнийского университета исследовали иммунологическую реакцию человека и антропоидов. Оказалось, что альбумин шимпанзе почти не отличается от состава альбумина человека и что у человека с гориллой — 8 различий, с гиббоном — 11, а с другими приматами — 32. В сыворотке крови шимпанзе и гориллы было выявлено 7 различий.
В. Сарич и А. Вильсон подсчитали, сколько примерно времени потребовалось, чтобы эти различия образовались. По их мнению, между разделением линий обезьян Старого и Нового Света прошло 36 млн. лет, а линии человека и шимпанзе разошлись всего около 4—5 млн. лет назад.
Итак, генетики считают, что человек отделился от общих предков с шимпанзе около 4—5 млн. лет в результате крупной мутации. В учебнике по генетике прямо так и написано: «Возможно, что само появление человека с развитыми полушариями коры головного мозга, вертикальным положением тела, дискретной речевой сигнализацией является следствием крупных мутаций. В пользу этого свидетельствует очень короткий промежуток времени эволюции человека, за который мелкие мутации вряд ли могли накопиться в таком количестве и дать такой значительный эволюционный эффект».
Могло ли повышение радиации вызвать такую крупную мутацию, чтобы у обезьян, живущих на востоке Африки, появились прямоходящие предки человека? И вообще, что такое радиация?
8.2. Что такое радиация
О радиации человечество узнало в основном в нашем веке. Началось все с загадочных икс-лучей.
8.2.1. Невидимые лучи засвечивают фотопластинку
В 1896 г. в Париже на заседании Академии наук известный ученый Пуанкаре читал присланное ему письмо немецкого ученого Рентгена об открытии им загадочных икс-лучей. В это время профессору химии Анри Беккерелю пришла мысль, что настоящая причина испускания рентгеновских лучей — свечение стекла трубки прибора.
Беккерель занимался веществами, которые если их поставить на яркий свет, начинают светиться. Их называли флюоресцирующими. Вернувшись с заседания, Беккерель решил проверить свою мысль. Он взял фотопластинку, завернул ее в темную бумагу, положил сверху образец и выставил все на солнце. Он думал, что если под влиянием солнца вещество будет выделять рентгеновские лучи, то они отпечатаются на фотопластинке. Мысль была ошибочной, но опыт Беккереля вошел в историю науки потому, что для первого образца Беккерель взял урановую «лепешку». После помещения ее на солнце он проявил пленку и обнаружил на ней отпечаток изображения «лепешки». Беккерель обрадовался. И еще несколько раз повторял свой опыт. А однажды он положил между фотопластинкой и урановой «лепешкой» медный крестик, чтобы узнать, смогут ли таинственные лучи пройти через медь. Он собрался было все это вынести на солнце, но появились облака, солнце исчезло. Беккерель сунул все в стол и забыл о том, что собирался делать. Прошло несколько дней. Беккерель проявил все пластинки — и удивился. На той пластинке, которую он не выставлял на солнце, изображение «лепешки» и крестика было видно еще четче, чем у тех пластинок, которые он долго держал на солнце. Значит, солнце и флюоресценция здесь ни при чем. Беккерель повторил свой опыт несколько раз, и всегда урановая «лепешка», где бы ее ни оставляли, в темноте или на солнце, отпечатывалась на фотопластинке. Он стал проверять все другие вещества, но ни одно из них не оставляло следов на фотопластинке, кроме тех, которые содержали уран. Значит, уран испускал невидимые лучи днем и ночью, где бы он ни находился и во что бы его ни завертывали.
Лучи, открытые Беккерелем, произвели огромную сенсацию. Лучи Беккереля стали изучать многие, в том числе и молодая полька, живущая в Париже, Мария Склодовская-Кюри. Она открыла, что, помимо урана, свойством испускать таинственные лучи обладает еще и торий, и предложила назвать это свойство радиоактивностью (от латинского слова «радиус» — луч, радиоактивность — способность испускать лучи). Уран и торий — это радиоактивные вещества и все их соединения с другими веществами тоже радиоактивны — установила Мария Кюри.
