Есть направления биологических наук, возникновение которых обусловлено бурным развитием ядерной физики. Они дети атомного века. К их числу может быть отнесена радиационная биохимия.

Недавно один довольно известный в научных кругах молодой физик так изложил свое понимание радиационной биохимии.

"Все ясно, — начал он и нарисовал мелом на черной доске жирной линией кружок, извилистую стрелку — символ ионизирующей частицы или кванта энергии. — Сначала квант энергии должен поглотиться тканью".

Физик весело и снисходительно посмотрел на слушателей, как бы говоря: уж такие-то вещи надо знать.

"Поглощенная энергия вызывает ионизацию молекул или их возбуждение. Возбужденные молекулы могут отдать энергию обратно в виде тепла. Но часть возбужденных молекул может и не отдать энергии, а вступить в необычные для клетки реакции. Ионизированные молекулы могут проделать то же самое. Вот эти необычные реакции и составляют предмет изучения радиационной биохимии. Как видите, все очень просто".

Физик стер мокрой губкой кружок с извилистой стрелкой, символ ионизованных и возбужденных молекул, стряхнул крошки мела с пиджака и удовлетворенный сел на место. К сожалению, он во многом искренне заблуждался. Радиационная биохимия изучает проблемы несоизмеримо более сложные. Попробуем изложить все по порядку.

Люди долго не знали, что ионизирующая радиация их старый и добрый сосед. Ведь население земного шара всегда подвергалось и подвергается облучению от внешних источников ионизирующей радиации: космических лучей и гамма-лучей природных радиоактивных элементов. Источники ионизирующей радиации существуют не только вне нас. Они есть в воде, которую мы пьем, в пище, которую мы потребляем, и в воздухе, которым мы дышим. Они постоянная составная часть нашего тела. Более того, все виды ионизирующей радиации существовали всегда — до возникновения нашей планеты, в момент возникновения жизни, на всех этапах эволюционного процесса...

Все мы немножечко радиоактивны. Ведь углерод-14, калий-40 и многие, многие другие радиоактивные изотопы — наши постоянные спутники.

Ионизирующее излучение — это любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Вот о нем-то в дальнейшем и будет идти речь.

Для измерения ионизирующей радиации существует целый ряд единиц. Если хотят выразить в единицах измерения количество поглощенной энергии, то говорят о "бэрах". Бэр — это биологический эквивалент рентгена. Как миллиметр составляет одну тысячную долю от метра, так и миллибэр — одну тысячную от бэра. Можно дать и другое легкозапоминающееся определение миллибэра: один миллибэр означает, что на каждый квадратный сантиметр площади ткани животного попадает миллион радиоактивных частиц.

Вот что важно знать. Человечество всегда подвергалось и подвергается воздействию природного радиационного фона, составляющего постоянный и необходимый элемент внешней среды. Иными словами, с самого момента своего рождения все мы "получаем" эти бэры.

В европейской части Советского Союза, например, доза облучения от естественного фона в среднем составляет 130 миллибэр в течение года. Обратите внимание, в среднем. В зависимости от района, в котором вы проживаете, она колеблется от 70 до 200 миллибэр в год. Жители высокогорий облучаются в значительно больших дозах. Воздушная "подушка" над ними несколько потоньше, и ее легче пробивают космические лучи. В некоторых районах Индии годовая доза облучения превышает 800 миллибэр. Причина этого уже другая: слишком близко к поверхности земли залегают руды, богатые радиоактивными изотопами.

Говорят, статистика способна переработать любые цифры. Американцы рассчитали потребности среднего жителя Соединенных Штатов в пище, воде, воздухе. Совсем недавно были определены дозы облучения среднего американца. Он, так же как и житель европейской части Советского Союза, получает около 130 миллибэр в год. И вот что любопытно. Значительные колебания наблюдаются даже у жителей одного города. Житель Нью-Йорка в районе Бруклина получает на десять миллибэр в год меньше, чем человек, проживающий в районе Манхэттена.

Доза облучения может даже меняться в зависимости от строительного материала, из которого построен дом. Живущие в деревянном доме получают за год на 40 миллибэр меньше, чем жильцы кирпичного. Если же ваш дом построен из гранитных камней, то годовая доза облучения возрастет на 50 миллибэр по сравнению со всеми другими строительными материалами.

Несмотря на постоянное радиационное окружение, человечество не только существует, но и успешно развивается. Уже. одно это позволяет сделать неоспоримое заключение: радиация — наш вполне терпимый сосед.

Мы живем в атомном веке. Ионизирующая радиация все шире внедряется в наш быт. У вас маленькая неприятность, неожиданно разболелся зуб. Зубной врач рекомендует немедленно сделать рентгеновский снимок. Вы идете в рентгеновский кабинет, садитесь в кресло, и вам, не сходя с места, делают снимок. Облучение длилось доли секунды. Какую дозу ионизирующей радиации вы получили? Американские исследователи рассчитали, что обычный рентгеновский снимок у зубного врача добавляет вам 20 миллибар. Все тот же средний американец получает за счет медицинских обследований около 70 миллибар за год.

Неспециалисту представить эффективность биологического действия этих бэров не так-то просто. С одной стороны, человек получает природные миллибэры в незначительном количестве, с другой — определенный генетический эффект они оказывают.

Американские специалисты иногда приводят шутливый пример, основанный, однако, на вполне серьезном расчете.

В повседневной жизни, говорят они, мы совершаем действия, которые способствуют появлению новых изменений в нашем собственном генетическом материале. Привычка некоторых мужчин носить узкие брюки (а не шотландскую юбку, например) вызывает повышение температуры половых желез. В свою очередь, повышение температуры способствует изменениям в генетическом аппарате половых клеток. Поэтому один миллибар, утверждают некоторые эксперты, вызывает такой же биологический эффект, как ношение узких брюк в течение одного часа.

В современной жизни практически любая вещь может стать опасной, если с ней не обращаться должным образом. Пузырьки воздуха могут стать смертельно опасными, если они проникнут в кровеносные сосуды, вода — если попадет в легкие... Подобные примеры многочисленны. Однако мы научились жить в окружении этих потенциальных опасностей. Конечно, ионизирующая радиация таит в себе потенциальную опасность, если с ней обращаться легкомысленно.

У некоторых людей создалось ложное впечатление, что проникающие лучи — плохо изученное, даже таинственное явление. Это серьезное заблуждение.

На самом деле ионизирующая радиация изучена значительно лучше других потенциальных опасностей, имеющихся в окружающей нас внешней среде. За ней как фактором внешней среды ведется самое тщательное, самое систематическое наблюдение. В Советском Союзе, например, постоянно работает Национальная комиссия по радиационной защите при Министерстве здравоохранения. Эта комиссия устанавливает и нормы радиационной безопасности.

Считается, что такая доза не должна превышать 5 бэр в течение тридцати лет. И в эту суммарную дозу не должны входить миллибэры, полученные человеком при медицинских обследованиях. В нее не входит и доза облучения за счет естественного, природного фона.

Большие дозы радиации таят в себе опасность для здоровья человека. Однократное облучение всего тела гамма-лучами в дозе 100 бэр вызывает легкую форму лучевой болезни, 250 бэр — болезнь средней тяжести, при дозе 450 бэр, если не лечить, 50 процентов облученных должно погибнуть.

