Текст книги "Невидимый современник"
Автор книги: Николай Лучник
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 13 страниц)
Бывают и обратные случаи. Какое-то изменение наблюдается сразу после облучения, вызывается небольшой дозой, но… быстро проходит. И скорее всего оно относится к категории таких, которые организм может без труда ликвидировать.
Выходит, проблема не в том, чтобы заметить изменения, вызываемые радиацией в живых организмах, а в том, чтобы из невообразимого хаоса суметь выделить действительно существенные. Нужно не только найти элементарное изменение, но и проследить звено за звеном путь от этого изменения к наблюдаемому эффекту: болезни или смерти. Такая работа ведется, и сейчас она близка к завершению. А разгадка биологической эффективности ионизирующих лучей найдена довольно давно. Отыскался путь, который раньше привел к цели.
Доктор богословия
Ионизирующие лучи – физический фактор. В основе любых биологических эффектов радиации лежит физический процесс передачи энергии облучаемому веществу. Поэтому, чтобы создать теорию биологического действия радиации, чистой биологии недостаточно. Недаром возникла уже в нашем веке новая наука – биофизика.
Теперь биофизиков готовят во многих вузах. Студентам, избравшим биофизику своей специальностью, читают лекции и по биологическим наукам, и по физике, и по высшей математике, причем физико-математические науки преподают всерьез, не так, как будущим зоологам или ботаникам. До войны никто и нигде таких специалистов не готовил. А для разгадки биологической эффективности радиации нужно знать и биологию и физику. Потому-то успех выпал на долю тех коллективов, где сложилось настоящее творческое содружество биологов и физиков, тех немногих ученых, которые в равной мере сумели постичь и биологические и физико-математические науки.
Один такой ученый жил в начале 20-х годов во Франкфурте-на-Майне. Он был профессором университета. Имя его Фридрих Дессауер.
Это был интересный человек. В поисках биографических сведений о нем я наводил справки в каталогах Всесоюзной государственной библиотеки имени В. И. Ленина – крупнейшего книгохранилища нашей страны. И вдруг – о счастье! – нахожу целую диссертацию о взглядах Фридриха Дессауера, написанную недавно каким-то западногерманским докторантом. Заказываю ее и с нетерпением жду…
Увы, это диссертация о философских и богословских взглядах Дессауера. Однофамилец? Совершенно очевидно. Но перелистываю страницы и вижу: в одной из сносок сообщается, что Дессауер занимался и радиобиологией. Неужели хорошо известный мне биолог и физик то же лицо, что и этот богослов?
Да, Фридрих Дессауер был доктором естественной философии (то есть естественных наук), почетным доктором медицины, почетным доктором богословия и доктором инженерных наук. Многовато для одного человека! Но он не был дилетантом. Ведь во всех областях он был удостоен докторской степени.
Родился Дессауер 19 июля 1881 года в городе Ашаффенбурге-на-Майне. Где он учился и где работал в начале своей деятельности, узнать не удалось, да я и не очень старался (так ли это важно?). Существенно, что в 1920 году он стал профессором университета во Франкфурте. Именно этот период его жизни для нас особенно интересен. В 1933 году он организовал при университете Институт физических основ медицины – первый биофизический институт при высшем учебном заведении – и стал его директором. Тут бы и развернуть работу, но увы…
Помимо многочисленных наук, Дессауер интересовался еще и политикой. Настолько серьезно, что с 1924 по 1933 год был членом рейхстага. Приход Гитлера к власти ученый воспринял крайне неодобрительно, причем не скрывал своих взглядов. Начались преследования со стороны нацистов, перешедшие в настоящую травлю, и профессор был вынужден покинуть родину.
В 1934 году он уезжает в Турцию и занимает кафедру в Стамбульском университете. В 1937 году становится директором физического института во Фрейбурге в Швейцарии. Лишь в 1946 году ученый вернулся во Франкфуртский университет, где и работал до своей смерти. Умер Дессауер 16 февраля 1963 года. Его имя тоже высекли на обелиске в Гамбурге, потому что и Дессауер оказался одной из жертв ионизирующих лучей. К концу жизни лицо и руки его были покрыты многочисленными шрамами – результат операций, которые пришлось перенести в связи с лучевыми поражениями.
