Глава 7
ДЕЙСТВУЕТ ЛИ НА БИОСФЕРУ
ЕСТЕСТВЕННЫЙ ФОН РАДИАЦИИ?
Итак, поражающее действие ионизирующей радиации, ее способность нести гибель, лучевую болезнь, снижать иммунную защищенность, вызывать отдаленные последствия — все эти свойства начинают проявляться и могут быть обнаружены только после некоторой дозы облучения. В зависимости от радиочувствительности организма и выбранного критерия действия радиации этот порог вредного действия по своей величине варьирует в широких пределах. Для более радиоустойчивых растительных организмов он достигает десятков тысяч рад, в то время как для гораздо более радиочувствительных млекопитающих и человека лежит в диапазоне 25–100 рад острого облучения или 100–300 рад при хроническом длительном облучении малой мощности. Эти величины облучения в сотни, тысячи раз превосходят естественный фон радиации.
С другой стороны, в результате мирного использования атомной энергии облученность населения нашей планеты будет варьировать в пределах долей естественного фона радиации. Да и сам естественный фон в различных районах Земли изменяется в достаточно широких пределах: от 60 до 10 000 мрад, в год. Естественно, возникает вопрос: безразлична ли слабая облученность для жизни на Земле? Ведь жизнь возникла, развивалась и существует в настоящее время, непрерывно получая эти слабые потоки γ-лучей, протонов, нейтронов, (β- и α-частиц и других компонентов космических и земных излучений.
В начале нашего столетия отдельные ученые обращали внимание на то, что эти излучения, как и другие физические факторы, которые в больших дозах несут гибель живым организмам, в очень малых дозах оказываются полезными и даже необходимыми для жизненных процессов. Эти идеи базировались и на общих соображениях о способности живых существ в процессе эволюции наиболее целесообразно использовать факторы окружающей среды и на отдельных наблюдениях, показывающих, что очень слабые потоки ионизирующей радиации стимулируют рост и развитие.
Одним из первых явление стимуляции размножения под влиянием излучений урана и эманации радия описал в 1913–1914 гг. известный чешский исследователь Ю. Стоклаза. Отсутствие в те времена точной дозиметрии, возможность влияния на эффект микроэлементов и необычность результата, побудили многих отнестись критически к выводам Стоклаза. Однако в 1938 г. аналогичные эксперименты повторил в точно контролируемых условиях Е. А. Штерн в Ленинграде, в 1953 г. — Г. Даниель и X. Парк в Великобритании, в 1956 г. — Е. Н. Сокурова в Свердловске, в 1961 г. — А. Джеймс и И. Мюллер в Канаде. Эти ученые убедительно показали на различных клетках (дрожжах, азотобактере, инфузориях) ускорение деления под влиянием малых (для данной культуры) доз ионизирующей радиации. Чем радиочувствительнее была исследуемая культура клеток, тем при меньших дозах воздействия наблюдалась стимуляция развития.
По данным советского исследователя Ю. П. Добрачева, опубликованным им в 1973 г. следует, что у такой радиочувствительной культуры клеток, как эмбриональные фибробласты, суммарно поглощенные дозы 0,02–10 рад вызывают стимулирование роста. Наиболее отчетливый эффект (увеличение числа клеток на 140–160 % по сравнению с контролем за сутки) наблюдался при облучении в дозе 0,1–0,3 рад. Интересно, что в областях малых доз (от 1 рад) автор отмечал уменьшение числа мертвых клеток (открепившихся от стекла) по сравнению с контролем. При дозе выше 10 рад рост культуры угнетался и гибель клеток возрастала. Стимуляция наиболее отчетливо наблюдалась при накоплении за 5 дней эксперимента дозы в 260 мрад. Это примерно в 100 раз больше, чем они получают за это время от естественного фона радиации.
В настоящее время имеется обширная литература о стимуляции прорастания, роста и развития растений при облучении семян ионизирующей радиацией. Благодаря большой радиоустойчивости растений одномоментные дозы облучения семян (наиболее устойчивой покоящейся формы существования растений), которые дают стимулирующий эффект, лежат далеко от естественного фона радиации, а именно в пределах 300–4000 рад для разных культур. Однако как только переходят от облучения семян к длительному облучению растущей (т. е. гораздо более радиочувствительной фазе) культуры, то дозы, вызывающие эффект стимуляции, резко снижаются (они сопоставимы с естественным фоном облучения). Так, например, в опытах советских ученых Л. П. Бреславец и Н. М. Березиной с сотрудниками, впервые поставившими вопросы радиационной стимуляции сельскохозяйственных растений на строго научную основу, показано, что хроническое облучение вегетирующих растений, в 10–40 раз превосходящее их облучение от естественного фона, приводило к стимуляции их развития, увеличению количества генеративных органов и повышению урожая.
