Вилен Барабой - Ядерные излучения и жизнь

Что же происходит в покоящейся клетке, которую подвергли облучению? Увидеть эти изменения даже в микроскоп можно только в том случае, если клетка облучена большой дозой радиации. При этом клетка выглядит так, как будто она убита высокой температурой или действием яда: она уплотняется или, наоборот, подвергается разжижению, ядро увеличивается в размере, а затем разрушается, оболочка клетки теряет свою непрерывность, клетка умирает.

Меньшие дозы радиации, смертельные для целого организма, могут не оказать видимого влияния на отдельную живую клетку. Однако клетка далеко не всегда успешно сопротивляется действию радиации. Оказывается, и у нее есть своя ахиллесова пята: это период, когда клетка делится.

С тех пор как немецкие ученые Шлейден и Шванн открыли, что все живые организмы состоят из клеток, многие исследователи, наблюдавшие в микроскоп за жизнью клетки, видели, что в ее недрах, как бы мала она ни была, рано или поздно происходят странные и сложные превращения. Внутри клеточного ядра вдруг появляются, становятся видимыми нити или тяжи, состоящие из хроматина,- хорошо окрашивающегося вещества. Оболочка ядра исчезает, а образовавшиеся тяжи - хромосомы - располагаются по экватору клетки в виде звезды. От каждой хромосомы тянутся белые прозрачные нити, которые, сходясь к специальному клеточному центру, или центриоли, образуют фигуру веретена. Проходит некоторое время, и вдруг оказывается, что сначала вместо одной центриоли образовалось две, а затем и каждая хромосома разделилась вдоль на два тяжа. От каждого из них идут к одной из центриолей нити, образующие в клетке два веретена. Половинки хромосом постепенно расходятся к полюсам клетки. Веретена уменьшаются и исчезают, хромосомы свиваются в два клубочка, вокруг которых появляются ядерные оболочки. Еще несколько минут - и по экватору клетки образуется перегородка; сложнейший и строго последовательный процесс деления клетки, процесс митоза, или кариокинеза, завершен - вместо одной клетки возникло две.

Ученые, изучавшие процесс митоза, уже давно обратили внимание на одно важное обстоятельство. У всех растений и животных он совершается в основных своих чертах одинаково. Очевидно, последовательность его фаз, строгий порядок перемещений хромосом - не случайное явление. Создается впечатление, что главная задача митоза - как можно точнее распределить пополам между дочерними клетками хроматин - сильно окрашенное ядерное вещество, из которого состоят хромосомы. Сейчас стало ясно, что это наблюдение верно: хромосомы содержат в зашифрованном виде всю колоссальную по объему информацию о строении и работе клетки, и от правильности ее передачи зависит, будут ли дочерние клетки нормально расти и развиваться или окажутся неизлечимыми инвалидами. Основой структуры хромосом, той волшебной магнитной лентой, на которой записана, закодирована вся жизненная программа клетки, являются длинные полимерные молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, или сокращенно ДНК. Об этом единственном в своем роде веществе нам придется говорить неоднократно. Пока отметим лишь, что на каждой молекуле ДНК записано (если продолжить сравнение с магнитофонной записью) много разных мелодий. Основное содержание каждой из них - это шифрованная запись структуры одного из клеточных белков. Ведь именно белки - ферменты, гормоны и т. п.- являются основными двигателями обмена веществ, всей жизнедеятельности клетки. Тот участок ДНК, на котором записана схема одной белковой молекулы, ученые называют геном, или цистроном.

Назначение митоза и состоит в том, чтобы сначала обеспечить удвоение хромосом, изготовить точную копию каждой магнитной ленты, каждой шифрованной телеграммы, адресованной потомкам, а затем доставить все телеграммы по назначению, не перепутав, не исказив и не потеряв ни одной. Именно этот сложнейший и ответственнейший в жизни клетки процесс оказался и наиболее ранимым, самым чувствительным к действию ионизирующей радиации.

Представим себе, что делящаяся клетка оказалась на пути потока квантов ядерного излучения. Клетка осталась жива; она дышит, поглощает питательные вещества, растворенные в окружающей жидкости, она растет, двигается и выполняет другие, свойственные ей функции, но клетка эта не делится. При небольших дозах радиации угнетение клеточного деления оказывается временным; проходит несколько часов, а иногда и дней, и процесс деления возобновляется. Если же поток ионизирующих квантов или частиц был велик, способность к делению у клетки может исчезнуть вовсе. Такая клетка растет, увеличивается, достигает гигантских (сравнительно с другими клетками) размеров и в конце концов гибнет, не оставив потомства.

Следовательно, предательская роль облучения не ограничилась простым торможением митоза. В одном случае ионизирующие частицы повреждают тонкую структуру хромосом, в результате разрывов хромосом и неправильного соединения отломков нарушается процесс деления, часть хромосом не может разделиться. Между половинками сохраняются мостики, перешейки, в связи с чем расхождение хромосом затрудняется. В другом случае ядерное вещество разделяется неравномерно, отломки хромосом не срастаются и погибают или срастаются неправильно. Дочерние клетки, лишенные необходимого количества ядерного вещества или содержащие значительный его избыток, не могут нормально развиваться и гибнут, иногда предварительно разделившись. Таким образом, вредоносное действие проникающей радиации может сказаться во втором, третьем поколении клеток, а иногда даже позже.

Ядерные излучения могут вызвать и менее грубые изменения хромосом. Ионизирующая частица, пролетая через ядро, может разрушить или повредить всего один какой-нибудь ген. Тогда в клетке нарушится выработка лишь одного белка. Но и это, казалось бы, небольшое повреждение (в клетке тысячи разных видов белковых молекул) может иметь серьезные последствия и даже привести к гибели, если недостающий белок выполнял в клетке жизненно важную роль и его отсутствие влечет за собой выпадение одной из обменных реакций, а с ней - и обрыв всей цепи обмена веществ. В менее тяжелых случаях наблюдается дезорганизация обмена веществ, накапливаются ядовитые вещества - продукты нарушенного обмена, которые отравляют не только поврежденную клетку, но и соседние здоровые клетки, а иногда с током крови достигают отдельных органов, возможно, даже не подвергшихся облучению, и вызывают в них нарушения, подобные лучевым.

Вот каковы лишь некоторые из повреждений живой клетки, вызываемые проникающей радиацией. Многое при этом зависит от количества, или дозы радиации. Но немало зависит и от самой клетки. При одной и той же дозе и прочих равных условиях клетки разных органов и даже отдельные клетки одного органа реагируют на облучение неодинаково.