Именно Дессауер предложил гипотезу, которая пыталась ответить на вопрос: почему при действии ионизирующих излучений на живые объекты столь малая энергия вызывает столь большой эффект? Его гипотеза тоже не была верной, но содержала, как любят выражаться философы, рациональное зерно. Оно и вошло в современную теорию биологического действия излучений.
Горячие точки
В отличие от других биологов и врачей, занимавшихся изучением биологического действия радиации, Дессауер совершенно ясно представлял себе, каким образом ионизирующие излучения отдают свою энергию веществу. Он знал, что она передается в виде отдельных порций – ионизаций. Кроме того, ему был ясен и количественный парадокс, о котором мы уже говорили: ничтожная энергия – большой эффект.
Дессауер попытался объяснить этот парадокс, подойдя к нему как физик. Он рассуждал примерно следующим образом.
Смертельной дозы радиации недостаточно, чтобы нагреть стакан воды… Но ведь и спичкой не нагреешь. А если к горящей спичке поднести палец, его сильно обожжет. Да так, что не только палец, но и сам человек будет себя неважно чувствовать. А если дело плохо пойдет, то палец, обожженный спичкой, может оказаться и причиной смерти. А в чем разница?
В первом случае тепло, даваемое спичкой, распространяется на весь объем воды, а во втором концентрируется в небольшом участке.
Дессауер вспомнил трюк, который он как-то в детстве видел на Лейпцигской ярмарке. Худенькая девица ложилась на спину, тело ее покрывали матрасиком и ставили на него тяжелую наковальню. А потом два здоровенных парня брали молоты и что есть мочи начинали бить по наковальне. Вызывали и желающих из публики. Таковые находились во множестве и изо всех сил дубасили по наковальне. Казалось, девушка должна погибнуть, превратиться в отбивную котлету… Но ничего подобного: наковальню снимали, девушка вскакивала и с очаровательной улыбкой отвешивала поклоны изумленным зрителям.
Тогда это потрясло мальчика. Но ученому-физику все понятно.
Сила удара распределяется по всей наковальне, и девушка почти ничего не чувствует. Именно наковальня ее и спасает, не будь этой наковальни, от первого хорошего удара девушка отправилась бы на тот свет.
А при биологическом действии радиации дело, вероятно, обстоит как раз наоборот. Средняя энергия на весь облучаемый объект мала, но в отдельных точках она может быть огромной. А что происходит в этих точках? Известно, что любая энергия превращается в тепло. Очевидно, и здесь в отдельных точках происходит сильное разогревание, белки свертываются, что и служит причиной всех дальнейших неприятностей.
Так в 1922 году родилась теория точечной теплоты. Но Дессауер не ограничился только высказыванием общих соображений. Любая теория должна быть проверена числом. В случае правильности теории точечной теплоты зависимость эффекта от дозы должна иметь довольно своеобразную форму.
Дессауер поручает двум своим молодым сотрудникам, Блау и Альтенбургеру, провести небольшую теоретическую работу: рассчитать, какую форму должны иметь кривые зависимости эффекта от дозы, соответствующие его теории. Зная математику, это сделать не трудно, а сотрудники, которым была поручена работа, математику знали. Не прошло и нескольких дней, как теоретические кривые вытянули свои лебединые шеи на листках миллиметровой бумаги.
И – удивительное дело – форма кривых была именно такой, какая получалась в реальных опытах. Теория доказана?! Как бы не так!
Попадание в цель
На всякого мудреца довольно простоты… Дессауер пытался разрешить количественный парадокс, считаясь с физикой лучей. Но как раз в физике и не разобрался до конца и количественный парадокс не разрешил, а только подсказал его решение.
Поглощенная энергия очень быстро рассеивается, настолько быстро, что сколько-нибудь заметного нагревания отдельных точек быть не должно. Но даже если бы такое нагревание и происходило, это не могло бы привести к существенному биологическому эффекту. Дессауер полагал, что происходит свертывание белков. Пусть так, но при дозах, которыми пользуются в биологических опытах, процент измененных молекул будет ничтожным, подавляющее большинство их останется нормальным. Чего же тут можно ждать?
