Вплив радіації на потомство [1972 Барабой А.В., Киричинський Б.Р.

Кожен організм, навіть найдосконаліший і складно влаштований, веде свій початок від однієї - єдиної клітини, яка утворилася в результаті злиття статевих клітин, - гамет - батьків. У гаметах, а потім і в заплідненої яйцеклітини - зиготі - закладені всі основні спадкові якості майбутнього організму. В обсязі, що дорівнює одній таблетці аспірину, можна помістити близько двох мільярдів чоловічих гамет - сперматозоїдів. Цієї кількості в принципі достатньо для подвоєння чисельності населення Землі. Таке чудове "консервування" спадкових задатків цілого організму в рамках однієї мікроскопічно малою клітини можливо тільки тому, що в клітці існує спеціальний механізм, код, який зберігає в зашифрованому стані спадкову інформацію.

Численними експериментальними дослідженнями встановлено, що найважливішу роль в діяльності цього механізму грають біополімери, особливо нуклеїнові кислоти. Полімерна структура нуклеїнових кислот є ланцюжком послідовно з'єднаних мономерів - нуклеотидів, кожен з яких складається з молекули цукру (рибози або дезоксирибози), молекули фосфорної кислоти і азотистої основи. До складу нуклеїнової кислоти входять чотири основних азотистих підстави, порядок розташування яких по ланцюжку кислоти урізноманітнює її структуру і бере участь у формуванні генетичного коду.

Головним хранителем інформації є, очевидно, дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), розташована в ядрах клітин і входить до складу складної структури хромосом. Як показали досліди англійських дослідників Уотсона і Крика, молекула ДНК складається з двох самостійних полінуклеотидних ланцюжків, пов'язаних між собою водневими зв'язками, але здатних за певних умов розділятися. За останніми даними, отриманим професором А. М. Кузіним і його учнями, молекули ДНК здатні об'єднатися в ще більш складні надмолекулярних структури, що мають чимало спільного зі складними хромосомними структурами. Молекули ДНК служать як би штампом, матрицею, на якій синтезуються, штампуються молекули рибонуклеїнової кислоти (РНК), що передають спадкову інформацію далі - молекулам белхов, в тому числі ферментативних. У свою чергу синтез нуклеопротеїдних структур здійснюється за участю ряду ферментів.

Окремі ділянки молекули ДНК, що носять назву генів або цистрон, зберігають в закодованому вигляді відомості, плани влаштування окремих білків. Щоб ця зашифрована схема перетворилася в реальну білкову молекулу, необхідний дуже складний, але точно працюючий механізм реалізації спадкової інформації.

Як же працює цей дивовижний, ні з чим не порівнянний механізм? В спірально зігнутої подвійний ланцюжку ДНК азотисті основи, що з'єднуються в пари за допомогою водневих зв'язків, утворюють щось на зразок сходинок гвинтових сходів. Щоб "прочитати" приховану в них спадкову інформацію і передати схему виробництва білків на спеціальні фабрики білків рибосоми, потрібно спочатку розділити нитки ДНК, розірвати водневі зв'язку між азотистими підставами. Зв'язки ці дуже неміцні і в умовах клітини в потрібний момент розриваються. Азотисті основи - сходинки сходів - молекули ДНК - є чотирьох видів: аденін, гуанін, тимін і цитозин. З них-то і складаються літери спадкового коду. Найпростішою одиницею - мономером білка - є амінокислота. Щоб зберегти в спадкової пам'яті клітини структуру білка, потрібно мати у своєму розпорядженні алфавітом мінімум з 20 букв. Але азотистих основ тільки чотири. Рішення було знайдено тільки в 1963 р Виявилося, що кожній амінокислоті в майбутньому білку відповідає комбінація з трьох азотистих основ (триплет). А таких комбінацій з чотирьох підстав можна отримати навіть не 20, а 64.

Отже, перше питання є очевидним: триплети азотистих основ ДНК кодують послідовність амінокислот в молекулі білка. Але ДНК знаходиться в ядрі клітини, а рибосоми - фабрики білка - в цитоплазмі. Повинен існувати, отже, якийсь посередник, переносник інформації від ДНК ядра до рибосом цитоплазми. Виконує цю роль один з видів РНК - так звана інформаційна РНК, або РНК переносник. Розмір її молекули точно відповідає розміру гена - ділянки ДНК, що кодує структуру однієї білкової молекули. В межах гена освіту інформаційної РНК йде так, що кожному азотистій підставі гена відповідає певне підгрунтя РНК. Отже, структура РНК повністю залежить від структури гена, є її дзеркальним відображенням. Спадкова інформація разом з самим дзеркалом - молекулою інформаційної РНК -переходить з ядра в рибосому. А по інших каналах туди ж доставляються будівельні матеріали - амінокислоти. Кожен вид сировини транспортує спеціальний носій. Цю роль виконує інша форма РНК - транспортна, існуюча в двадцяти різновидах (по числу амінокислот). В рибосомах проект майбутньої молекули білка, доставлений РНК-переносником, зустрічається з потоками будматеріалів, доставлених транспортними РНК. Тут проект вбирається в плоть і кров. Уздовж молекули інформаційної РНК, відповідно до порядку і структурою її триплетів, шикуються амінокислоти. Вони з'єднуються між собою, білкова ланцюг готова,

Вся ця, зовні проста схема передачі генетичної інформації від ДНК до білків побудована на основі тривалих і кропітких досліджень. На особливу увагу заслуговують фундаментальні роботи лауреатів Нобелівської премії американських вчених Очоа, Корнберга, Ниренберга, радянських академіків А. Н. Білозерського, А. С. Спіріна та ін.

