Господин Свещаров
Биология за всички (48)

Радиациите и еволюцията на организмовия свят

Природата на радиоактивните фактори, въздействуващи върху живите организми, е различна. Те представляват алфа-частици (бързи хелиеви ядра), бета-частици (бързи електрони), електромагнитно излъчване (гама-кванти) и известните с огромната си проникваща способност рентгенови лъчи и неутрони. Като омесен енергиен комплекс се разглеждат и космическите лъчи, които срещайки се с ядрата и атомите на стратосферата, предизвикват вторично излъчване с характеристика, различна от тази на радиоактивните фактори.

Смята се, че в ранните стадии от историята на нашата планета в атмосфера, почти напълно лишена от свободен кислород, под действието на ултравиолетовата и космическата радиация на слънцето, под непрекъснати електрически разряди бавно и непрекъснато са протичали реакции между водните пари и газове — метан, амоняк, водород, а впоследствие — с въглеродни окиси и въглена киселина. Тези реакции са довели до образуването на малки органични молекули, които са се натрупвали в моретата. По-късно при тяхната агрегация са се образували по-големи органични молекули.

Първите най-древни остатъци от живи същества на нашата планета са открити в земните пластове отпреди 1 милиард и 600 милиона години. Това са предимно микроорганизми, гъби и водорасли. Очевидно, за да достигнат тази степен на организация, те са преминали през още по-примитивните форми на живот, което ни кара да търсим появата на живота в значително по-ранни геологични периоди.

Ако в умерените ширини на нивото на морския бряг има 50 милирада естествено облъчване, в планините то е значително повече. В някои райони на земното кълбо с големи подземни запаси на радиоактивни руди естественият радиационен фон достига значителни цифри — в някои пунктове на Бразилия, Египет и индийските щати Керала и Мадрас той се изчислява на около 1300 единици. Тези райони се обитават средно от по 100 000 души, без да вземаме предвид растителният и животинският им състав. Освен външното облъчване различните организми получават и вътрешно — изотопите на радиоактивните елементи, като калий-40, въглерод-14, газообразният продукт на урана — радон и др. често може да бъдат открити в хранителните продукти.

Съветската изследователка Преображенская през 1967 г. достига до извънредно интересни изводи, обобщавайки резултатите от проучването на 700 представители на различни систематични групи растения. Използувайки лъченията на кобалт-60 в различни дози, тя установява редица зависимости относно филогенетичните взаимоотношения на основните групи растения: иглолистните са силно чувствителни към радиацията; едносемеделните биват чувствителни и средно устойчиви, а при двусемеделните радиоустойчивостта на отделните групи е паралелна на подреждането им в съвременните филогенетични (родствени) системи, т.е. по степента на тяхното еволюционно развитие. Така в основата на родословното дърво се разполагат неустойчивите и средно устойчивите разреди на магнолиевите, лавровите, розоцветните; радиополиморфни са групите на сложноцветните, камбанковите и устоцветните. Дървесните и храстовите видове са в повечето случаи чувствителни, а тревистите са значително по-устойчиви. По такъв начин радиоустойчивостта, корелираща с еволюционната степен на растителните групи, може да служи като показател за определяне на тяхната геологична възраст — по-радиочувствителните видове са древни или по-примитивни, а по-устойчивите са по-млади исторически или по-съвършени форми.