Ионизирующая радиация может быть невероятно грозной, если ее используют в военных целях.

Три десятилетия назад, в августе 1945 года, на японской земле с интервалом в несколько дней поднялись к небу два "гриба" атомных взрывов. Американский журналист, летевший на борту "летающей крепости", с которой велось наблюдение за результатами бомбардировки японского города Нагасаки, оставил такую запись: "Над землей поднялся огненный столб высотой в 3000 метров. От его вершины'отделилось кипящее грибовидное облако, достигшее 15-километровой высоты". Итальянский журналист так описывает результаты атомного взрыва: "Люди, оказавшиеся непосредственно под огненным шаром, мгновенно превратились в пузырьки газа. От тех, которые отстояли немного дальше, осталось небольшое жировое пятно".

В Нагасаки облучению смертельными дозами ионизирующей радиации подверглись все, кто находился на поверхности земли на расстоянии одного километра от эпицентра. 73 884 человека были убиты сразу. 74 904 — получили тяжелые увечья.

Мирный атом уже сегодня приносит огромную пользу человечеству.

Облучение злокачественных опухолей прекращает их рост. Поэтому лучевая терапия — один из основных методов лечения раковых заболеваний.

Облучение в дозе 100 тысяч бэр убивает микроорганизмы и используется для стерилизации в медицинских целях. Проникающие лучи используют и для консервации пищевых продуктов.

Семена растений, облученные в строго определенной дозе, прорастают и созревают быстрее, дают повышенные урожаи.

Все та же ионизирующая радиация служит для выведения новых сортов полезных растений, полезных микроорганизмов.

Какой необыкновенно широкий спектр биологического действия ионизирующей радиации!

Незначительные дозы природного радиационного фона как обязательные факторы внешней среды. Это один полюс биологического действия. Дозы гамма-лучей в количестве нескольких сотен бэр, таящие в себе смертельную опасность для жизни. Это другой полюс. Таким образом все зависит от того, в каких целях будет использоваться ионизирующая радиация.

 

Радиационная атака

Странно, но факт: в процессе эволюции живые организмы не выработали органов чувств, способных ощущать ионизирующую радиацию. Ведь на всем протяжении эволюционного процесса она не представляла опасности для живой клетки.

А если мощный поток энергии из источников ионизирующей радиации ворвется в здоровую живую клетку, если раздастся такой беззвучный залп? Ведь при этом количество поглощенной энергии всегда бывает ничтожно мало, а биологический эффект значителен. Это один из самых загадочных феноменов радиационной биохимии. Попробуем разобраться в том, что происходит.

Организм облучен гамма-лучами в дозе 1000 бэр. Кванты ворвались в клетку. Та часть энергии, которая поглотилась, немедленно преобразовалась в возбужденные и ионизированные атомы и молекулы. Еще одна стотысячная секунды — ив молекулах произойдут серьезные изменения.

Но на практике, например, при лечении раковых заболеваний, облучение продолжается длительно. А это значит, что каждый из мгновенно протекающих процессов повторяется многократно в течение всего периода облучения. Следовательно, все время происходят и молекулярные изменения.

Кванты энергии несоизмеримо малы по сравнению с атомами и молекулами. Для квантов энергии клетка в определенном смысле "дырява". При облучении часть квантов пройдет клетку насквозь и не вызовет никакого биологического эффекта. Но какая-то другая часть энергии все же поглотится, и вот только эта поглощенная энергия поразит клетку.

Влетевшая в клетку ионизирующая частица может выбить электроны из атомов и разорвать определенные химические связи. Изменяется химическая структура молекулы и одновременно с этим ее химические свойства. А это означает нередко начало конца клетки.

Клетка — это своего рода единица живой материи. Каждая клетка окружена полупроницаемой оболочкой, мембраной. Она состоит из белков и липидов и служит настоящим барьером проницаемости различных веществ в клетку. В мембране содержатся (иногда говорят, встроены) разнообразные ферменты, ускорители химических процессов. Она играет исключительно важную роль в системе активного переноса ионов натрия и калия.

Внутри клетки расположено ядро. Оно окружено ядерной оболочкой с крупными порами. Внутри ядра сосредоточен генетический аппарат клетки — ДНК. Кислота, в свою очередь, связана с белком, который называют гистоном. ДНК находится не в свободном состоянии, а организована в так называемые хромосомы.

Внутри клеток можно заметить много других мельчайших образований. Это митохондрии. Иногда они составляют до 20 процентов жидкого содержимого клетки. Именно здесь происходит окисление аминокислот, углеводов и липидов — жироподобных веществ. Во внутренней части митохондрий содержатся ферменты, участвующие в переносе электронов и наработке энергии.

Есть в клетке и другие образования. В лизосомах (этих мельчайших пузырьках, содержащих целый набор ферментов) идет переваривание разнообразных веществ, попадающих внутрь клеток. В рибосомах происходит синтез белка. Рибосомы — это в определенном смысле самая настоящая "белковая фабрика".

Вся остальная часть клетки — ее жидкая часть — носит название цитоплазмы. В ней содержится огромное количество самых различных ферментов. Вся цитоплазма, в свою очередь, состоит из уплощенных пузырьков, образований, напоминающих микроскопически малые цистерны, которые связаны между собой микроканальпами.

Итак, для живой клетки характерны высокая специализация, теснейшая взаимосвязь всех функций. Но в организме млекопитающих клетки находятся в еще более сложных взаимоотношениях друг с другом, а их деятельность контролируется центральной нервной системой, регулируется с помощью гормонов. Наконец, организм имеет единую кровеносную систему.

Представим себе, что с экспериментальными целями облучают живые клетки. Рассмотрим конкретный случай: облучаются клетки экспериментальной мыши. При облучении в клетке начинается жестокая война. Чем выше доза, тем сильнее нападающая сторона. Много клеток страдает в результате прямого попадания квантов энергии в молекулы биологически важных веществ. Значительно больше образуется продуктов косвенного действия радиации: продуктов радиационного распада воды и активных осколков молекул, которые называют радикалами.

Пострадавшая клетка мобилизует все силы для защиты, для восстановления. Процессы ионизации, возбуждения молекул, образование измененных молекул происходят одновременно во всех составных частях клетки и во всех тканях. Лучевое поражение начинается сразу во многих точках. Одновременно в организме активируются системы, которые исправляют, репарируют измененные радиацией биохимические процессы.

Конечный результат — выживает клетка или погибает — зависит от этих противоположно направленных потоков явлений.

Рядовой солдат не представляет себе картины битвы на большом участке фронта. Своими глазами он видит немногое. На картах армий и фронтов события приобретают масштабность. Но зато солдат на себе чувствует, что значит острие стрелки, нацеленной на штабной карте на его участок фронта.

Эшелоны нападающих — кванты — достигли клеточной оболочки (мембраны). Она как первая оборонительная линия. В результате изменена проницаемость мембран. Но ведь значительная часть ферментов "вмонтирована" в мембраны, или, как говорят биохимики, упорядочена. В результате действия проникающих лучей эта упорядоченность нарушается. И, пожалуй, одно из главных последствий радиационного воздействия — разлаживается прежде четкая согласованность работы ферментов.