Отже, спадкова інформація в статевих клітинах зберігається, розмножується і передається завдяки існуванню цього складного, досить точного і досконалого процесу, в якому роль головного хранителя інформації та первинного штампа виконують молекули ДНК, розташовані в ядрі клітини.

Найважливіша особливість генетичних структур клітини - їх унікальний характер. Молекули ферментів і інших біологічно важливих сполук завжди присутні в клітці у вигляді більшої чи меншої кількості однакових копій. Клітинні ж структури, відповідальні за зберігання спадкової інформації, складаються з різних за складом і функції молекул. Навіть в рамках однієї полинуклеотидной ланцюжка ДНК, очевидно, існують різноякісні ділянки, що несуть різну інформацію.

Природно, що навіть мінімальні пошкодження генетичних структур, нікчемні зміни їх складу можуть мати найсерйозніші наслідки для клітини. Якщо ж це клітина статева, сумні наслідки можуть бути як для всього майбутнього організму, так і для його нащадків. Зміна пристрою, "візерунка" первинного штампа повторюється, відтворюється потім у сотнях і тисячах копій, передається через молекули РНК молекулам білків, впливає на перебіг обмінних процесів в клітині, порушуючи їх точну і досконалу координованість. Якщо описане зміна "візерунка" матриці відбулося в статевій клітині, воно відтворюється у всіх клітинах організму, що росте на цій клітини, в тому числі і в його статевих клітинах. Отже, ця зміна може передатися у спадок і нащадкам організму, принаймні деяким з них. Більшість виникаючих змін структури ДНК усувається відновними системами клітини, про які йшла мова вище. Однак частина виникли змін зберігається і викликає стійке спадкове зміна тієї чи іншої ознаки організму. Такі стійкі і передаються у спадок зміни, які наступають в організмі раптово під впливом певної причини (в даному випадку - дії іонізуючої радіації), отримали в науці, за пропозицією голландського вченого де Фріза, назва мутацій.

Ядерні випромінювання являють собою один з найпотужніших в природі мутагенних чинників. Внаслідок неповторності генетичних структур клітини стійке зміна спадковості - мутація - може виникнути при попаданні в статеву клітину однієї іонізуючої частинки або кванта. А це можливо при дуже малій кількості іонізуючих променів. Отже, мутації можуть виникнути (і вони дійсно виникають) навіть під впливом того нікчемного випромінювання, яке становить радіоактивний фон і обумовлено дією космічних променів і природною радіоактивністю повітря, води, грунту, навколишніх предметів і нашого власного тіла. Природний фон радіації існує постійно і в будь-якому місці земної кулі, тому таке випромінювання поряд з іншими природними мутагенними факторами, безперервно впливаючи на весь органічний світ, викликає у його представників періодична поява нових стійких ознак, т. Е. Бере участь у виникненні природного мутаційного процесу.

Шкідливий або корисний процес утворення мутацій? На це питання неможливо відповісти одним словом і навіть однією фразою. Все залежить, згідно матеріалістичної діалектиці, від обставин, місця і часу. Прогрес органічного світу, виникнення нових видів тварин і рослин, все більш пристосованих до умов середовища, що змінюється, в якій вони живуть, неможливі без зміни консервативної спадкової основи, без мутацій. Таким чином, у великому процесі еволюції органічного світу мутації грають активну, революційну роль, створюючи умови для появи нових органічних форм.

Чим досконаліша влаштований організм, ніж більш складну сукупність ознак, структур і функцій він собою являє, чим краще він пристосований до умов життя, тим менше виникає в такому організмі корисних мутацій, які сприяють подальшому прогресу його організації. Навпаки, з ускладненням організму різко збільшується частка шкідливих мутацій, які ослаблюють жива істота, що знижують його життєздатність і пристосованість до життєвих умов. І це зрозуміло: в складному механізмі всяке, навіть незначна зміна майже напевно означає поломку, і лише в дуже рідкісних випадках така зміна може виявитися корисним. Адже випромінювання діють на клітини хаотично, кожне окреме пошкодження генетичних структур, кожна мутація випадкові по відношенню до загального процесу органічної еволюції і до розвитку даного організму і виду.