Значит, от теории точечной теплоты приходится отказаться. Но она дает отличное соответствие между теорией и экспериментом! Однако это ничего не значит, ведь при выводе формул предположения о точечном разогревании вовсе не требовалось. Блау и Альтенбургер исходили из неравномерностей распределения энергии в облучаемом веществе, и только. А что с этой энергией происходит дальше: превращается ли она в тепло, изменяются ли под влиянием этого тепла белковые молекулы, сотрудников не касалось. Поэтому, хотя теория точечной теплоты и оказалась неверной, неравномерность поглощения энергии играет, очевидно, в биологическом эффекте существенную роль. Так в конечном счете и оказалось.
Года через два после Дессауера выступил со своей теорией биологического действия лучей англичанин Кроузер. Он исходил из тех же соображений о неравномерности поглощения энергии, но ничего не говорил ни о тепле, ни об изменяющихся молекулах. Его теория была гораздо более формальна. Он говорил просто об ударах. Статья Кроузера была напечатана по-английски, и то, о чем он писал, он назвал словом «хит», которое можно переводить по-разному. Это и удар, и толчок, и попадание, и успех, и удача, и даже сатирический выпад. В русской радиобиологической литературе это слово чаще всего переводят как удар, хотя, как мы увидим, точнее говорить – попадание.
Кроузер анализировал кривые и говорил: чтобы инфузория погибла сразу, она должна получить 49 ударов, а чтобы она погибла через час после облучения, достаточно 42. Но что это за удары? Очевидно, ионизации. Однако если подсчитать, сколько ионизаций получает инфузория при облучении смертельной дозой, получатся цифры в сотни и тысячи раз большие, чем дает анализ кривых. Выходит, из тысяч ионизаций большинство оказываются совершенно лишними, и только полсотни «идет в дело». Почему?
Кроузер думает и приходит к выводу, что те полсотни ионизаций, которые вызывают гибель инфузории, «попадают» куда нужно, а остальные происходят в нечувствительных частях клетки. В том-то и дело, что надо не просто «ударить» инфузорию определенное число раз, а «попасть» в уязвимое место. Именно поэтому правильнее говорить не «удар», а «попадание», так как для повреждения клетки важны не все ионизации, а те немногие, которые попали в чувствительный объем.
Но что это за чувствительный объем? Кроузер человек достаточно осторожный. Он ничего не говорит об этом, называя чувствительный объем самым общим словом «мишень». А что представляет собой мишень – догадывайтесь сами.
Именно потому, что Кроузер выразил свои мысли в самых общих словах, ничего не говоря ни о тепле, ни о белковых молекулах, против его теории трудно что-нибудь возразить.
Статистический микроскоп
Но если хладнокровный сын Альбиона старался быть как можно более осторожным, то его французский коллега Хольвек подошел к проблеме со всем жаром галльского темперамента. Вот уж кто действительно дал полную волю своей фантазии.
Что такое мишень? Совершенно ясно: чувствительный объем, необходимый для жизни клетки орган, который нужно поразить, чтобы клетка погибла. Исходя из результатов радиобиологического опыта, можно вычислить размеры этого чувствительного объема. Это нетрудно, подобные расчеты делал еще Кроузер. Но Кроузер не вкладывал в это особого смысла, а Хольвек…
Хольвек верил, что объем, который дают математические расчеты, представляет собой вполне реальный объем какого-то органа, особенно необходимого для жизни клетки. Причем именно того органа, поражение которого лучами и вызывает гибель клетки. Но что это за орган?
Казалось бы, чего проще – посмотреть клетку под микроскопом и установить, какой из ее органоидов имеет объем, в точности равный вычисленному. Ученые смотрели в микроскопы и нужного объема не находили. Значит, либо расчеты неверны, либо в них вкладывался неправильный смысл? Как бы не так! Наоборот, Хольвеку это даже понравилось.
Раз цитологи нужного объема не находят, значит не могут, не имеют необходимых средств. А чувствительный объем существует, он обнаруживается статистическими расчетами. Поэтому, говорит Хольвек, количественный анализ радиобиологических кривых может стать важным средством исследования.
Так родилась теория мишени, согласно которой биологический эффект связан с поражением чувствительных объемов. Крайнее выражение этой теории – взгляды Хольвека. Он придавал результатам расчетов абсолютное значение и называл теорию мишени «статистическим ультрамикроскопом».
Хольвек был не прав. Он исходил из очень упрощенных представлений, полагая, что в каждом объекте есть одна мишень, что она имеет совершенно четкие границы и что попадание в мишень всегда оказывается эффективным. На самом деле обычно ни одно из этих условий не выполняется, следовательно, теория мишени из статистического сверхмикроскопа превращается в кривое зеркало.