Железная диалектика связи "причины" и "следствия" немедленно вступает в силу.

Если поток квантов ударил по мембранам, деятельность всех ферментных систем дезорганизуется, искажается минеральный обмен и такая его важная часть, как обмен натрия и калия. Калия всегда значительно больше внутри клетки, чем натрия. Мембраны всегда активно откачивают натрий из клетки. В результате облучения этот натриевый насос портится.

...Радиационная бомбардировка клетки продолжается.

В ядре клетки энергия захвачена непосредственно молекулами ДНК. Произошло прямое попадание "снаряда". В отдельных участках молекулы возникли разрывы и повреждения. Нарушилась и проницаемость ядерной мембраны. Сквозь нее, как вражеские лазутчики, стали проникать отдельные ферменты из других составных частей клетки. Специальные ферменты начали расщеплять молекулы ДНК — главного генетического материала наследственности.

Все это приводит вскоре к задержке деления клетки. И если доза облучения была значительной, то в дальнейшем деление становится невозможным, и клетка гибнет. Если же радиационный удар был не столь массивным, то легко заметить работу "аварийных команд" клетки. Процессы восстановления начинаются вскоре за "нападением". Одни ферменты словно вырезают поврежденные участки ДНК, Другие — сшивают поврежденные цепи молекул.

Энергия ионизирующей частицы может поглотиться митохондриями, в состав которых входят белки. Нити белковых молекул могут сократиться, сжаться, исказить тонкую структуру митохондрий. Нарушится работа ферментов. Митохондрия начнет производить меньше энергии. Что за этим последует, легко представить. Вообразим на мгновение, что произойдет в большом современном городе, если прекратится его снабжение электроэнергией. Чтобы избежать энергетического кризиса, клетка начинает компенсировать недостаток энергии за счет более радиоустойчивого процесса — биохимического превращения углеводов.

А если кванты ионизирующей радиации попадут в рибосомы? Тогда может быть поражена сама "белковая фабрика" клеток.

Но вот радиационная атака достигла лизосом, внутри которых заключен большой набор ферментов, вызывающих переваривание всех чужеродных частиц, попадающих в клетки. В таком случае джинн выпущен из бутылки, может наступить процесс самопереваривания клетки. Клетка не сумела отразить радиационную атаку и погибла. Каковы же главные причины ее гибели?

Поражение клетки ионизирующей радиацией бывает комплексным: оно начинается одновременно в ряде биохимических систем, расположенных в самых разнообразных микроструктурах клетки. Особенно существенную роль в радиационном поражении клетки играют нуклеиновые кислоты и в первую очередь ДНК. Клетка теряет способность к делению. При лучевом поражении нарушается тонкая регуляция биохимических процессов, ферменты, отвечающие за "ремонт" повреждений в ДНК, не справляются со своими задачами, и на фоне нарастающего биохимического хаоса клетка гибнет. Именно такую картину наблюдают при облучении раковых клеток.

Мы рассказали о случае, когда доза облучения была смертельной для многих млекопитающих и человека. А какие процессы произойдут в клетке при дозе облучения всего в 100 бэр? Тут мы можем встретиться с отдаленными последствиями лучевого поражения, которому предшествует период мнимого благополучия.

В принципе при дозе 100 бэр могут наблюдаться те же процессы, с которыми встречаются и при дозе 1000 бэр. Однако число центров поражения после радиационной бомбардировки будет значительно меньше, а процессы восстановления — эффективнее.

В одном случае восстановительные процессы залечат все раны, нанесенные радиационной атакой. В другом — следы войны останутся. Если произошли серьезные изменения генетического аппарата, то могут встретиться и отдаленные последствия лучевого поражения: увеличивается число уродов в потомстве, чаще возникает такое заболевание, как рак, наблюдаются следы преждевременного старения.

Теперь представим себе, что доза облучения экспериментального животного еще меньше, например, всего 10 бэр. Обнаружить влияние такой дозы на млекопитающих даже современными биохимическими методами дело непростое.

Ученые облучали экспериментальных животных, обычно мышей и крыс, ежедневно, в течение нескольких месяцев в дозе 10 бэр. И на большом количестве животных удалось, например, наблюдать укорочение сроков жизни как облученных родителей, так и их необлученного потомства. Это свидетельствует: доза в 10 бэр тоже вызывает изменения в генетическом аппарате клетки, которые не успевают восстанавливаться и накапливаются в процессе облучения. Значит, длительное облучение в дозе 10 бэр в день тоже весьма нежелательно для млекопитающих и, конечно, для человека.

Существует еще одно загадочное свойство ионизирующей радиации:: незначительная, но строго определенная для каждого вида доза может вызвать эффект стимулирования биологических процессов. Эта поразительная особенность проникающих лучей уже широко используется человеком. Если, например, облучать семена кукурузы гамма-лучами, то семена прорастают быстрее, а растения развиваются лучше. То же наблюдают при облучении семян овощей. Более того, врачам всего мира хорошо известно благотворное влияние радоновых ванн на человеческий организм.

В умелых руках исследователя разрушительная сила, таящаяся в ионизирующей радиации, может приносить огромную пользу человечеству.

Биохимический механизм радиационной стимуляции изучен еще недостаточно. Предполагают, что в клетке появляются какие-то химические соединения, которые интенсифицируют ряд процессов синтеза.

Доза гамма-лучей в 1000 бэр вызывает гибель живой клетки. Радиационная атака приведет к биохимическому хаосу, затормозит или остановит обменные процессы, прекратит деление клетки.

Воспользуемся этим свойством радиации в мирных целях. Картофель обладает одним неприятным свойством. Где-то в конце зимы и весной он начинает прорастать, снижает свои вкусовые качества, клубни теряют упругость, сморщиваются. Исследователи решили подобрать такую дозу проникающих лучей, которая резко тормозит жизнедеятельность клубней картофеля. Снизить интенсивность биохимических процессов — это означает задержать или остановить полностью прорастание картофеля. Это, конечно, выгодно только в одном случае, когда все облученные клубни используются в пищу, а не как посевной материал.

Задержать прорастание — это решение только небольшой части задачи. Если ионизирующую радиацию хотят использовать как средство консервации пищевых продуктов, то надо доказать, по крайней мере, следующее: облученные продукты (картофель, зерно, овощи, фрукты) полностью безвредны для человека или животных. Проникающая радиация не должна менять технологических качеств облученного пищевого сырья.

Радиация не должна влиять и на вкусовые качества. Ведь бывают же пищевые продукты весьма питательные, но далеко не вкусные. Вспомните, например, о рыбьем жире, который вам иногда давали в детстве. Добавим, облученному продукту необходимо сохранить привычный вид, более того, он должен иметь и товарный вид: быть приятным для глаза. Ведь румяное, хрустящее на зубах яблоко всегда лучше, чем таблетка витамина С. Не так уж мало требований к облученному картофелю, зерну или фруктам.

Многолетние изыскания начались одновременно в Советском Союзе, США, Англии, Франции, Чехословакии, Польше, Канаде. В первую очередь обращалось внимание на лучевую консервацию или стерилизацию продуктов массового потребления: зерна, муки, картофеля, мяса, рыбы.