Ако правим преценка на ефекта от различните естествени радиоактивни елементи в биологичен аспект, трябва да отбележим на първо място радиоактивният въглерод-14, който остава най-дълго в биосферата под формата на различни съединения. При един период на полуразпадане от 5760 години неговите активни съставки облъчват хиляди поколения растения, животни и други организми. Ето и някои данни, които илюстрират горното: изчислено е, че към 1960 г. в резултат на експериментални взривове в земната атмосфера вече се намират 540 кг въглерод-14. Семената на растенията, събрани през 1959 г., съдържат 31% повече радиоактивен въглерод в сравнение с 1953 г. Във връзка с това много учени смятат, че естествените мутации и другите жизнени промени в организмите се дължат именно на това увеличаване. Еволюцията на жизнените структури се основава преди всичко на интеграцията на множество генни системи. В този смисъл главното биологично действие на радиацията се състои в изменянето на отделните гени и в създаването на нови комбинации от гени. Някои от тях биват елиминирани от естествения отбор, когато не са достатъчно полезни за организма, или пък биват подхванати от него и впоследствие се закрепят наследствено, т.е. все по-пълно и по-пълно осъществяват баланса „среда–организъм“. За да стане ясно какви са възможностите за създаване на нови комбинации, увеличаващи биологичната пластичност на организмите, може да ни послужат следните примери.

Броят на случайните комбинации от гени при винената мушица дрозофила е астрономическа величина. Ако приемем, че броят на гените при нея е 1000 (всъщност те не са по-малко от 10 000) и допуснем, че всеки от тях може да търпи 10 изменения, числото на възможните комбинации в този случай ще бъде 10¹⁰⁰⁰ — единица с 1000 нули.

През 1948 г. Холдейн изследва мутирането на 7 гена у човека. Тази честота се движи в интервала 4,10^–6 до 4,10^–4. Последните години бяха особено плодотворни за проучванията в тази област и сега вече е известна честотата на мутиране на повече от 20 гена. Показателен пример в това отношение е мутацията, предизвикваща появата на сърповидно-клетъчната анемия. Разпространена на юг от Сахара, тази болест увеличи своя естествен процент след неколкократните френски експерименти с атомни бомби от различен калибър. При мутирането биохимичните особености на хемоглобина се изменят така, че еритроцитите без кислородна среда да приемат сърповидна форма, което свежда техните функции като приносители на кислород до минимум. Количеството на тази мутация е нараснало до порядъка 1,10^–2, т.е. на всеки 100 гамети една е увредена. Успоредно с това е нараснало мутирането на гена, който предизвиква тиброза на щитовидната жлеза, на 1,10^–3.

Пресметнато е, че възможностите за комбиниране между всички известни досега генни комплекси по цифровата стойност надминава броя на атомите в земната сфера. Даже и нищожна част от този огромен брой възможности е напълно достатъчна да създаде колосален жизнен потенциал на организмите. Именно тук, в този интимен биологичен механизъм, е насочена ударната сила на радиацията. Тук настъпват и първите невидими с просто око, а дори и с модерен микроскоп промени, които водят до появата на нови неочаквани белези и свойства при всички живи същества.

Организмът, тъканите, клетките, отделните вътрешноклетъчни структури реагират по свой начин на радиационното въздействие. Първичният ефект от нея е елементарна физична реакция — йонизиране на отделните атоми. Тя е много кратка по време и се измерва с хилядни части от секундата. Това всъщност е началото на веригата, при която става активирането на клетъчните съставки, преминаващо след няколко часа във втория етап на въздействие — промяна на съществените биологични механизми, нарушаване на клетъчните структури и функции. Този етап е по време на деленето на клетките. Възможно е едни части от един хромозом да се откъснат и да се прикрепят към друг или да останат свободни в плазмата на ядрото. Често се получават разкъсвания, нетипични свързвания под формата на хромозомни мостове или кръстове, при което естественият генетичен комплекс се уврежда в значителна степен. В повечето случаи формите с новите хромозомни комбинации не са жизнени. Голям брой от децата, родили се в Хирошима и Нагазаки след атомната бомбардировка, са с уродства, твърде рано умират, носят белезите на синдрома на Даун (повреда на двадесет и първата хромозомна двойка). Това че повечето от хромозомните преустройства са летални (смъртоносни), не изключва възможността от прилагането на подобни методи за положителни практически цели. Напълно възможно е да се контролира дозата на облъчването и точно да се насочва. Следователно може да се очаква и постигането на предварително определен от експериментатора биологичен ефект. Съветските изследователи, работещи в областта на радиационната генетика, прилагайки този метод, са получили сортове житни растения с два пъти по-големи класове от нормалните, значително по-устойчиви на вредни климатични въздействия. През 1966 г. Смит облъчва обикновено обагрени тютюневи растения в гена, означен със знак Р, и получава потомство е твърдо закрепен наследствен белег — бели цветове. Установено е при бременни жени, че облъчването преди зачеването намалява процента на момчетата при раждането.

