Ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация

Различают неионизирующую радиацию (видимый свет и ультрафиолетовые лучи) и ионизирующую (корпускулярные и некорпускулярные элек­тромагнитные излучения). Значение видимого света рассмотрено в преды­дущем разделе. Здесь коснемся других видов радиации.

Ультрафиолетовые лучи действуют на живые организмы неоднозначно. В малых дозах они оказывают благоприятное действие: влияют на ак­тивность ферментов и гормонов растений, на синтез пигментов, интенсив­ность фотосинтеза и фотопериодические реакции.

Избыточные дозы ультрафиолетовых лучей, проникающие на Землю в результате разрушения озонового слоя, вызывают изменения ДНК. Эти изменения, как правило, восстанавливаются клеткой в ходе фотореактивации, или так называемой эксцизионной репарации (Б. И. Сарапульцев, С. А. Гераськин, 1993 — цит. по А. К. Буториной, 1996).

Общим для всех типов ионизирующих излучений является их способность при прохождении через вещество ионизировать и возбуждать атомы и молекулы. Молекулярными структурами, в изменении которых выража­ется генетический эффект, являются фибриллы хромосом. Действие ради­ации может быть прямым, если ионизирующее излучение, попадая в клет­ку, поражает нуклеопротеиды хромосом и входящие в их состав молекулы ДНК, вызывая все известные типы наследственных изменений, и косвен­ным. Косвенное действие радиации обусловлено тем, что ионы и радика­лы, образующиеся при поглощении энергии водой и другими веществами цитоплазмы, взаимодействуют с ДНК хромосом, в результате приводя к различного рода структурным повреждениям. Пороговая доза при этом отсутствует, даже небольшие дозы увеличивают вероятность возникнове­ния мутаций в популяциях.

Вмешательство в предмутационное изменение хромосом, пока оно еще не завершилось, позволяет восстановить генетическое повреждение. Такое возможно лишь при косвенном эффекте радиации, который может быть модифицирован условиями среды. Снижению эффекта может способствовать, например, уменьшение в среде кислорода, использование веществ, перехватывающих на себя свободные радикалы.

В качестве энергетической характеристики облучения используют поглощенную дозу. Единицей поглощенной дозы является 1 Гр (грей)—доза, при которой 1 Дж энергии поглощается 1 кг облученного материала.

Чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений определяется как радиочувствительность. Мерой радиочувствительности служит доза облучения, вызывающая гибель 50 %клеток или организмов. Различные организмы по-разному реагируют на одни и тежедозы ионизирующей радиации. Обычно видимый эффект определяютпогибели организмов за определенный срок после облучения. Для млекопи­тающих этот срок — 30 дней, т. е. ЛД ⁵⁰/₃₀, летальная доза, вызываю­щая гибель 50 % особей за 30 дней.

Чем выше в эволюционном отношении находятся организмы, тем сложнее их организация и тем они более радиочувствительны. Микроорганизмы (бактерии, простейшие, дрожжи и др.) в целом наиболее радиоустойчивы, но их чувствительность может широко варьировать. Среди них встречаются высокоустойчивые организмы, выдерживающие миллионы рад (100 рад = 1 грею), и чувствительные уже к нескольким тысячам рад.

Мелкие рептилии характеризуются высокой устойчивостью, но их устойчивость связана с филогенетическим возрастом. Так, при очень высокой дозе (5—20 килорад) на 30-й день погибает 50 % особей древних реп­тилий, в то время как формы этих животных, возникшие позже, почти в 20 раз радиочувствительнее и погибают при сравнительно низкой (0,2— 0,7 килорад) дозе.

Растения в целом более радиочувствительны, чем микроорганизмы, однако отдельные виды существенно различаются по этому признаку. Например, суточная доза при гамма-облучении семян, вызывающая резкую задержку развития растений, составляет для сосны всего 10 рад, для кукурузы — 500, для гладиолусов — 6000.

Теплокровные животные более чувствительны, чем растения, но самым чувствительным является человек (Е. Н. Самошкин, Е. С. Мурахтанов, 1997),

У разных видов культурных растений установлен полигенный контроль радиорезистентности. Более радиочувствительными среди растений, как было показано выше, являются древесные. Травянистые характе­ризуются большей радиоустойчивостью. Низкая радиорезистентность го­лосеменных и древних родов покрытосеменных растений обусловлена вы­сокой вероятностью утраты функциональной целостности их гигантских хромосом в случае реализации элементарного радиационного поврежде­ния в любом из ее участков (Б. И. Сарапульцев, С. А. Гераськин, 1993— цит. по А. К. Буториной, 1996).

В целом у всех живых организмов генетический контроль радиорезистентности имеет сложный характер.