Впрочем, судите сами. Облучают рентгеновыми лучами проростки бобов. Получают кривую, обрабатывают ее математически. Оказывается, что число попаданий равно 18, а мишень – нескольким микронам. Но ведь проростки состоят из большого числа более или менее одинаковых клеток и совершенно очевидно, корешок погибнет, если убит определенный процент клеток. А расчет дает лишь одну мишень.
Абсурдность такого результата была ясна и самым горячим сторонникам теории мишени. И они попытались подойти к вопросу несколько иначе. В таком случае, как корешки, конечно, дело сводится к поражению не одной, а многих мишеней (клеток). Следовательно, нужно рассмотреть другую «математическую модель», как говорят ученые. Например: чтобы вызвать эффект, нужно попасть по одному разу в каждую из мишеней, находящихся в объекте. При этом анализ даст уже не количество попаданий, а число мишеней.
Конечно, эта «модель» не единственно возможная. Может быть, в каждую мишень необходимо попасть не один раз или для достижения эффекта достаточно поразить не все мишени и т. д. Особенно увлекались подобными моделями трудолюбивые немцы – Глокер, Зиммермайер, Денцер и другие.
Результат всех этих упражнений был неутешительным, но очень важным. Оказалось, что при разных предположениях могут получаться совершенно одинаковые кривые. Например, реакция пяти попаданий в каждую из четырех мишеней дает кривую, которую невозможно отличить от кривой двенадцати попаданий в одну мишень; кривую двадцати двух попаданий в одну мишень – от пяти попаданий в шестнадцать мишеней и т. д. Выходит, анализ кривых не может привести к однозначным выводам о числе попаданий и количестве мишеней.
Значит ли это, что теория мишени – абсурд? Не будем спешить, чтобы «с грязной водой не выплеснуть ребенка». Хотя выводы и не однозначны, но кривые отлично соответствуют результатам опытов. В основе кривых лежит представление, что лучистая энергия поглощается веществом в виде отдельных порций – ионизаций. Это достоверный физический факт. И если мы откажемся от теории мишени, то есть от предположения, что биологический эффект всегда есть результат поражения определенных мишеней, останется еще принцип попадания, в основу которого кладется представление о прерывистом характере поглощения лучистой энергии.
Если против первой можно очень горячо спорить, то против второго трудно что-либо возразить. Но, к сожалению, слишком часто путают теорию мишени и принцип попадания. И не мудрено. В немецком языке для теории мишени вообще нет названия, и одно и то же слово до недавнего времени применяли в двух смыслах. А сейчас, говоря о теории мишени, немцы пишут ее название по-английски. В английском же языке, хотя и существует термин для принципа попаданий, но он совершенно неупотребителен. Из-за этого оказывалось, что доводы против теории мишени распространяли и на принцип попадания.
Здесь я должен сделать очень существенную оговорку. Может показаться, что принцип попадания – хорошо, а теория мишени – плохо. Это далеко не так. И с применением принципа попадания можно понаделать невероятнейших глупостей. И теорией мишени можно пользоваться разумно. Только область применения принципа попадания шире. Вот и все. Более того, скажу по секрету, что теорию мишени можно успешно и вполне грамотно использовать с целью статистической ультрамикрометрии, совершенно так, как об этом говорил Хольвек. Только в особых случаях и с рядом предосторожностей.
Физик становится биологом
В конце 20-х годов была опубликована одна очень странная работа. Автор ее развивал теорию, из которой вытекало, что при нулевой дозе облучения (то есть вообще без всякого облучения) должно погибать 50 процентов индивидуумов. Абсурд? Безусловно. А произошло следующее. Биологу (он написал статью) пришла в голову мысль. Мысль разумная, но требовался математический анализ, нужно было вывести формулу. Биолог этого не умел делать. Он обратился в математическую фирму (есть и такие!), где ему по сходной цене сделали то, что он просил, и сделали вполне добросовестно. Но, видимо, биолог не сумел изложить свою мысль достаточно понятно для математика, и математик вывел формулу, оказавшуюся абсурдной. Чтобы понять ее абсурдность, нужно знать и биологию (ее не знал математик) и математику (ее не знал биолог).
