Невидимый современник

Лучник Николай Викторович

Правила получают объяснение

Итак, с биологической эффективностью радиации вопрос прояснился. Разгадка парадокса связана с уникальностью генетических структур клетки. Единственное, что к этому нужно добавить: генетические поражения, конечно, не единственная причина биологического действия радиации, хотя наиболее изученная и важная. Эту истину не мешает повторить несколько раз, ибо ничто так не вредно в науке, как чрезмерные крайности. Преувеличение значения генетики не менее опасно, чем ее отрицание.

Остается ответить на второй из главных вопросов радиобиологии: с чем связаны различия в радиочувствительности клеток и организмов?

Строго говоря, это даже не один вопрос, так как причины различий по радиочувствительности между человеком и амебой, между твердой и мягкой пшеницей, между одинаковыми клетками на разных стадиях их жизненного цикла скорее всего не одни и те же.

Различия между живыми организмами, находящимися в очень далеком родстве, и между их клетками многообразны. Очень уж по-разному организованы неклеточные, одноклеточные и многоклеточные формы жизни, животные и растения. О причинах их различий по чувствительности высказывали разные соображения. И, вероятно, каждый был в какой-то степени прав, но никто не был прав до конца. Мы займемся более простыми вопросами: различиями в радиочувствительности у близких организмов и ее изменением под влиянием сопутствующих факторов и условий. В биологическом действии радиации очень большую роль играет поражение хромосом — наследственного аппарата клетки. Поэтому естественно искать причины различий радиочувствительности у близких организмов в различиях их хромосомного набора.

Природа сама дает объект для таких исследований. Этот объект — полиплоидия. Чаще всего клетки содержат по две хромосомы каждого сорта (то есть двойной, или диплоидный, набор), но среди растений встречаются виды, клетки которых содержат по четыре набора (тетраплоиды), по шесть наборов (гексаплоиды) и т. д. Полиплоидия широко распространена в растительном мире. Некоторые группы растений даже образуют так называемые полиплоидные ряды. Например, в роде пшениц встречаются виды с 14, 28 и 42 хромосомами. К диплоидам (с 14 хромосомами) относится ряд диких видов, а также культивируемая кое-где на Кавказе и в Испании пшеница-однозернянка. К тетраплоидам относятся твердые пшеницы, к гексаплоидам — мягкие. Полиплоидные ряды — замечательный объект для изучения влияние числа хромосом на радиочувствительность. И не удивительно, что многие экспериментаторы использовали это в своих опытах.

Опыты на полиплоидах давали результаты, на первый взгляд противоречивые. При вызывании генных мутаций более чувствительными оказывались виды с меньшим числом хромосом, при вызывании хромосомных — с большим. Но этого и следовало ожидать. Генная мутация — изменение свойств одного из генов. Даже у диплоидов далеко не все генные мутации обнаруживают свое действие: им противодействует оставшийся неповрежденным другой такой же ген. А у полиплоидов — три, пять или даже больше нормальных разновидностей того же гена, которые еще надежнее маскируют возникшую мутацию.

Другое дело — хромосомные мутации. Их можно наблюдать под микроскопом. И если возник фрагмент или обмен, он будет заметен независимо от того, сколько в клетке нормальных хромосом. То же касается и действия хромосомных мутаций. Они оказывают свое влияние на судьбу клеток вследствие механических трудностей, которые создают некоторые обмены для деления клеток, и нарушения генного равновесия при потере фрагментированных хромосом. Ни тому, ни другому присутствие нормальных хромосом не препятствует.

А в какой клетке легче вызвать изменение хромосом — с 14 или с 28 хромосомами? Конечно, в клетке с большим числом хромосом: чем крупнее мишень, тем легче в нее попасть. И здесь та же доза облучения вызывает большее число хромосомных мутаций. Поэтому и при наблюдении общих эффектов, таких, как выживание, скорость роста, полиплоиды обычно оказываются более чувствительными.

Это, кстати, один из доводов в пользу того, что хромосомные мутации играют важную роль в биологическом действии радиации вообще.

Несколько лет назад американский

ботаник Сперроу провел большую работу по сравнению радиочувствительности разных видов растений. Влияние радиации на рост и выживание растений сопоставляли с особенностями их хромосомного набора. Сравнение с числом хромосом мало что дает, так как разные виды отличаются не только числом, но и величиной хромосом. Ученые взяли наиболее существенный показатель — содержание ДНК на клетку, то есть количество хромосомного материала. И что же: чем больший объем в клетке занимают хромосомы, тем чувствительнее, как правило, оказываются растения. Совершенно строгой зависимости не было, и если, например, у двух каких-то растений содержание ДНК различалось в два раза, то радиочувствительность вовсе не отличалась ровно вдвое. Значит, «объем мишени» не единственный фактор, определяющий радиочувствительность, но роль его настолько велика, что связь между чувствительностью и массой хромосом не могут затушевать все другие факторы.

А причины вариаций радиочувствительности у одного и того же вида помогло выяснить открытие эффекта восстановления. Разработан метод для количественного определения числа первично поврежденных клеток. Совершенно ясно, что, применяя этот метод, можно подразделить разницу в общем эффекте на различия в первичной поражаемости и в степени пострадиационного восстановления.

Эти исследования показали, что различия в степени восстановления — самая важная причина, определяющая различия в радиочувствительности у организмов одного вида в разных условиях. И здесь эта причина не единственная, но она, по-видимому, играет ведущую роль. При этом обнаружилось, что многие случаи вариаций радиочувствительности, которые раньше объясняли другими причинами, оказались связанными с восстановлением.

Ряд работ был посвящен анализу влияния химических веществ и других дополнительных воздействий на радиочувствительность. Когда соответствующий фактор применялся после облучения, как правило, оказывалось, что он изменяет эффект, влияя на степень пострадиационного восстановления. Если же фактор применялся перед облучением, то он изменял и степень первичного поражения и степень восстановления. Результат, конечно, разумный — именно этого и следовало ожидать.

Можно было бы приводить много примеров анализа причин разных случаев изменения радиочувствительности, но я ограничусь только одним: самым известным и до недавнего времени самым непонятным. Речь пойдет об уже знакомом нам кислородном эффекте. По этому поводу напечатаны сотни работ, но ясности о механизме кислородного эффекта до недавнего времени не было. Как вы, конечно, помните, кислородный эффект был переоткрыт в пору увлечения гипотезой непрямого действия. И в те времена кислородный эффект связывали с его влиянием на выход активированной воды. Поэтому считали, что разница в биологическом действии связана с разным числом первичных повреждений, возникающих в кислородных и бескислородных условиях. А когда маятник качнулся в противоположную сторону, появилась другая гипотеза — о том, что кислород влияет только на судьбу первичных повреждений.

За выяснение механизма кислородного эффекта взялся недавно молодой радиобиолог Константин Яковенко. В отличие от предыдущих исследователей он был вооружен методом для определения числа первично поврежденных клеток, и первая же его работа стала существенным вкладом в проблему, которая казалась уже исхоженной вдоль и поперек. Прежде всего он занялся так называемым кислородным последействием. Этим не совсем удачным термином называют уменьшение эффекта, если применить бескислородные условия после конца облучения. По поводу кислородного последействия в литературе были противоречия. Одни авторы утверждали, что лишение клеток кислорода на некоторое время после облучения уменьшает их повреждение, другие не обнаруживали никакого эффекта. Косте удалось найти причину этих разногласий и указать условия, которые нужно соблюдать для получения «последействия».