После многолетних поисков была найдена оптимальная консервирующая доза ионизирующей радиации для картофеля. 10 тысяч бэр. Ни больше и ни меньше. Ведь при меньших дозах эффект консервации был невысок. А при больших дозах наблюдались нежелательные явления.

Мне приходилось видеть опыты по использованию гамма-лучей кобальта-60 для консервации картофеля. Серии целлофановых пакетов с картофелем загружали в жерло люка мощной кобальтовой установки. Нажата кнопка, кобальтовые стержни вылетели из гнезда, облучение началось. Через различные интервалы времени клубни извлекали из облучателя и помещали в хранилище. Ранней весной контрольные, необлученные партии проросли. Беловатые проростки придавали сморщенным клубням жалкий вид. Облученный картофель выглядел так, словно его совсем недавно выкопали из земли.

Это только один из многих примеров использования ионизирующей радиации для хранения пищевых продуктов. В основе всегда одно: при строго определенной дозе гамма-лучей тормозятся биохимические процессы, связанные с делением клеток, с митозом, с удивительными превращениями "самой золотой из молекул" — ДНК.

И тут снова возникает вопрос, который давно волнует исследователей. Определенный естественный радиационный фон на Земле существовал всегда. Может ли он играть какую-то роль в биологических процессах, а если да, то какую?

 

Выстрел в мишень

Проблема происхождения жизни на Земле еще надолго останется одной из самых сложных. Когда это произошло и как? Каким образом некая совокупность молекул "научилась" воспроизводить себе подобных? Жгучая острота этих вопросов продолжает будоражить умы исследователей.

"Наша планета образовалась по меньшей мере 4,6 миллиарда лет назад. Первичная атмосфера Земли резко отличалась от теперешней: в ней отсутствовал кислород, но было значительное количество аммиака, паров воды, сероводорода, водорода, углекислого газа... С течением времени из первичной атмосферы планеты исчезали водород, аммиак, метан... Начался процесс образования органических веществ из неорганических.

Сегодня исследователи способны воспроизвести в лаборатории условия, которые существовали 3-4 миллиарда лет назад. Можно искусственно составить газовые смеси, похожие на атмосферу древней Земли. Можно вести эксперименты при температуре, которая тогда существовала. Наконец, можно воздействовать на газовую смесь источниками энергии, которые были в то время. Их энергия неиссякаема. Они были, есть и будут: ультрафиолетовое излучение, природная радиоактивность, космическое излучение, электрические разряды...

Проведем такой эксперимент. Что же мы получим?

Метан может прореагировать с аммиаком и образовать цианистый водород. Это в высшей степени ядовитое для современных животных вещество в те далекие времена активно участвовало в созидательных процессах. Цианистый водород легко реагировал, например, с непредельными углеводородами, у которых есть двойные связи между атомами углерода. В результате этой реакции образовались предшественники современных аминокислот. Тех, что входят в состав белков животных, птиц, растений, насекомых... всего живого на планете.

Цианистый водород служил важным полупродуктом для синтеза строительных блоков известной каждому современному человеку ДНК. Все тот же цианистый водород был основой и для построения жирных кислот. А ведь они строительный материал для всех жироподобных веществ.

Напрашивается закономерный вывод. Все основные типы биологических молекул, известные в настоящее время, — неизбежный результат эволюции химических веществ.

Какова роль ионизирующей радиации в возникновении жизни на Земле? Всегда ли был одинаковым радиационный фон? И сегодня, и три миллиарда лет назад?

Попытки ответить на эти вопросы предпринимались неоднократно. Во всех живых организмах всегда существовали ничтожно малые количества природных радиоактивных изотопов: урана, тория, калия... Так вот, по расчетам некоторых ученых, поток излучения от тория, урана, калия 600 миллионов лет назад был на 6-7 процентов выше, чем сейчас. По данным других исследователей, 3 миллиарда лет назад поток излучения был выше сегодняшнего в 2,2 раза. Так обстояло дело с природной радиоактивностью.

А с космической? Современная атмосфера Земли надежно защищает ее от опасных для жизни доз ионизирующей радиации. Всегда ли земная атмосфера была таким надежным щитом?

В том-то и дело, что не всегда. Многие исследователи считают, что древняя Земля не имела атмосферы, сравнимой по своей массе с существующей. Этот атмосферный щит был бы ненадежен для живых существ. А синтез органических веществ из неорганических при этих условиях существенно облегчался.

Нельзя исключить и возможность периодического резкого увеличения интенсивности космического излучения. Это бывает при взрыве сверхновых звезд. Такие космические катастрофы, конечно, происходят нечасто, в среднем один раз в 200-300 миллионов лет. Но с ними приходится считаться.

Существовали и другие возможности для периодического увеличения потока солнечной и космической радиации. По неизвестным пока причинам наша планета периодически меняла свое магнитное поле. Одновременно менялась и мощность радиации, излучавшейся на Землю. Поэтому исследователи высказывают мнение: при изменении магнитных полей могла внезапно повыситься интенсивность потока солнечной радиации и космических лучей.

Если суммировать все исследования, можно прийти к твердому убеждению: ионизирующая радиация играла важную роль в синтезе органических веществ из неорганических в условиях нашей Земли. А образование органических веществ — необходимая ступень на пути к возникновению жизни.

Вмешательство ионизирующей радиации в создание более сложно построенных молекул продолжалось и дальше. Имитируя условия, которые существовали на древней Земле, исследователи синтезировали сложно построенные белки, которые входят в состав наиболее важных в биологическом отношении молекул. Аминокислоты удавалось объединить в полимерные соединения, напоминающие простейшие белки. При нагревании или облучении растворов, состоящих из более простых соединений, создали молекулу такого характерного для живого организма соединения, как АТФ, — универсальный источник энергии для всех живых клеток. Эти примеры можно значительно приумножить.

Однако до образования живой клетки было еще далеко. И вот тут мы подходим к самому критическому моменту эволюции.

Существуют два основных и наиболее обстоятельно разработанных представления о возникновении жизни.

Советский ученый А. Опарин считает, что первые клетки, несущие признаки живого организма, возникли в первичном океане древней Земли. Этот океан в определенном смысле был своего рода первичным бульоном, в котором содержались белковые молекулы. Первые клетки родились в тот момент, когда вокруг одной или нескольких макромолекул возникла полупроницаемая оболочка — прообраз современной мембраны клеток.

Брызги, летевшие от волн, могли образовывать капельки. Каждая из них окружалась слоем из жироподобных веществ толщиною в одну молекулу. Капельки захватывали из окружающей среды составные части "первичного бульона". Внутри капельки мог содержаться ансамбль молекул, напоминающих белок. Капелька снова падала в океан, и на ней образовывался двойной слой мембраны.

На каком-то этапе эволюции подобные капельки стали обладать самой примитивной формой обмена веществ. Каким образом это произошло, пока неизвестно. Генетический аппарат клетки, ответственный за передачу наследственных признаков, возник на более поздних стадиях эволюции. Можно думать, что на первых стадиях образования живых клеток информация от одной клетки к другой передавалась с помощью белков.

