Перед тем как обсудить действие ультрафиолета, я хочу напомнить вам о его вероятных последствиях. После той поездки в колхоз многие из нас испытали солнечный ожог. Во многих отношениях ожог от УФ-облучения напоминает ожог от воздействия повышенных температур. И в том и в другом случае гибнут клетки, образуются (и иногда прорываются) пузыри, заполненные лимфой, развивается воспаление (сопровождающееся повышением температуры пораженного участка кожи). Почему высокие температуры вызывают ожог, относительно понятно: там причиной разрушения тканей является именно их нагревание. Но ведь ультрафиолетовый ожог может развиться и после такого облучения кожи, которое практически не изменяло ее температуру!
Клетки многоклеточного организма демонстрируют два принципиально разнящихся способа гибели, различающиеся примерно так же, как убийство и самоубийство. Убийству соответствует некроз. Это неконтролируемый клеткой процесс, запускаемый действием внешних факторов. Во время апоптоза, напротив, клетка сама запускает свой демонтаж. Клетка гибнет и в том и в другом случае, но, к примеру, выделение токсических веществ, способных отравить другие клетки, во втором случае оказывается намного меньшим.
Апоптоз — необходимая часть нормального процесса развития. Наша кисть формируется как лопаточка; чтобы она разделилась на пальцы, необходим апоптоз тех клеток, которые оказались посередине между осями, соответствующими будущим пальцам. Так вот, при термическом ожоге клетки гибнут вследствие некроза, а при ультрафиолетовом — в результате апоптоза. Умирание клеток кожи, их разрушение, приток тканевой жидкости, отделение эпителия слоями — «инициатива» самого организма! В чем её смысл?
Кванты ультрафиолета обладают энергией, соответствующей энергии активации многих химических реакций. Облучение такими квантами заметно повышает скорость протекания таких реакций. Для нашего обсуждения важнее всего фотодимеризации нуклеотидов ДНК.
ДНК — цепочка, состоящая из четырех типов литер — нуклеотидных остатков А, Т, Г, Ц. Пиримидиновые основания в их составе, тимин и цитозин, соответствующие литерам Т и Ц, с использованием энергии ультрафиолета сливаются попарно в димеры (в любых сочетаниях: ТТ, ТЦ, ЦТ и ЦЦ). Нормальное пространственное расположение молекулы ДНК нарушается. Комплекс специфических белков репарирует повреждение (восстанавливает исходное состояние). Белки узнают такую аномалию, вырезают нарушенный участок и его окрестности (по несколько сот нуклеотидов в обе стороны), а потом достраивают одну цепочку по другой. Все бы хорошо, да в ходе этого процесса очень высокой оказывается доля ошибок — мутаций. В любом случае частота мутаций вследствие работы репарационной системы оказывается ниже таковой тогда, когда репарация оказывается нарушенной. Нарушение работы этой системы приводит к тяжелому наследственному заболеванию — пигментной ксеродерме. Кожа страдающих от неё больных отвечает воспалением буквально на каждое попадание прямых солнечных лучей. Обычно такие люди живут недолго и гибнут от закономерно возникающих раковых опухолей.
Вы когда-нибудь задумывались, почему для микроорганизмов ультрафиолетовое облучение смертельно, а для макроорганизмов (как мы с вами) — нет? В инфекционных больницах обеззараживают помещения с использованием ультрафиолетовых ламп. В ходе такой процедуры люди выходят. Но даже если они не выйдут, они лишь получат ожоги, не являющиеся смертельными, а вот самые разные возбудители болезней погибнут. Дело в том, что микроорганизмы ультрафиолет прошивает «навылет» (и разрушает критичную для их существования ДНК), а у макроорганизмов он задерживается в поверхностных тканях (прежде всего в коже), где его эффект менее серьёзен.
Мы чаще вспоминаем о мутациях в связи с клетками зародышевой линии. По расхожим представлениям, эти мутации являются основным материалом для эволюции. Существуют и иные точки зрения, но для обсуждаемой темы это не очень принципиально. В любом случае эволюционную перспективу имеют именно те изменения, которые произошли в клетках-предшественницах половых клеток — а значит, потенциально иных организмов. В случае человека мутации происходят в клетках смертного тела — сомы.
Наша кожа состоит из эпидермиса (наружного слоя, происходящего в ходе эмбрионального развития из наружного зародышевого листка, эктодермы) и кориума (внутреннего слоя, который развивается из мезодермы, среднего зародышевого листка). Эпидермис на открытых участках кожи сам состоит из пяти слоев: базального, шиповатого, зернистого, блестящего и рогового. Размножение клеток происходит в базальном слое; именно здесь находятся камбиальные клетки кожи (камбием на самом деле называют слой делящихся клеток, который обеспечивает рост деревьев в толщину). Эти клетки все время делятся. Одна из клеток-потомков остается камбиальной, а вторая — специализируется, переходя со временем в более высокие слои эпидермиса. Клетки рогового слоя уже мертвы и превратились фактически в роговые чешуйки. Со временем они сшелушиваются, составляя весьма значительный компонент домовой пыли.