Без да се разглежда връзката между радиацията и възможността й да предизвиква ракови изменения у човека и висшите животни, може да се отбележи, че най-чувствителни на облъчване са костният мозък, далакът, лимфните жлези, половите жлези, щитовидната жлеза и т.н. Радиациите убиват клетките по най-различен начин, в по-голяма доза денатурират белтъците. В сравнение с клетките, намиращи се в покой делящите се клетки са по-радиочувствителни — например при яйца на жаба зародишът загива на втория етап от развитието при доза 400 рада. В зависимост от това в коя фаза на деленето настъпват невъзвратимите промени, се отбелязва т.нар. „митотична смърт“ — клетката се дели само веднъж и умира вследствие на повреда на ядрения й механизъм. При интерфазната смърт на клетките тя не се дели изобщо, а загива вследствие на повреда на оксиредукционните (дихателните) системи. Всъщност оздравяването при лъчева болест е свързано с това, дали ще се възстановят поразените тъкани. Ако останат до 10% незасегнати клетки от костния мозък, създаването на нови кръвни клетки е напълно възможно. При по-ниски проценти възстановяването на кръвта става бавно и облъченият обект загива. Клинични изследвания са показали, че величината на радиоустойчивост на клетките от възрастен бозайник расте в следния ред: лимфоцитите, червените кръвни клетки, миелобластите (съставките на костния мозък, които продуцират белите кръвни клетки), мегакариоцитите (продуциращи тромбоцитите), яйцеклетките, мускулните клетки и т.н. Най-стабилни са клетките, отделящи костно вещество — остеоцитите. Изследванията на видния съветски генетик акад. Дубинин за влиянието на минимални количества радиация върху биологичните структури са установили, че не може да се говори за някаква генетично допустима доза (такава, която да не причинява мутации). Наличието и на минимални радиоактивни фактори в заобикалящата среда е вредно за зародишите и телесните клетки на различните организми. В противен случай напълно основателно могат да се очакват проявите на злокачествени изменения във всяко следващо поколение. Естествено възниква въпросът не биха ли могли да се намерят вещества, ограничаващи или блокиращи напълно мутагенното действие на радиацията?

Доскоро в съвременната практика търсенето на антимутагенни свойства у различните вещества не е стоял на дневен ред. Още през 1958 г. Стронг, поддържащ хипотезата за генетичния произход на раковата болест, заяви: изучавайки антимутагените, биологът може да намери методи за профилактика на рака и същевременно да направи фундаментален принос в генетиката. Едно известно и лесно приложимо в практиката лекарство е антибиотикът стрептомицин. Той се оказа (в определени дози) средство с ярко изразено антимутагенно действие. При прилагането на стрептомицин в облъчваната контрола се отчитат 10% мутации, а без прилагане на стрептомицин — 35% мутации. Това е сумарният резултат от изследването на 22 469 хромозома. Този факт говори за поразителната широта на ефекта на стрептомицина, показваща и неговата връзка с процесите, протичащи в молекулните структури на самите хромозоми. Разбира се, с провеждането на горния пример съвсем не се изчерпва богатството на най-различните вещества, притежаващи антимутагенни свойства.

Широкото внедряване на атомната енергия в живота на земята изобщо води до въвличането на всички живи същества в една нова форма на еволюция, свързана с реагирането им към непрекъснато нарастващото радиационно влияние. Преобразуването на наследствеността на организмите под въздействие на различните радиации и контролирането на генетичните процеси, протичащи под тяхно влияние, съставляват същността на новите мощни и резултатни методи, с които човекът в близко бъдеще ще решава въпроса за новата история на жизнените форми на земята.