8.2.2. Радиация вызывает ожоги
Вскоре было установлено, что радиоактивность действует на человека. Однажды Анри Беккерель зашел в лабораторию и взял у Пьера Кюри маленькую пробирочку с радиоактивным веществом для того, чтобы показать его студентам. Трубочка, где было меньше грамма радия, была завернута в бумагу, а потом еще в картонную коробочку. Беккерель сунул коробочку в карман. Однако когда он вошел в аудиторию, увидел, что бариевый экран начал сильно светиться — лучи свободно проходили через все тело Беккереля и его одежду. Через 10 дней он увидел у себя на груди, прямо против кармана, где лежала коробочка с радием, маленькое красное пятнышко. Через несколько дней пятнышко точно отпечатало ту трубочку, в которой было радиоактивное вещество. Потом началась сильная боль, кожа растрескалась и образовалась язва. Прошло два года, а на груди у Беккереля все еще был виден шрам от действия радиации.
Пьер Кюри решил проверить действие радиоактивности. Он на 10 часов привязал кусок радия к руке, и у него образовался сильный ожог. В другой раз маленькую крупинку радия он носил в кармане, а через 16 дней у него также появился ожог.
8.2.3. Лучи урана проникают всюду и сеют смерть
Излучение казалось вечным — маленький кусочек урана беспрерывно излучал невидимые лучи, не уменьшаясь в размерах и не изменяясь внешне. На него не действовали ни сильный жар, ни сильный холод, ни самые высокие давления, какие только могла достичь техника. Лучи, испускаемые ураном или продуктами его распада, не становились ни слабее, ни сильнее.
В 1903 г. Резерфорд стал пропускать радиоактивные лучи через сильные магниты и заметил, что часть их отклоняется в разные стороны, однако большинство их не поддается и самому сильному магниту. Те лучи, которые отклонялись под воздействием магнитного поля, названы альфа- и бета-лучами, а те, которые не поддавались магнитному полю, — гамма-лучами. Они проходили беспрепятственно даже через свинец. Эту радиацию стали называть проникающей.
Невидимые и абсолютно нечувствительные лучи оказались вредными. Первыми от них погибли физики — Мария Склодовская-Кюри, Фредерик Жолио-Кюри и Ирэн Кюри. Пострадали и рентгенологи. В Гамбурге был открыт памятник погибшим от радиации. Всего погибло 110 ученых и врачей.
Стали замечать, что от радиации люди болеют. У горняков, работавших на урановых рудниках, стал появляться рак легких. Работницы, разрисовывавшие светящиеся циферблаты краской с радием, часто обсасывали губами кисточки, чтобы кончики их были тонкими, отчего у них появлялся рак челюсти.
Однако мир начал осознавать роль радиации только после 1945 г.
8.3. Хиросима и Нагасаки
6 августа 1945 г. над Хиросимой на высоте полукилометра американцы взорвали атомную бомбу. Под ней в радиусе 1 км погибло все. Из 400 тыс. жителей погибло 140 тыс. На мосту через реку Ота отпечатались тени деревьев и пешеходов. На месте города образовалась выжженная пустыня. Через три дня, 9 августа 1945 г., атомная бомба была сброшена на другой японский город — Нагасаки.
Испуганное человечество вдруг узнало о страшных лучах. В Хиросиме в первые дни погибли те, кто находился в пределах 500 м от эпицентра, реже те, кто был на расстоянии около 1 км. Многие из них погибли в один-два дня. 80% тех, кто был на расстоянии до 1 км от эпицентра, погибли в течении восьми недель. Вначале врачи думали, что люди умирают от дизентерии, но прошло шесть лет, а люди продолжали болеть и умирать...
Прошло уже много лет со дня взрыва в Хиросиме и Нагасаки, а люди все заболевают от влияния радиоактивного облучения. Болеют не только сами облученные, но и их дети.
8.4. Радиация и наследственность
Оказалось, что радиация от ядерных взрывов в Хиросиме и Нагасаки действует на наследственность: у детей, родившихся через много лет у облученных родителей, наблюдались врожденные уродства, умственная отсталость и т. п.
Ученые всех стран стали изучать влияние радиации на человека. Особенно больших успехов добились советские ученые под руководством Николая Петровича Дубинина.
Еще в 1963 г. Н. П. Дубинин в книге «Молекулярная генетика и действие излучения на наследственность» писал: «Обширные опытные данные показали, что радиация в широкой степени изменяет наследственные свойства организма. Под ее влиянием получаются все известные до сих пор типы наследственных изменений. При этом доказано, что ионизирующее излучение вызывает мутации во всех представителях растительного и животного мира, во всех бактериях и вирусах...»
Н. П. Дубинин установил, что чем выше организовано животное, тем более чувствительно оно к радиации. Человеку и человекообразным обезьянам, чтобы произошли изменения наследственности, требуется меньшая доза радиации, чем всем другим животным.
