На стику радіобіології і екології виник її окремий розділ, який іноді відносять до екології або розглядають як самостійну науку - радіаційна екологія, або радіоекологія. У радіобіологічною номенклатурі радіоеко- логія - це область радіобіології, що вивчає концентрації і міграцію радіоактивних речовин в об'єктах навколишнього середовища і їх дія на живі організми.
Місце радіобіології серед суміжних наук, її зв'язку з ними і супідрядність показані на рис. 1.1.
1.2. Напрямки радіобіології і її завдання
Сучасна біологія являє собою комплексну міждисциплінарну область біологічної науки, що має чітко виділені окремі напрямки. Основними з них є наступні: радіаційна медицина і медична радіобіологія, що включає протирадіаційну захист і терапію, радіаційну гігієну, радіаційну імунологію і радіобіології пухлин; радіоекологія; радіаційна генетика; сільськогосподарська радіобіологія, в яку самостійною дисципліною входить ветеринарна радіобіологія; радіаційна цитологія; радіаційна біохімія; радіаційна біофізика; космічна біологія і деякі інші.
Одні з цих напрямків мають конкретний об'єкт вивчення, інші - ні. Але у кожного напряму є свої певні завдання.
Головним завданням радіобіології, що становить предмет її досліджень, є вивчення закономірностей біологічні ського дії іонізуючих випромінювань на живий організм з метою оволодіння управлінням його реакціями на опромінення.
Виходячи з цієї загальної задачі формулюються і конкретні завдання кожного напряму радіобіології з урахуванням спе- ціфікі об'єктів досліджень та інших особливостей.
Так, радіаційна медицина вивчає дію іонізуючих випромінювань на організм людини, принципи профілактики і лікування радіаційних уражень, можливих наслідків опромінення населення.
Радіаційна екологія досліджує шляхи міграції радіоактивних речовин в компонентах біогеоценозу, дає оцінку їх кількості та біологічної дії інкорпорованих рослинами, тваринами та іншими організмами радіоактивних речовин.
Завданням сільськогосподарської радіобіології є изу- чення радиочувствительности сільськогосподарських рослин і тварин, пошук можливостей її модифікації, розробка прийомів мінімізації накопичення радіоактивних речовин в продукції рослинництва і тваринництва.
Біологія з основами радіоекології
Багато з цих завдань є похідними головної мети радіобіології і тісно пов'язані з питаннями інших її напрямків. Самостійне значення має завдання найбільшого напрямки так званої прикладної радіобіології. яка служить практичному втіленню проблем усіх напрямків радіобіології в медицину, сільське господарство, харчову промисловість та інші сфери господарсько корисної діяльності людини.
На рис. 1.2. представлені перераховані напрями радіобіології, а також основні зв'язку, що ілюструють їх взаємодія і підпорядкованість.
Мал. 1.2. Основні напрямки радіобіології.
1.3. Історія радіобіології
1.3.1. Роль досягнень ядерної фізики
у виникненні і розвитку радіобіології
Своїм народженням радіобіологія як самостійна нау- ка зобов'язана трьом великим відкриттям в галузі фізики, сделан-
14 Біологія з основами радіоекології
ляють собою електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між g - і ультрафіолетовим випромінюванням в межах довжин хвиль від 10 -11 до 10 -7 м.
Між цими двома зробленими майже одночасно відкриттями (практично їх розділяє всього чотири місяці) відразу ж були проведені паралелі: в обох випадках мало місце абсолютно нове явище - невидимі промені, здатні проникати через світлонепроникний бар'єр.
Сотні дослідників в десятках лабораторій різних
країн після відкриттів Рентгена і Бек-
Керель кинулися на пошук нових ви-
джерел променів-невидимок. Історія
науки зберегла чимало курйозів, з-
супроводжуючих ці шукання.
Вивчення описаного явища ста-
ло предметом досліджень і супру-
Чи (але це був уже цілеспрямований
пошук) властивість радіоактивності у з-
вершенно нового елемента, першого від-
критого саме по властивості радіо-
активності і названого полонієм в
честь Польщі - батьківщини М. Склодов-
нового елемента радію (променистий).
1. Введення в радіобіології, предмет і завдання, історія і перспективи
Історія відкриття цих елементів багаторазово описана не тільки в спеціальній, а й науково-популярній літературі. Однак вона настільки прекрасна і повчальна, настільки яскраво і вражаюче ілюструє цілеспрямованість справжніх вчених і їх титанічна праця, що її можна повторити ще раз.