Все большее и большее число биологических проблем требует для своего разрешения солидного знания физики, химии, математики. Простейший выход: работать вместе разным специалистам. Но они должны хорошо понимать друг друга, иначе неизбежны анекдотические случаи, вроде только что рассказанного. А лучше всего, если ученый сам хорошо знает несколько наук, как Дессауер. Ведь никого человек так хорошо не понимает, как самого себя!
Совершенно закономерно, что логически завершить идею Дессауера удалось одному из таких ученых. Этот человек, блестящий физик, переквалифицировался в самого настоящего биолога. Хотя прожил он лишь 37 лет и погиб в 1947 году, но в радиобиологии оставил такой глубокий след, что до сих пор не только нельзя написать книгу по радиобиологии без упоминания его имени, но и в повседневной работе теперь, через 20 лет после его смерти, нельзя обойтись без его трудов.
Имя этого ученого – Дуглас Эдвард Ли. Жизнь его небогата внешними событиями. Родился он в 1910 году в Ливерпуле, учился в школе, поступил в Кембриджский университет, который окончил с отличием в 1931 году. А в Кембридже существует традиция: наиболее способные выпускники-физики направляются в Кевендишевскую лабораторию, которая особенно знаменита была именно в те годы, потому что заведовал ею один из величайших физиков, Эрнст Резерфорд. И не только поэтому. В списке сотрудников лаборатории числились тогда такие ученые, как Капица, Лейпунский, Чэдвик, Кокрофт, Блеккет, и другие звезды первой величины. Вот в какую компанию попал молодой Ли. В те же годы работал там другой молодой физик, некий Сноу. Он не стал великим физиком, но весь мир знает писателя Чарлза Перси Сноу. В романе «Поиски» он описывает Кевендишевскую лабораторию.
Ли тоже не стал великим физиком. Но не потому, что у него не было способностей, и не потому, что ему не повезло. Нет, за короткое время он выполнил отличные работы о взаимодействии нейтронов с протонами, не потерявшие своего значения даже в наш атомный век. В жизни Ли роковую роль сыграла… библиотека.
Однажды на страницах физического журнала ему попалось несколько необычных для такого журнала статей – о воздействии на бактерии ионизирующими лучами. Хотя работы не имели абсолютно никакого отношения к тому, чем занимался в то время Ли, он прочел их и заинтересовался.
– Занятно, – сказал он себе, – ведь, применив в подобных опытах чуть больше физики, можно выяснить некоторые интересные вещи. Почему бы не посвятить одну-две недели бактериям?
Недели сменялись неделями, результаты, полученные в очередном опыте, требовали постановки следующего, и Ли с головой ушел в радиобиологию. Первые радиобиологические статьи попались ему в 1934 году, а уже в конце 1935 года он перешел на постоянную работу в биологическую Стренджуэевскую лабораторию (там же, в Кембридже), навсегда связав свою жизнь с радиобиологией.
Ли был талантлив и трудолюбив. Но при всем таланте и трудолюбии ему удалось бы сделать немного, если бы он работал в одиночку и оставался при этом чистым физиком. Понимая, что не только физическая, но и биологическая часть его работ должна быть на высоте, Ли обращался за помощью к биологам. По-видимому, он умел увлекать людей, потому что в числе соавторов (а большинство работ Ли – совместные) крупные биологи: ботаник Кечесайд, генетик Тодей, вирусологи Саламан и Маркхэм, микробиологи Хэйнс и Коулсон. Ли учил их современной физике, а они его – биологии. Ли постигал биологию не только по книжкам. Он понимал: чтобы ставить полноценные опыты и делать правильные выводы из получаемых результатов, нужно самому стать биологом. И он, ученик Резерфорда, сам смотрит в микроскоп, сам сортирует дрозофил, сам подсчитывает бактериальные колонии на агаровых дисках…
Именно поэтому Ли стал блестящим биофизиком – ученым, который профессионально знает и физику и биологию. В те годы такие ученые насчитывались единицами. Но это самый верный путь. В наши дни физиков, ставших почти биологами, или биологов, ставших почти физиками, много. И именно они стоят на переднем крае науки о жизни.
В 1946 году вышла в свет книга Ли «Действие радиации на живые клетки», в которой он подводил итоги своим исследованиям. До сих пор это настольная книга каждого радиобиолога. Как хорошо, что он успел ее написать!
