Николай Лучник - Невидимый современник

• Название: Невидимый современник
• Автор: Николай Лучник
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биофизика
• Год: 1968

Угроза здоровью людей в связи с повышением уровня естественного радиоактивного фона…

Новые методы лечения рака и других тяжелых заболеваний…

Радиационная угроза в современных войнах…

Борьба с вредными насекомыми…

Наиболее эффективные методы диагностики в медицине…

Изучение тончайших процессов обмена веществ…

Так же как некогда пар и электричество, так теперь ионизирующие лучи стали неотъемлемой частью современной техники, науки, повседневной жизни.

О радиобиологии — науке, которая занимается всеми этими проблемами, рассказывает доктор биологических наук Н. Лучник, первая книга которого — «Почему я похож на папу» — получила широкое признание читателей.

---

При изучении мутаций самый главный вопрос — тоже получение кривых и их объяснение. Начнем с генных мутаций.

Главный результат сводится к тому, что зависимость числа мутаций от дозы выражается самой простой из возможных зависимостей — прямой линией. Прямая линия получается всегда: при действии рентгеновыми лучами и нейтронами; при облучении, заканчивающемся за несколько секунд, и при растягивании его на несколько дней, при высокой и низкой температуре, в опытах на излюбленной генетиками дрозофиле и на любых других организмах.

Но мало того, что почти все опыты дают прямые линии. Ведь и прямые линии могут идти по-разному, иметь разный наклон. Однако если поставить опыты по облучению дрозофил разными дозами рентгеновых, бета- и гамма-лучей разной жесткости, то для зависимости числа мутаций от дозы вовсе не получится пучка прямых линий, расходящихся веером. Нет, все экспериментальные точки (разумеется, в пределах точности опыта) лягут на одну прямую. Единственное серьезное исключение — быстрые нейтроны. Довоенные опыты показывают, что нейтроны менее эффективны, чем другие виды лучей. После войны некоторые авторы получили прямо противоположные результаты: нейтроны в несколько раз более эффективны. Теперь же пришли к выводу, что нейтроны оказывают ненамного больший эффект, чем рентгеновы лучи. В чем тут дело? Ни нейтроны, ни мухи не могли за это время стать другими. Генетики ставили опыты совершенно одинаково… Дело в физиках. Дозиметрия нейтронов дело не простое. Нетрудно подсчитать, сколько нейтронов «попало» в облучаемый объект. Но ведь для биологического эффекта важна энергия, которая поглотилась живыми клетками. А поглощенную энергию определить было нелегко.

Из этих простых фактов можно сделать важные выводы. Прямолинейная зависимость эффекта от дозы говорит о том, что возникновение генной мутации — реакция одного попадания, другими словами, для возникновения мутации необходимо и достаточно, чтобы через хромосому прошла всего одна ионизирующая частица.

Но проход частицы может оставить в хромосоме разную энергию. Какая же энергия необходима для возникновения мутации? Если бы для этого нужна была большая энергия, больше энергии одной ионизации, то редко ионизирующие (жесткие) лучи не при всяком проходе оставляли бы нужную энергию и потому должны были быть менее эффективными. Однако в опытах такого не наблюдается. Следовательно, для возникновения мутации достаточно энергии одной ионизации.

Итак, наследственное изменение, генная мутация, вызывается всего лишь одной ионизацией. А много ли может сделать одна ионизация? Не так много: произвести одно изменение в одной какой-нибудь молекуле. То есть может либо отщепиться, либо присоединиться, либо измениться какая-нибудь химическая группа. Значит, мутация — не что иное, как небольшое химическое изменение внутри гена. Такой вывод и как раз на основе анализа результатов опытов по вызыванию мутаций облучением смогли сделать уже в 1935 году Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский, Карл Гюнтер Циммер и Макс Дельбрюк. Недавно с помощью более прямых методов молекулярной генетики удалось подтвердить правильность этого вывода.

Поломанные хромосомы

Многие слышали древнюю притчу о группе слепых, захотевших узнать, что такое слон. Пощупав его, один сказал: это колонна; другой: змея; третий: гора. Ясно, что один ощупывал ногу, другой — хобот, третий — туловище. Нечто подобное произошло в первые годы с исследованием хромосомных мутаций, вызываемых облучением.

За дело взялись две группы ученых. Прежде всего те же дрозофильные генетики. Они обнаруживали хромосомные мутации в опытах по скрещиванию. По распределению признаков среди потомства делали вывод о том, что произошла либо транслокация (обмен частями между двумя хромосомами), либо инверсия (внутренний участок хромосомы перевернулся на 180 градусов), либо делеция (небольшой участок вообще выпал и потерялся), либо еще какое-нибудь более сложное изменение. Во всех случаях речь шла об обменах частями между хромосомами или внутри хромосом.