Другая гипотеза происхождения жизни предполагает, что первыми возникли нуклеиновые кислоты, а не белки. Сторонники этой гипотезы считают, что молекула нуклеиновой кислоты несет признаки живого организма. Ведь эта кислота, говорят они, способна "организовать" синтез белка и воспроизвести молекулу, подобную себе. По их мнению, нуклеиновая кислота — это ген в "голом" виде.

Какой бы из теорий происхождения жизни ни придерживался исследователь, ему приходится учитывать, что все процессы формирования первых клеток происходили при определенном радиационном фоне. Ионизирующая радиация — и земная, и космическая — была всегда важным моментом эволюционного процесса.

Этот процесс шел медленно, но неотступно.

Прошло около 2,5 миллиарда лет — почти половина всей истории Земли, — и наконец из одноклеточных организмов стали образовываться многоклеточные.

Предполагают, что сначала один одноклеточный организм просто заглатывал другой одноклеточный организм. Потом установилась определенная форма сожительства между ними, мирное и взаимовыгодное сосуществование. И это сосуществование в конце концов стало просто необходимым для обоих организмов.

В ходе биологической эволюции медленно, но неотвратимо Земля была завоевана многоклеточными организмами. Нуклеиновые кислоты стали основным генетическим материалом.

В процессе эволюции живых существ ионизирующая радиация продолжала играть не меньшую роль, чем во время химической эволюции. Судите сами. Если облучать нуклеиновые кислоты, то в них могут происходить некотбрые химические превращения. Иными словами, проникающие лучи вызывают изменения в генетическом материале клетки. Это должно привести к появлению новых признаков в потомстве. Большинство их будут вредными для организма, но некоторые, наоборот, приведут к образованию форм, более приспособленных к изменяющимся условиям среды. А это и является важным моментом эволюционного процесса.

 

В чем был прав физик?

В начале главы мы познакомились с молодым физиком, который излагал свое представление о радиационной биохимии.

"Все ясно, — начал тогда он свой рассказ. — Сначала квант энергии должен поглотиться тканью..."

В этой части своего повествования молодой ученый был прав, потому что радиационная биохимия всегда начинается с радиационной физики и радиационной химии.

В принципе и при действии ионизирующей радиации в очень небольшой дозе (например, природный радиационный фон) и при облучении большими дозами (облучение злокачественной опухоли) всегда происходят одинаковые процессы.

Радиационная химия и физика в ряде случаев настолько тесно связаны между собой родственными узами, что отделить одну от другой просто невозможно.

Посудите сами. В результате взаимодействия гамма-кванта с веществом энергия передается электронам. Последние отрываются от атомов и молекул и начинают двигаться с большими скоростями. Это так называемые вторичные электроны. Они расходуют свою энергию на ионизацию и возбуждение атомов и молекул.

Все эти процессы происходят чрезвычайно быстро. Житейское слово "быстро" должно иметь конкретный физический смысл. Время, расходуемое на поглощение кванта энергии, измеряется невероятно малой величиной. Необходимо одну секунду разделить на единицу с 16 нулями.

Если облучать чистую воду, будут образовываться . осколки молекул воды. Осколки молекул, обладающие повышенной способностью вступать в химические реакции, называют радикалами. Примером химического преобразования воды может служить перекись водорода.

В состав нашего тела входит много воды. В теле взрослого человека ее от 43 до 61 процента, у новорожденных детей еще больше. При поглощении квантов энергии молекулами воды, входящими в состав тела человека, также будут образовываться радикалы и продукты ее химического преобразования. В опытах на животных и простейших организмах это заключение подтверждается экспериментальным путем.

А что получится, если облучать не чистую воду, а раствор? Например, что образуется, если подействовать гамма-лучами на раствор органического вещества в воде?

Сначала образуются радикалы воды, ионизованные и возбужденные молекулы органического вещества. А потом в результате сложных взаимодействий между собой возникают два основных типа соединений: радикалы органического вещества и продукты химического преобразования этого соединения.

Избыток энергии, который заключен в возбужденных молекулах, может выделиться в виде тепла. После этого молекула "успокаивается" полностью.

В живом организме, помимо воды, огромное количество органических и неорганических молекул. После облучения из них образуется большое количество разнообразных радикалов, ионизованных и возбужденных молекул. И вот что важно: между ними возможны такие еакции, которые в здоровой клетке никогда не идут.

Статистика нередко пользуется термином "усредненный человек". Почему бы в таком случае и нам не оспользоваться термином "усредненная живая клетка"?

Специалисты по радиационной биохимии рассчитали: осле облучения в дозе 1000 бэр в усредненной клетке животного образуется три миллиона возбужденных и онизованных молекул, а в усредненном ядре клетки.

В ядре сконцентрированы основные запасы наследственного материала — ДНК. 900 тысяч беззвучных адиационных выстрелов по ядру клетки, конечно, представляют для нее смертельную опасность.

Реакции между свободными радикалами, ионизованными и возбужденными молекулами идут значительно медленнее, чем сам процесс поглощения энергии. Они протекают в течение одной стомиллионной доли секунды. Но есть и настоящие тихоходы. На такие реакции тратится одна сотая секунды. Вслед за этими реакциями в облученном организме могут наблюдаться изменения обмена веществ. Чтобы их заметить, требуются секунды, минуты или даже часы.

Но вот что очень характерно для живой клетки. Поглощение энергии кванта даже молекулой наследственного вещества — самой ДНК — совсем необязательно должно сопровождаться необратимыми нарушениями. Ничего подобного. Клетка мобилизует починочные механизмы для восстановления поврежденных молекул. И не только мобилизует. Через некоторое время после квантовой бомбардировки нередко наступает полное восстановление поврежденной молекулы.

Все эти процессы — поражения и восстановления — идут при облучении клетки в широком диапазоне доз. И вот тут мы встречаемся с удивительным феноменом радиационной биохимии. Действие ионизирующей радиации на родителей может проявиться у детей, или только у внуков, или даже более далеких потомков.

 

Родители, дети, внуки и правнуки

Пожалуй, один из интереснейших феноменов радиационной биохимии — генетический эффект ионизирующей радиации — дал интереснейшую информацию для размышлений целому поколению экспериментаторов и теоретиков. Генетики и биохимики, цитологи и врачи, специалисты по молекулярной биологии, физики, "ударившиеся" в биологию, и биологи, увлекающиеся методами математического моделирования биологических систем, — все они пытались ответить на вопрос: почему облучение родителей даже сравнительно невысокими дозами ионизирующей радиации может сказаться не только на детях, но и на внуках. Действительно, почему?

Чтобы ответить на этот вопрос, для начала попробуем провести эксперимент.

Сразу оговоримся, сделать это непросто. Чтобы получить достоверные данные, надо поставить опыт на тысячах экспериментальных животных. Да, да. Не на десятках, не на сотнях, а на многих тысячах, например, мышей. Если животных будет меньше, наши данные окажутся статистически недостоверными.

Сначала зайдем в современный виварий — целый комплекс сооружений, в которых живут экспериментальные животные. Совсем недавно, например, я детально знакомился с работой такого вивария. Это было в Бельгии, в радиобиологическом отделе атомного центра в маленьком городке Моле.

В сосновой роще, очень похожей на подмосковную, стоит большое одноэтажное здание. Это виварий.