і хлористого радію (з'єднання барію, подібні за хімічною будовою з радієм, служать так званими «ізоморфними носіями» при добуванні радію). В результаті вдалося отримати 90 мг солі хлористого радію.
У уранових рудах, що є головним джерелом радію, на одну 1 т припадає не більше 340 мг радію. Полоній і радій зайняли в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва порожні місця під порядковими номерами 84 і 88.
Слід зазначити, що в 1911 р М. Склодовської-Кюрі була вдруге присуджено Нобелівську премію за отримання радію в металевому стані.
П. Кюрі (1859-1906) і М. Склодовська-Кюрі (1867-1934)
Біологія з основами радіоекології
Пізніше були відкриті і інші
радіоактивні елементи. виявилося,
що все найбільш важкі елементи,
розташовані в кінці таблиці пе-
періодичні системи Д.І. Менделее-
ва з 84 по 92-й атомний номер, куди,
крім полонію, радію і урану, вхо-
дять астат, радон, францій, актиній,
торій, плутоній і деякі інші,
У 1899 р великий англійський фі-
ЗІК Ернест Резерфорд,
основи теорії будови атома, уста-
Е. Резерфорд (1871-1937)
Новіль, що випускаються
промені складаються з позитивно заряджених
ядер атомів гелію, названих альфа- (a -) лу-
чами; негативно заряджених електро-
нов, які отримали назву бета- (b -) променів,
і електромагнітних хвиль дуже високої
частоти і великої енергії - гамма (g -) лу-
чий (рис. 1.4). Всі ці промені, подібно рент-
геновскім, є іонізуючими, тобто
здатними перетворювати електрично ней-
тральні атоми і молекули речовини в по-
ложітельно і негативно заряджені іо-
У 1906 р була виявлена радіоактивними
ність ізотопу калію 40 К - елемента, в біль-
226 Ra в електромагнітних
ших кількостях міститься у всіх
клітинах живих організмів.
1.3.2. Етапи розвитку радіобіології
Про біологічну дію іонізуючих випромінювань стало відомо практично відразу ж після їх відкриття. Вони виявилися шкідливими для здоров'я тих, хто працював з рентгенівськими трубками і радіоактивними речовинами. І фактично одними з перших жертв радіаційного ураження були самі першовідкривачі іонізуючих випромінювань. Досліджуючи здатність Х-променів проходити через тканини організму, Рентген використовував для цього самий «підручний» об'єкт - власну руку. Деякий час по тому рука почервоніла, набрякла, з неї стала сповзати шкіра. Беккерель, демонструючи на лекціях властивість урану засвічувати фотопластинку, носив ампулу з препаратом радіоактивної солі в кишені жилета. Незабаром на шкірі навпроти цього місця з'явилася виразка, лікування якої доставило вченому чимало клопоту.
1. Введення в радіобіології, предмет і завдання, історія і перспективи 17
Ось як описав Беккерель дію випромінювань радіоактивних речовин на людину: «Вони діють на епідерміс і глибоко вражають шкіру, подібно Х-променів. Дія спочатку не викликає ніякого відчуття і післядія його розвивається лише через кілька тижнів: утворюються більш-менш глибокі рани, які вимагають для загоєння іноді кілька місяців і після яких залишаються шрами. Промені діють на нервові центри і можуть викликати паралічі і смерть ».
Історія розвитку ядерної фізики і радіобіології сповнена драматизму. Від променевої хвороби померла М. Склодовська-Кюрі, загинули її дочка І. Кюрі і зять Ф. Жоліо-Кюрі - видатні французькі фізики, також удостоєні Нобелівської премії за відкриття в 1934 р явища штучної радіоактивності елементів. Вважається, що лише рання смерть в транспортній катастрофі «врятувала» П'єра Кюрі від променевої хвороби.
У 1930-х рр. в Німеччині в м Гамбург в Інституті Макса Планка, названому на честь видатного німецького фізікатеоретіка, - зробив чимало для розвитку основ ядерної фізики, був споруджений пам'ятник вченим-фізикам, лікарям-ра- діологам, радіобіології - жертвам променевої хвороби. На ньому були вибиті імена 103 дослідників. Через 10 років цей своєрідний список збільшився в три рази. У ньому значилися багато імен найбільших учених, навічно увійшли в історію радіобіології, таких як І. Бергоньє, який неодноразово буде згадуватися в цій книзі, Г. Холцкнехт, Х. АльберсШонберг, Д. Леві-Дорн, К. Розенблат і багато інших. Незважаючи на вжиті заходи безпеки при роботі з радіоактивними речовинами і випромінюваннями, до 1980-го року було відомо вже більш ніж про 500 дослідників, причиною загибелі яких стала іонізуючарадіація.