Но ведь что-то очень похожее было знакомо генетикам давным-давно. Созревание зародышевых клеток сопровождается процессом, который называют кроссинговер, или перекрест хромосом. Хромосомы каждой пары сближаются, приходят в тесный контакт и обмениваются частями. Внешне хромосомы выглядят так же, как и до кроссинговера, но произошла перекомбинация отцовских и материнских генов. Это один из способов, с помощью которых природа увеличивает наследственное разнообразие живых организмов. Кстати сказать, именно кроссинговер помог «четырем разбойникам» определять расположение генов в хромосомах.

Хромосомные перестройки напоминали результат кроссинговера с той только разницей, что обмен происходит не в гомологичных точках хромосом. Это позволило профессору А. С. Серебровскому предложить контактную, или кроссинговерную, гипотезу, которая была им детально разработана совместно с молодым в ту пору генетиком, ныне академиком Николаем Петровичем Дубининым. Согласно этой гипотезе, хромосомы под влиянием облучения приходят в контакт, как бы слипаются, а потом разъединяются, причем части их оказываются соединенными иначе, чем в исходных хромосомах.

Хромосомные мутации заинтересовали не только генетиков, но и цитологов. Они в отличие от генетиков не пользовались скрещиваниями, позволяющими наблюдать только отдаленный результат облучения, а изучали сами облученные клетки. При этом бросалось в глаза, что наиболее частое изменение, наблюдающееся после облучения, — фрагментация хромосом. Отдельные хромосомы оказываются разломанными на две или большее число частей. Кроме того, встречались и перестройки, описанные генетиками, но их было значительно меньше. Исходя из этого, Михаил Сергеевич Навашин предложил фрагментационную гипотезу, согласно которой хромосомы под действием облучения ломаются, а получившиеся фрагменты могут соединиться друг с другом неправильно. Генетики и цитологи наблюдали две разные стороны медали и соответственно предложили разные гипотезы.

Но кто прав? Долгое время шли споры между сторонниками обеих гипотез, и мир был внесен только тогда, когда, наконец, получили точные кривые зависимости эффекта от дозы. Опыты были проведены разными авторами и на разных объектах. Николай Петрович Дубинин в Москве облучал дрозофил, то же самое делал в Германии Ганс Бауэр, а в США Карл Сакс облучал растение традесканцию. Результаты оказались похожими и сводились к тому, что число фрагментов растет с дозой линейно (так же, как и число генных мутаций), а число перестроек увеличивается пропорционально квадрату дозы. Отсюда следовал вывод, что первично возникают фрагменты, а перестройки — результат нескольких (по крайней мере двух) элементарных событий. Фрагментационная гипотеза взяла верх.

Итак, поломки хромосом, подобно генным мутациям, дают для зависимости эффекта от дозы прямые линии. Но на этом сходство кончается. Если выход генных мутаций почти не зависит от жесткости лучей, то с хромосомными мутациями наблюдается вполне четкая зависимость: жесткие лучи оказываются менее эффективными. Чем более густую ионизацию вдоль своего пути создают частицы, тем при той же общей дозе больше получается хромосомных мутаций. Значит, чтобы поломать хромосому, недостаточно одной ионизации и нужна большая энергия.

Этим вопросом подробно занимался английский ученый Ли. Поставив совместно с ботаником Кечесайдом и с генетиком Тодеем ряд специальных опытов и проанализировав полученные результаты математически, Ли пришел к выводу: чтобы разломать хромосому, проходящая через нее частица должна оставить в ней около 15 ионизаций.

Таким образом, к середине 40-х годов вопрос о механизме образования как генных, так и хромосомных мутаций прояснился. Правда, что представляет собой с физико-химической точки зрения разлом хромосомы, или генная мутация, оставалось неизвестным.

Впрочем, подобный вопрос и ставить-то в те времена нельзя было. Как можно говорить о химической природе мутаций, когда неизвестна химическая природа гена? Как можно говорить о природе хромосомного разрыва, когда неизвестно, как построена хромосома?

Только в наши дни, после рождения новой науки — молекулярной биологии, радиационная генетика начинает искать ответы на эти вопросы.

Глава V Волшебные лекарства

Кончиком пальца Маргарита выложила небольшой мазочек крема на ладонь, причем сильнее запахло болотными травами и лесом, и затем ладонью начала втирать крем в лоб и щеки… Брови сгустились и ровными черными дугами легли над зазеленевшими глазами. Тонкая вертикальная морщинка, перерезавшая переносицу, появившаяся тогда, в октябре, когда пропал мастер, бесследно исчезла.