В помещении вивария идеальная чистота. Совсем нет деревянных деталей: их трудно стерилизовать. Кругом только стекло, керамика, синтетические полимеры, анодированный дюраль, нержавеющая сталь. Одним словом, современные строительные материалы. Воздух кондиционированный, в помещении — автоматы, поддерживающие постоянную влажность и температуру. Красивые небольшие клетки для мышей сделаны из прозрачного термостойкого пластика. Это не случайно. Ведь клетки приходится не только мыть в моечных машинах, но и стерилизовать в автоклавах.

Животных кормят искусственными гранулированными кормами. В прессованных таблетках все необходимое для жизни: белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы. Подстилка для мышей, мелкая деревянная стружка, предварительно стерилизуется. В клетках — автопоилки. На стеллажах из нержавеющей стали тысячи и тысячи симпатичных сереньких, черных и пестрых зверьков.

Чтобы обнаружить генетические повреждения в потомстве облученных родителей, современные исследователи работают только с животными чистых линий, иными словами, на генетически однородном материале. Этих линий довольно-таки много. Они порой носят замысловатые названия, что-нибудь вроде "С-57-блек". Но названия линий международные, они понятны специалистам в разных странах, говорящим на разных языках.

В зависимости от задач, которые решают ученые, подбирается и соответствующая линия животных.

Придется провести длительный эксперимент. Он может растянуться или на много месяцев, или на несколько лет. И это закономерно. Мы хотим облучать родителей, например самок мышей, и наблюдать за появлением генетических отклонений в потомстве на мышиных детях и внуках. Заметить эти отклонения непросто: их сравнительно мало.

Изменения в наследственном материале генетики называют мутациями. Мутация — это какое-то отклонение от нормы. Если хотите, мутация — это ошибка, которая допущена при печатании копии с оригинала. Но именно с помощью мутаций вид может приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды.

Мутации наблюдают в живых организмах постоянно, но в очень небольшом количестве. Их вызывают различные химические вещества и ионизирующая природная, естественная радиация. Такие мутации называют естественными, или спонтанными, возникающими самопроизвольно. Если мы хотим выявить влияние дополнительных количеств проникающей радиации на потомство, то животные со спонтанными мутациями должны служить нам контролем.

Теперь возьмем 2 тысячи самок в контрольную группу, через определенный срок у них появятся мышата. Внимательно исследуем все многотысячное беспокойное потомство. Из 10 тысяч обследованных мышат у 100 обнаруживаются отклонения от нормы. Это результат так называемых спонтанных мутаций.

Другую группу из 2 тысяч самок" облучим в дозе 50 бэр. Затем обследуем 10 тысяч новорожденных мышат и обнаружим уже у двухсот из них отклонение от нормы. Таким образом, облучение самок мышей привело к увеличению генетических отклонений в потомстве.

Ученые считают, что доза, увеличивающая частоту спонтанных мутаций в половых клетках человека, может колебаться от 10 до 100 бэр. Но чтобы прийти к такому ответственному заключению, потребовалось провести опыты на многотысячной армии экспериментальных животных.

Если исследователи хотят обнаружить генетические отклонения от нормы у внуков и правнуков, чьи бабушки или прабабушки были облучены (речь идет, конечно, об экспериментах на мышах), число животных в опыте необходимо резко увеличить. Это объясняется довольно-таки просто. Говоря житейским языком, у внуков и правнуков пораженные гены все больше и больше будут "разбавляться" здоровыми генами. И чтобы статистически достоверно доказать влияние облучения прабабушки на правнуков, нужно провести грандиозные по числу особей эксперименты. И не один, не два, а десятки, иногда сотни исследований. Только после этого становится возможным перенести результаты опытов с животных на человека.

Вот любопытные расчетные цифры, взятые из одной интересной книги "Концепция биологического риска воздействия ионизирующего излучения", изданной в Советском Союзе в 1973 году. Если предположить такой случай, что большая масса людей подвергнется облучению в дозе 1 бэр, то в этом случае среди миллиона родившихся детей число видимых мутаций увеличится всего на 16 случаев. Еще раз следует подчеркнуть, что это данные расчетные. Они опираются только на эксперименты, проведенные на многотысячной армии мелких лабораторных животных.

16 случаев — увеличение, конечно, незначительное, но факт остается фактом.

Статистика — наука упрямая.

Говорят, испанский король Альфонс X Кастильский, живший в XIII веке, был не лишенным юмора монархом. Однажды под натиском навалившихся на него сложных государственных дел он высказал крамольную по тому времени мысль. "Если бы господь бог, — изрек король, — сделал мне честь спросить мое мнение при сотворении мира, я бы ему посоветовал сотворить его получше, а главное — попроще".

Пожалуй, пожелай Альфонс X Кастильский изучать современные проблемы радиационной биохимии и радиационной генетики, ему бы пришлось нелегко. Сокровенные механизмы действия ионизирующей радиации на генетический материал не назовешь простыми.

В ядре клетки ДНК упакована в специальных образованиях, которые называют хромосомами. Можно сказать и так: гены объединены в хромосомы. Деление клетки на две дочерние биологи называют митозом. Важную часть процесса митоза составляет расщепление хромосом на две части и последующее их расхождение к полюсам клетки (полюс в клетке — это, разумеется, условное название).

Для удобства изучения процесса митоза его разделяют на несколько стадий, или фаз, каждая из которых имеет собственное название. Следует, конечно, помнить, что разделение на фазы тоже условно. На самом деле митоз представляет собой непрерывный процесс.

Первая фаза характеризуется наибольшей активностью обмена веществ в клетке. Вторая фаза — это подготовка клетки к делению. Хромосомы удваиваются, потом закручиваются в спираль и поэтому становятся и потолще и покороче. Оболочка ядра, в котором были упакованы хромосомы, растворяется. В третьей фазе хромосомы выстраиваются по экватору клетки, а потом расходятся к полюсам. В конце следующей фазы каждая хромосома уже имеет характерный для данного вида клеток внешний вид. Наконец последнюю фазу митоза можно назвать фазой восстановления. Хромосомы раскручиваются, становятся тоньше, вновь появляется оболочка ядра. Наконец клетка делится на две половинки, каждая из которых имеет собственное ядро.

Процесс размножения клетки идет именно таким путем. Сестринские хромосомы являются т.очными копиями. Именно поэтому дети похожи на родителей. Но при передаче наследственных признаков иногда возникают ошибки. В результате эволюционного процесса эти ошибки могут сохраниться. Но с этими генетическими ошибками — с этими мутациями — все обстоит не так-то просто, как может показаться с первого взгляда.

Ионизирующая радиация может вызывать мутации разного типа. Например, так называемые точковые мутации. Это конкретные физико-химические изменения в каком-то месте, в какой-то точке молекулы ДНК.

Другой важный вид мутаций связан с нарушением самой структуры хромосом, с изменением структуры нити.

И наконец, полезно познакомиться еще с одним видом мутаций. Она вызывается изменением числа хромосом. Их становится меньше или больше.

Всякая систематика, конечно, носит условный характер. Но в то же время только с ее помощью удается упорядочить наши знания. Она — нечто вроде морской карты для капитана, ведущего судно в безбрежном океане.