Але природа в своєму розпорядженні мільйонами індивідуумів і тисячами років для здійснення своєї творчої роботи. Один-єдиний новий корисний ознака організму окупає мільйони невдалих спроб, поява сотень тисяч неповноцінних особин, безжально усуваються дією природного відбору. Механізм утворення мутацій, в тому числі викликаних дією радіоактивного фону, грає в майстерні природи роль одного з найважливіших інструментів прогресу.

Однак в застосуванні до окремих людей, так само як і до всього людства, цей механізм надає в основному негативний вплив. Досягнувши в умовах Землі найбільшого досконалості організації, вид Homo sapiens (людина розумна), природно, більше інших видів страждає від мутаційного процесу. Навіть рідко зустрічаються позитивні мутації не закріплюються природним відбором і не служать прогресу людського роду. Це відбувається тому, що природний відбір, який має вирішальне значення в еволюції всіх диких органічних форм, втратив провідну роль по відношенню до людей і тих тварин і рослинних видів, які культивуються і удосконалюються людиною. Долю окремої людини (і цілого людського колективу) вирішує в суспільстві не сила м'язів, не міцність зубів і не швидкість бігу. Головне значення для розвитку людства мають численні фактори соціального життя суспільства, що діють більш швидко, інтенсивно і однозначно і викликають незрівнянно більш швидкі і серйозні зміни в житті людини, ніж природні фактори. У цих умовах навіть природний мутаційний процес грає майже виключно негативну роль, обумовлюючи появу вроджених вад, спадкових; захворювань у 2 - 3% народжуються.

Абсолютно ясно тому, що будь-яке збільшення швидкості появи мутацій несприятливо і небажано. Ось чому так наполегливо і послідовно виступають всі прогресивні люди Землі за припинення-випробувань ядерної зброї, ліквідацію його запасів і засобів доставки. Підвищення радіоактивного фону Землі внаслідок випадання радіоактивних ізотопів - осколкових продуктів ядерних вибухів - сприяє збільшенню числа мутацій, надає непомітне на перший погляд, але досить серйозний вплив на всю живу природу. Особливо сильну небезпеку несе опромінення такими довгоживучими радіоактивними продуктами, як цезій - 137 (період напіврозпаду 33 року) і вуглець - 14 (період напіврозпаду 5600 років).

Цезій - 137 розподіляється в організмі досить рівномірно і своїм гамма-випромінюванням пошкоджує статеві залози. Вуглець - 14 легко включається в усі органічні структури і також може вражати статевої апарат. Що ж стосується стронцію - 90, то він концентрується в кістках, і його бета-випромінювання, як правило, не досягає статевих залоз.

Неминучим наслідком збільшення радіоактивності на поверхні Землі є прискорення природного темпу мутації в усьому органічному світі. Випробувальні ядерні вибухи викликали порушення ряду природних закономірностей, поклали початок процесам, наслідки яких будуть дуже довго давати себе відчувати, а розміри їх можливої ​​шкоди для людства поки не піддаються точному обліку.

Мутаційні зміни, як ми знаємо, можуть виникнути в статевих клітинах ссавців під впливом навіть однієї іонізуючої частинки. Це означає, що для мутагенного генетичної дії радіації фактично немає меж, нижче якого вона не проявляється. Зі збільшенням дози опромінення зростає і небезпека утворення мутацій. Ця небезпека дуже реальна для нащадків осіб, які перенесли важку форму променевої хвороби, що спонукає лікарів в деяких випадках рекомендувати таким хворим не мати дітей.

Генетичні зміни, викликані опроміненням в статевих клітинах ссавців, можуть бути настільки серйозні, що плід, що виростає з облученной клітини, виявляється нежиттєздатним і гине ще до народження на світ. Це так звані летальні мутації. В інших випадках мутаційні порушення сумісні з життям, проте викликають каліцтва, спадкові захворювання типу гемофілії і серповидноклітинної анемії.

Якщо один з батьків був опромінений до зачаття дитини, то мутаційні зміни, що виникли в частині його статевих клітин, можуть взагалі не відбитися на стані здоров'я нащадка. Такий результат можливий при заплідненні за рахунок здорових гамет (рис. 10). Однак і в випадках запліднення мутировавшей гаметой наслідки мутації можуть відразу не проявитися. Це спостерігається в тих випадках, коли домінує аналогічний мутувати ознака здорового батька. Такі мутації, що не володіють властивостями домінантних, називаються рецесивними. Протягом багатьох поколінь рецесивні мутації можуть приховано зберігатися в генетичному апараті нащадків опроміненого організму і лише при зустрічі з іншою такою ж рецессивной мутацією проявитися у вигляді загибелі організму (рецесивні літали) або каліцтв, аномалій розвитку.

Збільшення радіоактивного фону, опромінення іонізуючою радіацією значних контингентів людей неминуче ведуть до накопичення рецесивних мутацій і створюють серйозну потенційну загрозу для майбутніх поколінь. Ось чому зусилля Радянського уряду, спрямовані на те, щоб повсюдно і на вічні часи було заборонено застосування і випробування ядерної зброї, поряд з величезним політичним і соціальним мають і общебиологическое значення.