функцій ». У ній він показав повреж- І.Р. Тарханов (1846-1908)
Біологія з основами радіоекології
що дає здатність рентгенівських променів і першим висловив припущення про можливість їх застосування в медицині, що незабаром і підтвердилося.
У 1904 р німецький дослідник Г. Петерс виявив порушення клітинного ділення під впливом іонізуючої радіації. Зараз даний факт здається абсолютно очевидним
і само собою зрозумілим, так як на численних і найрізноманітніших живих об'єктах була чітко показано зв'язок між гальмуванням зростання з придушенням процесів ділення клітин. Але в той час це було відкриттям.
Учень Петерса М. Керніке, який працював з рослинними об'єктами, в 1905 р встановив, що найбільш повреждаемой частиною клітини є ядро. Він першим описав різні типи порушень ділення ядра і хромосом і заслужено вважається основоположником радіаційної цитології.
До такого ж висновку - надзвичайно високою радиочувствительности клітинного ядра - приходять французький дослідник Г. Боні, який працював з ікрою і спермиями морско-
Е.С. Лондон (1869-1939) го їжака, і німецький зоолог О. Гетрвіг,
1. Введення в радіобіології, предмет і завдання, історія і перспективи
опромінювали рентгенівськими променями статеві клітини і розвиваються зародки різних земноводних.
Ще далі в своїх дослідженнях пішли французькі натуралісти І. Бергоньє і Л. Трибондо, що виявили неоднакову чутливість до іонізуючої радіації окремих типів семяродних клітин. Вони показали, що найбільш радіочутливим є сперматогонии, а самими радіостійких - сперматозоїди. На підставі своїх експериментів вчені в 1906 р сформулювали положення про те, що чутливість клітин до іонізуючого ізлуче- нию прямо пропорційна їх здатності до поділу й назад пропорційна ступеню диференціації. Ця залежність, що отримала назву положення, або закону Бергоньє і Трибондо (іноді пишуть Бергоньє-Трибондо), не втратила свого значення до теперішнього часу, будучи однією з найфундаментальніших закономірностей в радіобіології.
На зорі розвитку радіобіології зроблено ще одне важливе і цікаве відкриття - явище радіаційної стимуляції. Воно було зроблено М. Мальдінеем і К. Тувіненом в 1898 р показали прискорення проростання насіння різних видів рослин, опромінених невисокими дозами рентгенівських променів. В подальшому була доведена універсальність цього явища - прискорення зростання і розвитку організмів при опроміненні будь-якого виду рослин, тварин, мікроорганізмів. Понад сто років причини стимулюючої дії малих доз іонізуючої радіації інтригують радіобіологів.
Останні роки XIX і перші два десятиліття ХХ ст. можна вважати першим етапом розвитку радіобіології. У цей період накопичилося безліч розрізнених фактів про дії рентгенівських випромінювань радіоактивних елементів на різні біологічні об'єкти. Подібні дослідження проводилися фізіологами, зоологами, ботаніками, лікарями, мікробіологами, мікології в рамках своїх наук і хоча, безперечно, мали фундаментальне значення для розвитку радіобіології, носили в основному описовий характер.
Біологія з основами радіоекології
лений, відоме зараз як інтерфаз-
ная загибель, апоптоз, явище «виздо-
ровленія »опромінених клітин і орга
Але радіобіологія як самостоя-
кові наука ще не існувала.
Для її становлення не було головного -
задовільною теорії, об'ясня-
-ющей механізм дії іонізіру-
-ющей радіації на організм. необ
ність такої теорії була здійснений-
але очевидною. настійно вимагав
пояснення так званий «радіо-
Г.А. Надсон (1867-1940)
в колосальному невідповідність між
незначною величиною поглиненої при опроміненні енергії іонізуючого випромінювання і ступенем прояву реакцій біологічного об'єкта, що призводять нерідко до його загибелі. Виражена в формі теплоти ця енергія абсолютно невідчутна - незмірно мала.
У згаданій вище роботі Г.А. Надсон приходить до висновку, що спостережуваний кінцевий радіобіологічний ефект є результуючої двох протилежних процесів розвитку: з одного боку - променевого ураження, з іншого - йдуть одночасно з ним процесів відновлення. Дещо пізніше в 1925 р до такого ж висновку прийшли французькі дослідники П. Анцель і П. Вінтембергер. Так поки що чисто інтуїтивно було висловлено припущення про можливість пострадіаціонного- відновлення клітини і організму в