Генетики делят мутации еще на две группы. Одну группу они называют доминантными мутациями, другую — рецессивными. Если мутация доминантна, она выявится уже в ближайшем поколении. При облучении родителей изменения будут выявляться у детей. Рецессивные мутации могут появиться спустя одно или несколько поколений позже. Другими словами, при облучении будущих бабушек и дедушек результаты облучения могут проявиться на внуках и правнуках. Правда, дело облегчается тем, что рецессивные мутации могут вообще не проявиться ни в одном из следующих поколений. Как говорится, нет худа без добра.

Один из крупных современных биологов, Д. Мэзия, как-то шутливо заметил: "Благодаря размножению клеток жизнь ухитряется обвести вокруг пальца время. При наилучших условиях продолжительность жизни отдельных клеток измеряется днями, месяцами, самое большое — десятилетиями. И по мере того как идет время, все живое начинает стареть.

Однако благодаря размножению клеток время можно повернуть вспять и притом с двойным выигрышем — вместо одной клетки получить две".

Развивая эту мысль, можно добавить: благодаря ионизирующей радиации живая клетка приобрела ту дополнительную гибкость и способность меняться в зависимости от изменений окружающей среды, которая и позволяла ей выживать на протяжении миллионов лет.

И вот тут возникает один из самых трудных, самых притягательных и волнующих вопросов: а каков интимный механизм возникновения мутаций, которые вызывает ионизирующая радиация?

Несколько раньше мы уже рассказывали о так называемых точковых мутациях. Природа их стала понятной в последнее время.

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты построена из простых составных частей, пуриновых и пиримидиновых оснований. Так вот, если ионизирующая радиация вызывает точковые мутации, это значит, что произошли химические изменения в строительных блоках — пуриновых и пиримидиновых основаниях. В силу особенностей своего строения пиримидиновые основания в два раза чувствительнее, чем пуриновые.

Ну а если мутация вызвана влиянием проникающей радиации на структуру хромосом?

В этом случае события развертываются в другом месте молекулы ДНК. В состав ее, как известно, входят остатки углевода и фосфорной кислоты, связанных в длинную цепочку. Так вот, если после облучения рвется эта цепочка, то имеют дело с изменением структуры хромосом. Цепочка рвется в тех местах, где связи ее послабее. Одним словом, как в старой пословице: "Где тонко, там и рвется".

Если мутация — это своего рода ошибка при снятии копии с оригинала, то ее, как и любую ошибку, можно исправить. Для этих целей в организме существует система починочных механизмов и биологических ускорителей реакций, ферментов.

Предположим, после облучения произошла подобная ошибка. Сейчас же в действие вступают починочные ферменты, механизмы восстановления начинают работать на полную мощность. От их активности зависит, сохранится ошибка в генетическом материале или нет. Если ошибка исправлена, то, как говорится, все в порядке. Если нет, не исключено, что изменения в организме могут быть обнаружены у внуков или правнуков.

 

Полезные уродцы

Повторим опыты, в которых мы хотим изучить влияние ионизирующей радиации на потомство. Однако совсем необязательно для этих целей использовать мышей. Почему бы не перейти на другой объект исследования и не подействовать гамма-лучами, например, на зерно ячменя? В конце концов, зерна тоже "родители", из которых вырастают многочисленные "дети".

Подобный эксперимент, конечно, стоит дешевле, число облученных родителей, зерен, может быть практически неограниченным, а результаты исследований статистически будут более достоверны. Планируя любое научное исследование, необходимо четко представлять, во имя чего оно проводится. Ход наших рассуждений может быть следующий.

Природный фон ионизирующей радиации всегда воздействовал на растения и вызывал мутации. В результате этих ошибок в процессе эволюции, растянувшейся на миллионы лет, возникло все разнообразие растительного царства. Почему бы нам не ускорить в лабораторных условиях эволюционный процесс и не заставить "колесо истории" завертеться в несколько раз быстрее? Для этого, вполне логично, придется увеличить дозу ионизирующей радиации. Решение такого вопроса представляет очевидный теоретический интерес.

Теперь сформулируем задание, имеющее практическое значение. Сорт, с которым мы хотим провести исследования, имеет один существенный недостаток. Стебель у этого ячменя тонкий и длинный. При сильном ветре и дожде он полегает. Уборка урожая затрудняется, потери зерна возрастают. А мы хотели бы иметь у ячменя стебель и покороче, и потолще, а главное — попрочнее. Если бы при этом удалось еще и увеличить число зерен в колосе, было бы совсем хорошо.

Итак, задачи исследования определены. Можно приступить к эксперименту. Облучим зерна ячменя в строго определенной дозе и высадим их в поле. Когда растения вырастут, созреют, соберем урожай и проведем тщательный статистический анализ.

Мы увидим, что число растений-уродцев на опытном поле резко возросло по сравнению с теми растениями, семена которых не были облучены. Но среди мутантов нам удается обнаружить и несколько "полезных уродцев". Тех, что мы ищем. У части из них прочный, укороченный стебель, а число зерен в колосе выше нормы на 20-25 процентов. Такие растения отбираются, исследуются и высеваются снова. Постепенно, шаг за шагом, специалисты "усиливают" полезные признаки. Проходит еще некоторое время, и новый сорт ячменя получен.

Решены обе поставленные задачи. Мы убедились в возможности ускорения эволюционного процесса с помощью ионизирующей радиации. Получен новый сорт ячменя, более урожайный и.более устойчивый к неблагоприятным условиям погоды.

То, о чем рассказано выше, не фантазия. Именно так в конце пятидесятых годов нашего века в Швеции был выведен новый сорт ячменя, более урожайного и более устойчивого к неблагоприятным условиям среды.

Несколько лет назад узбекский ученый-селекционер Н. Назиров показывал нам, гостям из Москвы, экспериментальное поле, на котором выращивался хлопок, устойчивый к тяжелому грибковому заболеванию — вилту. Это был сорт, полученный с помощью ионизирующей радиации, радиационный мутант. На поле чередовались полосы обычного хлопчатника, легко поражаемого болезнью, и устойчивого к вилту. Даже неспециалисту было легко заметить преимущества нового сорта. Растения были более мощными, кустистыми, их зелень ярче, и они давали большее количество коробочек хлопка.

В 1972 году Международное агентство по атомной энергии сообщило: с помощью ионизирующей радиации выведено и внедрено в практику 75 новых сортов сельскохозяйственных растений. Это официальное подтверждение успехов радиационной селекции и генетики. В связи с этим вспоминаются имена двух русских исследователей Л. Делоне и А. Сапегина, которые еще в 1930 году высказали пророческую мысль, что ионизирующая радиация может широко использоваться для получения радиационных мутантов и выведения новых, более полезных для человека сельскохозяйственных растений.

Совсем недавно в одном из американских журналов была помещена статья "Радиация — вполне терпимый сосед". Специалисты по радиационной генетике и селекции вряд ли могут согласиться с таким ее определением. В умных руках исследователя ионизирующая радиация становится нашим надежным помощником.

Полезные уродцы приносят пользу, конечно, не только в сельском хозяйстве. Известно, что ряд лекарств мы получаем из микроорганизмов. Радиационные "дети" оказываются более полезными, чем необлученные "родители".