16 июня 1947 года Ли пришел в библиотеку, где когда-то нашел статьи, так изменившие его жизнь. Как и тринадцать лет назад, он перелистывал журналы. Снова ему попалась на глаза интересная статья. Увлекшись (Ли читал ее стоя), он на что-то облокотился… Это было большое, до пола, окно. Оно оказалось незапертым…
Дуглас Эдвард Ли умер, когда ему было 37 лет. Если бы не несчастный случай – кто знает! – может, современная радиобиология выглядела бы несколько иначе.
Не так просто
Если задача имеет несколько неизвестных, для ее решения необходимо составить систему из нескольких уравнений. Когда задача берется не из задачника, а решается с помощью опытов, нужно получить достаточное количество данных, чтобы можно было составить необходимое число уравнений. Это совершенно ясно.
Но то, что в алгебре ясно и школьникам, в радиобиологии поначалу не было ясно многим ученым. Сложные закономерности биологического действия радиации они пытались постичь, анализируя лишь кривые зависимости эффекта от дозы. А ведь это примерно то же самое, что решать одно уравнение со многими неизвестными. И вполне естественно, что результаты анализа были неоднозначны. Ведь, кроме дозовых кривых, нужно было привлечь какую-то дополнительную информацию. Или, образно выражаясь, решать не одно уравнение, а систему.
Именно к этому и сводится новый подход, который Ли внес в радиобиологию. Он в своих опытах исследовал зависимость эффекта не только от дозы, но и от фактора времени, от типа излучений, от их жесткости. И благодаря этому раскрывались сложные закономерности, а выводы становились вполне однозначными.
Что же сделал Ли? Рассказать об этом не просто. Ведь его написанная лаконичным научным языком книга, в которую включены лишь наиболее существенные результаты его работ, по объему вдвое больше, чем эта. Ограничимся несколькими примерами.
Ли начал с бактерий. Это и естественно, потому что работы, которые привлекли его внимание в 1934 году и с которых все началось, были выполнены тоже на бактериях. Как и его предшественники, Ли изучил зависимость эффекта от дозы. Почти во всех случаях получались кривые одного попадания. А там, где они не получались, это можно было объяснить, например, тем, что облучались не отдельные клетки, а комочки, состоящие из нескольких клеток. Форма кривых говорила о том, что гибель бактерий связана с проходом через клетку лишь одной ионизирующей частицы.
Чтобы окончательно в этом убедиться, Ли ставит дальнейшие опыты, где применяет облучение с разной интенсивностью и исследует дополнительное влияние температуры. Оказывается, ни растягивание общей дозы во времени, ни сопутствующее воздействие температурой не влияют на процент погибающих бактерий. А независимость от фактора времени и от температуры свидетельствует о том, что бактерия убивается проходом одной ионизирующей частицы.
Но проход проходу рознь. «Один проход частицы» – это еще ничего не говорит об энергии, которая требуется для вызывания эффекта, так как при проходе частицы через клетку в ней может поглотиться разное количество энергии. Для ответа на этот вопрос Ли решил выяснить зависимость эффекта от типа и жесткости лучей.
Он рассуждал так. Допустим, для умерщвления бактерии нужна сравнительно большая энергия, скажем, энергия нескольких десятков ионизаций. В таком случае достаточную энергию может дать только очень густо ионизирующая частица. Например, альфа-частица, создающая вдоль своего пути сплошную ионизационную «колонну», всегда будет убивать бактерию. А при проходе электронов, образующихся при облучении рентгеновыми и гамма-лучами, ионизации возникают, как правило, на значительном расстоянии друг от друга. Только в самом конце пути, при торможении электрона, образуется очень короткий, густо ионизирующий «хвост», отдающий на единицу своего пути энергию, сравнимую с той, что оставляет альфа-частица. Изредка еще боковые «веточки», так называемые дельта-лучи, создают довольно густую ионизацию. Следовательно, большинство проходов электрона через клетку останутся неэффективными. Поэтому при той же дозе облучения альфа-лучи должны вызывать значительно большую смертность бактерий, чем рентгеновы или гамма-лучи, а нейтроны – занимать промежуточное положение.