Клетки и ткани живого мгновенно поглощают излучение в течение 10-6—10-5 секунды. За одну секунду после облучения в хромосомах и генах происходят огромные нарушения. Особенно излучение действует на ДНК — на основное вещество наследственности.
Когда клетка готовится к делению, двойная нить ДНК разделяется и каждая из половинок начинает по своему подобию строить вторую половину. В результате в каждой хромосоме одна нить старая, другая — вновь созданная. Облучение приводит к задержке деления и нарушает его. Через 15—29 минут после облучения под микроскопом видно слипание или разрыв хромосом, распад их на большие куски и отдельные гранулы. Куски хромосом начинают блуждать, встраиваться не на свое место, вызывают неправильное деление клеток. А это вызывает либо болезни, либо, если такое облучение попало на половые клетки, — появление уродств.
Слева — нормальное состояние хромосом. Они строго отделены друг от друга.
При делении клеток каждая из них создает себе точную копию. После облучения (справа) хромосомы разрываются на части, слипаются в беспорядке, наследственные свойства изменяются (происходят мутации). В результате рождаются дети с наследственными изменениями в строении организма.
Исследования показали, что в потомстве облученных родителей наблюдаются наследственные изменения — мутации. Причем этих мутаций даже больше, чем хромосомных нарушений, так как, кроме хромосомных перестроек, происходят изменения генов, изменение структуры ДНК в том или ином месте молекулы и другие нарушения.
Конечно, не все организмы одинаково относятся к радиации. Доза, при которой гибнет не менее 50% организмов (средняя смертельная доза), для обезьяны — 550—600 рентген, для кролика — 800, для змеи — 30—20 тыс., а инфузория выдерживает от 300 до 330 тыс. рентген. В ядерном реакторе, где доза облучения 10 млн. рентген в сутки, были обнаружены бактерии, которые размножались и делились и чувствовали себя прекрасно. Не только бактерии, но и многие растения имеют большую радиочувствительность. Например, в Хиросиме через несколько недель после ядерного взрыва поднялись из земли и расцвели растения. Даже внутри вида чувствительность у отдельных организмов разная: при облучении мышей первая погибала при 200 рад, половина — при 400 рад, все — при 800 рад. Причем особи возрастом в 3—5 недель гибли при 700 рад, как и старые крысы (80—100 недель), среднего же возраста крысы (40—60 недель) гибли лишь при дозе — 900—1000 рад.
Колыбель человечества протянулась от Афара (Хадара) в Эфиопии до Южной Африки. Она пересекает различные климатические зоны, но общее для нее — рифты, активные землетрясения, вулканы и залежи радиоактивных руд. Рифты и сопровождающие его явления возникли здесь в то время, когда появился предок человека — австралопитек африканский или афарский.
Так же по-разному реагируют на облучение и люди. Наиболее чувствительны организмы в эмбриональном периоде. Доза, абсолютно безвредная для матери, может вызвать серьезные нарушения в развитии плода. Молодые организмы чувствительны и после рождения. Первой реагирует нервная система, кроветворные органы человека начинают реагировать при дозе 1—10 рентген, а зрительные ощущения возникают при облучении сетчатки дозой 1 миллирентген. При 0,05—4 рентген изменяется система биотоков и условных рефлексов. Сильнее всего страдает нервная система.
Итак, влияние радиации на изменчивость организма несомненна. Нам пока не известна доза естественной радиации в Африке 3—5 млн. лет назад и более. Но какой бы она ни была, она не могла не подействовать на наследственные свойства обитавших на востоке Африки обезьян. Известный генетик Мюнциг пишет: «Для мутагенного действия ионизирующего излучения нет никакого порога, ниже которого облучение не вызвало бы мутаций».
«Поскольку взаимодействие энергии ионизирующих излучений с наследственными структурами осуществляется на уровне атомов и молекул, для вызывания поражений нет порога дозы. Мутации могут возникнуть при любых дозах, причем число поврежденных хромосом пропорционально дозе. Для человека количество мутаций в его зародышевых клетках постепенно „набирается“ им от зачатия и до конца способности к деторождению», — пишет Н. П. Дубинин.
Итак, любая доза радиации может вызвать изменения в наследственности, может привести к тому, что у «нормальных» особей будут рождаться «ненормальные», т. е. необычные, чем-то отличающиеся от всех, причем дети мутантов, как правило, сохраняют и дальше способность рождать детей с новыми изменениями в организме. Видимо, эти дети с измененными свойствами казались их родителям уродами: голая обезьяна со слабыми зубами, без клыков, с огромной головой — слабое существо.