Еще более обнадеживающие результаты ожидают исследователей в будущем. В ближайшем десятилетии будут получены радиомутанты микроорганизмов, способные более энергично нарабатывать пищевые белки. Будут выведены водоросли, годные для употребления в пищу и размножающиеся с большой скоростью. Одним словом, молодым специалистам по радиационной биохимии есть над чем поработать в ближайшем будущем.

 

На рабочих местах

В Советском Союзе радиационной биохимии уделяют большое внимание. В ряде научно-исследовательских институтов Академии наук, Министерства здравоохранения, Академии сельскохозяйственных наук, в институтах союзных республик ученые разрабатывают теоретические и практические вопросы этого актуального направления современного естествознания.

Широко известны, например, работы члена-корреспондента Академии наук СССР А. Кузина. В возглавляемом им радиобиологическом отделе Института биофизики Академии наук СССР успешно решается широкий круг задач радиационной биохимии. Изучается, какие биохимические реакции являются первичными, так сказать, пусковыми при лучевом поражении; с помощью каких механизмов пораженная радиацией клетка себя чинит и лечит; как с помощью небольших доз ионизирующей радиации повысить урожайность сельскохозяйственных культур и почему в этом случае радиация становится не вредной, а полезной.

Интересные и оригинальные направления радиационной биохимии развиваются в стенах лаборатории, которую возглавляет профессор Ю. Кудряшов, на кафедре биофизики Московского университета. Когда организм облучен определенной дозой ионизирующей радиации, в нем образуется какое-то таинственное вещество, играющее существенную роль в развитии лучевого поражении. Его нередко называют "первичным радиотоксином". Так вот, в лаборатории Ю. Кудряшова была в значительной мере расшифрована химическая природа этого первичного радиотоксина. Им оказались производные жирных кислот, входящих в состав хорошо всем известных жиров и масел. Некоторые из них имели свойства перекисей органических кислот. А это очень важно не только для понимания тонкого механизма действия квантов поглощенной энергии, но и для поиска лекарств, которые способны либо предупреждать лучевое поражение, либо лечить пораженную клетку.

Сегодня перспективные направления радиационной биохимии разрабатываются коллективами ученых Москвы, Ленинграда, Киева, Минска, Ташкента, Львова, Одессы, Томска... Успехи этого направления современной биологии всегда были связаны с достижениями атомной физики, атомной промышленности и бурным внедрением радиоактивных изотопов в практику народного хозяйства.

Первая лаборатория радиационной биохимии была создана вскоре после окончания Великой Отечественной войны. Институт, в который она входила, возглавил академик Г. Франк. Выдающийся исследователь-биофизик, талантливый организатор науки, он в предельно короткие сроки сплотил вокруг себя коллектив молодых, способных исследователей.

Фактически время рождения института, возглавляемого Г. Франком, это и время рождения в нашей стране радиационной биохимии на ее современном молекулярном уровне. Признаюсь: я горжусь, что работал под руководством этого талантливого ученого.

Созданная в Институте биофизики лаборатория радиационной биохимии практически вся состояла из молодежи — недавних выпускников Московского университета и медицинских институтов. В течение ряда лет ею руководил один из известных советских биохимиков, И. Иванов. Лаборатория работала энергично, напористо, как говорится, с огоньком. И уже в 1956 году нами была опубликована первая в Советском Союзе монография по радиационной биохимии — "Обмен веществ при лучевой болезни". Эта книга, созданная под руководством профессора И, Иванова, обобщала накопленный советскими учеными опыт и анализировала достижения радиационной биохимии. Первый шаг был сделан.

Лаборатории, в которых изучают проблемы радиационной биохимии, существуют во всех развитых странах. Эта область естествознания бурно развивается, потому что мирное использование атомной энергии — объективно существующая необходимость. Практически каждый год в Советском Союзе и за рубежом проходят международные конгрессы, симпозиумы и конференции, на которых ученые не только подводят итоги своих научно-исследовательских работ, но и намечают пути дальнейших исследований.

Совсем недавно, в конце мая 1975 года, в Армении, в одном из красивейших городов нашей Родины — Ереване состоялся международный форум ученых. Он был посвящен принципиально важной проблеме — изучению первичных и начальных процессов действия ионизирующей радиации на живую клетку. В конференц-зале Института физики собрались ученые из Советского Союза, Венгрии, Германской Демократической Республики, Польши, Чехословакии, Англии, Бельгии, Швеции, Японии...

Главное внимание привлекли доклады, в которых сообщались новые факты и представления о действии ионизирующей радиации на ДНК — основной субстрат генетического материала живой клетки. Особый интерес представляли работы, посвященные изучению биомембран — бесчисленных перегородок внутри живой клетки. Это на них закреплены ускорители химических реакций — ферменты. Мембраны отделяют клетку от внешней среды. Без них жизнь невозможна.

...На трибуну поднимается ученый из Германской Демократической Республики В. Мальц. "Я буду говорить на русском языке, — начинает он. — После облучения клетки мы наблюдаем различные типы повреждения дезоксирибонуклеиновой кислоты. Но многие из этих повреждений легко чинятся. Какой тип повреждения может быть восстановлен? Я хочу обсудить этот вопрос и рассказать о наших исследованиях..."

С большим интересом слушают участники симпозиума доклад Ц. Авакяна, представленный коллективом авторов из Армении. Частицы высоких энергий — мощный фактор воздействия на живую клетку. Какова роль молекулярного кислорода, которым мы дышим, в радиационном поражении организма? Можно ли с помощью лекарств предупредить повреждение клетки?

...Выступает сотрудница Института биофизики Академии наук СССР Н. Стражевская. Ее сообщение привлекает пристальное внимание присутствующих. Молекула ДНК не существует в клетке животных в изолированном виде. Она находится в сложных взаимоотношениях с молекулами других химических соединений. Например, с белками, которые носят название гистонов. Кислота соединяется с мембраной ядра клетки с помощью тончайших мостиков. ДНК словно причудливая бахрома как бы подшита к поверхности мембраны. Вся эта сложная и недостаточно изученная конструкция обладает высокой радиочувствительностью. Как хрупкий карточный домик, она начинает распадаться в короткие сроки после облучения. И в то же время живая клетка располагает приспособлениями для починки и восстановления хрупкой конструкции...

С трибуны звучит английская речь. Выступает английский ученый А. Скотт. "Если облучить, — говорит он, — простейшие организмы, например, дрожжевые клетки ионизирующей радиацией в большой дозе, они начинают погибать. В строго определенные промежутки времени после облучения. По-видимому, при этом в клетках поражаются наиболее жизненно важные молекулы, например, молекулы ДНК, которые можно назвать в определенном смысле "мишенями". Английский ученый обсуждает вопрос о выведении математической формулы, которая отражала бы состояние наблюдаемых явлений.

Работа симпозиума продолжалась несколько дней. Было заслушано несколько десятков крупных докладов. А потом состоялась общая дискуссия. Не всегда точки зрения ученых совпадали. Нередко для объяснения одного и того же факта привлекались разные гипотезы.

Когда существует много гипотез, значит, не хватает экспериментальных фактов. Но здесь нет ничего удивительного. Наоборот, этот процесс закономерен. В то же время очевидно, что радиационная биохимия способна дать принципиальное объяснение явлений, которые наблюдаются при поглощении квантов энергии живой клеткой.