Совершенно иная картина должна наблюдаться, если, для того чтобы убить бактерию, достаточно небольшой энергии, скажем, одной ионизации. В таком случае любой проход редко ионизирующего электрона оставит в клетке ровно столько энергии, сколько нужно, а от альфа-частицы клетка получит много ионизаций, большая часть которых окажется избыточной. Но при определении дозы учитывается вся энергия. Поэтому при альфа-облучении, где большая часть энергии тратится «зря», эффект при той же дозе должен быть меньше, чем при использовании рентгеновых лучей.
Опыты показали, что при облучении бактерий наиболее эффективны жесткие (то есть особенно редко ионизирующие) рентгеновы лучи, затем идут мягкие рентгеновы лучи, нейтроны, альфа-частицы. Поэтому можно сказать, что смерть бактерии вызывается небольшой энергией. А более точные расчеты, проведенные Ли, показали, что для этого достаточно энергии одной ионизации.
Видите, сколько опытов понадобилось только для того, чтобы получить какие-то сведения о механизме действия радиации – не на слона, не на кукурузу, а на микроскопическую бактериальную клетку! А ведь многие пытались даже при облучении многоклеточных организмов ограничиваться анализом кривых доза – эффект.
Умерла ли бактерия?
Что значит убить бактерию? Хотя мы только что довольно много говорили о смерти бактерий, вызываемой облучением, ответить на этот вопрос не так просто. Дохлую лошадь или собаку нетрудно отличить от живой. Слишком много признаков помогают нам сделать это. А как отличить живую бактериальную или, скажем, дрожжевую клетку от «дохлой»?
В опытах Ли, о которых мы только что рассказывали, применяли методику, обычную для микробиологических опытов. Определенное число бактерий сеяли на стерильную питательную среду и ставили в термостат, где поддерживается благоприятная для развития температура. Через некоторое время подсчитывали число колоний, которые видны простым глазом. Каждая из них, представляющая собой округлое пятно, состоит из потомков одной клетки. Вычитая из числа посеянных клеток число колоний, получим число погибших клеток.
Но разве погибли те клетки, которые не дали колоний? Ведь мерина или мула не считают дохлыми только потому, что они не дают потомства. А если мы облучим бактерий дозой радиации, вызывающей практически полную потерю способности к образованию колоний, и изучим биохимическими методами, то увидим, что эти клетки почти полностью сохранили способность дышать и усваивать питательные вещества. Чтобы лишить бактерию этих свойств, необходимы гораздо большие дозы. А исследовав бактерий под микроскопом, мы увидим, что они не потеряли даже способности к росту. Клетки вытягиваются в длинные нити.
Можно подойти к вопросу и иначе. Облучить клетки, пересчитать их и поместить в условия, где они могут жить, не размножаясь. Подсчитав число клеток через некоторое время, мы увидим, что их стало меньше. Часть клеток лизировалась, или, попросту говоря, растворилась. Причем это не просто влияние среды. Ведь число контрольных не облучавшихся бактерий не изменилось. Лизис – это, конечно, смерть бактерии, но чтобы его вызвать, нужны колоссальные дозы, совершенно не сравнимые с теми, которые подавляют способность к размножению.
Вопрос этот не новый, и сталкиваться с ним приходится вне всякой связи с лучами. С ним, в частности, имеют дело при борьбе с болезнетворными микробами. Есть средства, вполне надежно уничтожающие бактерий, например огонь, которым широко пользуются при стерилизации. Наиболее распространенные дезинфекционные средства, вроде карболовой кислоты, тоже убивают бактерий. Но подобные сильные средства нельзя применять для лечения людей. Медицине известно сейчас большое количество противобактериальных средств, в первую очередь антибиотики и сульфамиды. Но известно ли вам, что они бактерий не убивают? Они только лишают бактерий способности размножаться. А с теми, которые уже есть, организм обычно легко и сам справляется.
Что для нас более интересно: лизис или потеря способности к размножению? Конечно, второе. Ведь для лизиса требуются столь высокие дозы, что для радиобиолога они почти не представляют интереса. Они изменяют заметный процент молекул, и ничего необычного в такой гибели, так же как и в вызываемой огнем или кипятком, нет. А гибель, под которой мы понимаем потерю способности к размножению, действительно интересна. Ведь она вызывается совершенно ничтожной энергией – одной ионизацией, что даже для микроскопической бактерии является очень малой величиной.