Стимулирующее действие малых доз радиации обнаружено и на животном организме.
Стимулирующее действие малых доз ионизирующих излучений на развитие и продуктивность птиц было показано в нашей совместной работе с И. Г. Костиным, Л. Н. Шершуновой и Л. А. Збруевой, опубликованной в 1963 г. Мы моделировали в инкубаторах Томилинской птицефабрики слегка повышенный фон естественной радиации в процессе эмбриогенеза, внося под лотки с яйцами запаянные стеклянные трубки с солями урана. Суммарная доза, получаемая за 20 дней инкубации, составляла 1,4 рад. На большом материале проводился учет по ряду показателей по сравнению с такой же контрольной партией. Оказалось, что такое слабое облучение повысило на 2,4 % количество вылупившихся здоровых цыплят, уменьшило отход за первые два месяца их развития на 2,1 %, а за последующие четыре месяца на 4,1 %, что указывало на общее повышение жизненного тонуса, лучшую сопротивляемость неблагоприятным факторам внешней среды. По сравнению с контрольной партией молодки из опытной партии начали нестись на 10 дней раньше, за первый месяц в этой партии было получено яиц в полтора раза больше — 160 %, и в последующие 12 месяцев наблюдения яйценоскость опытной партии оказалась на 2–7 % выше. Близкие результаты были получены нами совместно с П. А. Хакимовым в 1975 г. на Ташкентской птицефабрике при одноразовом облучении яиц до начала инкубации (в состоянии покоя). При дозах в 1–3 рад повышалась жизнеспособность цыплят, ускорялось развитие и увеличивалась яйценоскость. Повышение дозы облучения быстро приводило к угнетению всех этих показателей. (Доза в 1–3 рад лишь в 10–30 раз превышает годовой уровень облучения от естественного фона.)
Для решения вопроса о том, можно ли говорить о благоприятном действии малых доз радиации на животный организм, исключительный интерес имеют исследования по продолжительности жизни различных животных при хроническом γ-облучении в очень малых дозах. Впервые в 1950–1955 гг. американский ученый Е. Лоренц опубликовал свои наблюдения об увеличении средней продолжительности жизни у мышей и морских свинок при ежедневном облучении, начиная с одного месяца и до конца жизни в дозах 0,1 рад. Если у мышей (самцов) средняя продолжительность жизни составляла 683 дня, то в опытной группе она равнялась 783 дням, т. е. на 100 дней больше.
В 1957–1959 гг. Л. Карлсон с сотрудниками в Отделении физиологии и биофизики университета города Сиэтла в США провели подобные опыты, но только в более строго контролируемых идентичных условиях содержания подопытных и контрольных крыс. При средней продолжительности жизни контрольных животных 445 дней у опытных (получавших ежедневно в течение 8 ч 0,8 рад) она составила 585 дней, т. е. 131 % но отношению к контролю. Интересно, что по мере старения у контрольных крыс, закономерно уменьшалась интенсивность дыхания. В опытной партии уменьшение было замедленным. Интенсивность дыхания 17–22-месячных опытных крыс равнялась интенсивности 9–13-месячных контрольных, т. е. достоверно показывала более медленное старение облученной группы.
В 1967 г. были опубликованы результаты большого исследования, проведенного в Окриджской национальной лаборатории (США) А. Аптоном с сотрудниками с целью проследить зависимость сокращения продолжительности жизни мышей от мощности дозы γ-излучения и быстрых нейтронов. Авторов не интересовала проблема малых доз Однако, просматривая полученные ими данные под этим углом зрения, мы установили (см. рис. 9), что в каждой серии экспериментов наблюдаются исключения из общего правила: не сокращение, а продление жизни при облучении в малых дозах (средняя продолжительность жизни определялась для группы, состоящей, как правило, из 100 особей и более, т. е. полученные результаты были вполне достоверны). Так, при облучении 554 самок средняя продолжительность жизни контрольных животных равнялась 582 дням. При остром облучении в дозах 25 и 50 рад средняя продолжительность жизни увеличивалась на 17 и 18 дней. Только при дозе 100 рад было отмечено сокращение времени жизни (на 31 день), возраставшее с увеличением дозы. При дозе 300 рад сокращение достигало 112 дней. Однако при облучении в дозе 300 рад в течение 300 дней (по 1 рад в день) в группе из 125 особей отмечалось увеличение средней продолжительности жизни на 28 дней.