Любое, даже небольшое нарушение ДНК приводит к изменению физического строения организма человека, по сути, к появлению родственного, но уже в чем-то по-другому построенного организма.
Ученые сравнивали ДНК человека и шимпанзе, и оказалось, что различаются они всего на 1,1%, а на 98,9% — сходны. У шимпанзе и человека 44 белка близки более чем на 99%. Виды лягушек или белок в пределах одного рода отличаются друг от друга в 20 или 30 раз больше, чем шимпанзе и человек! Если человек и шимпанзе так мало различаются между собой, то нарушения в генах и хромосомах, вызвавшие эти изменения, были действительно небольшими и относительно недавними. Генетики и археологи здесь сходятся. Человек отделился от обезьяны около 4—5 млн. лет назад.
8.5. В опасной зоне
5—10 млн. лет назад Африка была более или менее равномерно заселена родственными антропоидами. Активный вулканизм, общее поднятие материка, мощные землетрясения и разломы земной коры в этот период обнажили урановые руды и резко повысили радиационный фон в Восточной и Южной Африке. Здесь сложилась опасная зона. Видимо, в результате этого у обитавших там человекообразных обезьян произошли крупные мутации — появились прямоходящие особи. В Западной же и Экваториальной Африке обезьяны не испытали этого радиационного потрясения и, почти не изменившись, дожили до наших дней.
Если подходить к механизму мутации, непосредственных причин биологического оформления человека, то современные данные науки говорят, что «для понимания соотношения социального и биологического в человеке важнейшим является тот до сих пор плохо осознанный принцип, что итоги общественно-трудовой деятельности, как это показывают законы генетики, не могли записываться в генах, они не стали субъектом биологической эволюции. Это осуществлялось путем развития особой формы передачи от поколения к поколению социального опыта, что выразилось в создании все усложняющейся социальной программы, передающейся путем воспитания. ...Материальными носителями биологической наследственности являются гены, лежащие в молекулах нуклеиновых кислот». Так пишет академик Н. П. Дубинин.
Вспомним, что мутации превратили человекообразную обезьяну лишь биологически в того прямоходящего гоминида, который внешне не отличался от человека, но не был еще им. Гоминид стал человеком (т. е. начал трудиться) лишь через 1,5—2 млн. лет после того, как он оформился биологически. Мутации привели прежде всего к тому, что предки человека в связи с изменением формы черепа потеряли крупные клыки, которые заменяют всем человекообразным орудия. Далее, скелеты ископаемых предков человека в сравнении с обезьяньими, более тонкие, изящные, или, как говорят, антропологи, грациальные. Следовательно, физическая сила у наших предков стала значительно меньшей, чем у их родителей — обезьян. Да и прямохождение также лишило их двух задних лап, окончательно превратив их в ноги. Потомок обезьяны оказался еще к тому же и голым, без шерсти. А это тоже требовало от него поисков замены шерстяного покрова. В общем и целом, мутантный потомок был настолько неприспособленным и слабым в сравнении с его предками-обезьянами, что он неминуемо должен был погибнуть: без острых клыков ему нечем было добывать пищу и защищаться от многочисленных хищников; прямохождение мешало ему ловко прятаться на деревьях, как это делают шимпанзе.
Все это обрекало его на гибель. В общем, мутанта — предка человека ждала гибель, и он неминуемо погиб бы, если бы не нашел замены всему тому, что у него отобрала природа,— острым клыкам, большой физической силе, ловкости и т. п.
И эта замена была найдена — искусственные орудия и организация в человеческое общество. Главную роль сыграли, конечно, орудия. Именно они с лихвой заменили гоминиду потерянные острые клыки и большую физическую силу.
Мутации обусловили историческую необходимость перехода от эпизодического изготовления орудий к систематическому труду. Этот переход, судя по современным данным, занял что-то около 1,5—2 млн. лет, именно он и обеспечил новому виду жизнь. Если бы предок человека не перешел к систематическому изготовлению и использованию орудий, он бы погиб.
Труд был для него единственным способом выжить, спасти свой вид от гибели. Видимо, появление большого мозга помогло ему осознать это довольно быстро, хотя сам переход к систематическому изготовлению орудий был довольно не прост и долог. Так что слова Ф. Энгельса о том, что труд — «первое основное условие всей человеческой жизни, и притом в такой степени, что мы в известном смысле должны сказать: труд создал самого человека», подтверждаются полностью всеми современными данными.