Текст книги "Ядерные излучения и жизнь"

Автор книги: Вилен Барабой

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 18 страниц)

Как обнаружили и измерили радиоактивность

Как мы уже говорили раньше, большинство радиоактивных элементов возникло задолго до зарождения жизни на Земле. Следовательно, с самого своего появления человек жил в радиоактивном мире и на него действовали радиоактивные излучения. Чем же объяснить тот факт, что еще 100 лет тому назад человек не имел никакого понятия о радиоактивности и не подозревал, что он живет в радиоактивном мире?

Все это объясняется тем, что ни человек, ни животные не имеют специального органа, или рецептора, который воспринимал бы радиоактивные излучения подобно тому, как глаз воспринимает свет, а ухо – звук. Ведь естественная радиация в силу своей равномерности и постоянства не несла практически никакой полезной информации о среде, окружающей нашего первобытного предка. Правда, опыты на животных (крысах, мышах) показали, что при облучении половины клетки ядерной радиацией большой мощности или импульсным излучением животные собираются на необлучаемой половине клетки. Очевидно, невидимые лучи все же как-то воспринимаются живым организмом. Ученые полагают, что чувствительным органом в этом случае является сетчатка глаза, в которой ионизирующие частицы как бы высекают отдельные искорки, вспышки, и животное избирает более спокойное место. Реакция сетчатки на ядерную радиацию – это результат грубого, непривычного, резкого воздействия очень мощного излучения, подобно "искрам из глаз" при сильном ударе.

Природа не создала специальных органов чувств для восприятия малых количеств ядерных излучений, и человек для обнаружения радиоактивности окружающих его предметов вынужден прибегать к различным косвенным методам. Таким средством в опытах Беккереля оказалась фотопластинка, которая и помогла ему открыть явление радиоактивности. В современных приборах для обнаружения и измерения излучений чаще всего используют либо способность радиоактивных излучений ионизировать воздух и другие газы, через которые они проходят, либо свечение различных веществ при попадании на них ядерных частиц или квантов излучения.

Для обнаружения излучений чаще всего пользуются газовым счетчиком. Он представляет собой металлическую трубку, наполненную газом, по оси которой натянута тонкая нить, соединенная с положительным полюсом источника тока высокого напряжения. Попавшая в счетчик ядерная частица ионизирует находящиеся там молекулы газа. Образовавшиеся отрицательные ионы (электроны) устремляются к положительно заряженной нити, по пути вызывая дополнительную ионизацию молекул газа. Попав на нить, ионы частично нейтрализуют ее заряд, создавая таким образом импульс тока. Импульс затем усиливается и регистрируется счетным устройством, а на нить снова подается напряжение от источника тока. Весь этот процесс длится около 0,0001 сек.

В последнее время все шире и шире начинают применять сцинтилляционные счетчики, использующие люминофоры, т. е. вещества, в которых попадание ядерной частицы вызывает появление кратковременной микроскопической вспышки света. В счетчике эти вспышки регистрируются при помощи специального устройства.

При изучении биологического действия ядерных излучений необходимо знать зависимость между количеством излучения, попавшего на организм, и вызванным им биологическим эффектом, а для этого нужно уметь измерять излучения.

Для количественной оценки ионизирующих излучений пользуются понятием дозы. Доза – мера излучения, основанная на его ионизирующей способности, определяется по степени ионизации воздуха. За единицу измерения принимают дозу, которая в 1,293 · 10^-6 кг воздуха производит такое количество ионов каждого знака, что их общий заряд равняется

1 / 3·10⁹

кулона. Эта единица называется рентгеном. Иначе рентген – это такая доза, при которой в 1 см³ воздуха при нормальных условиях (температуре 0°С и давлении 1,013 бар или 760 мм рт. ст) образуется 2,082 · 10^-9пар ионов.

Для того чтобы можно было себе наглядно представить, что такое рентген, приведем некоторые данные. Предельно допустимой безопасной дозой для лиц, работающих с радиоактивными изотопами и ядерными излучениями, считают 5 рентген (р) в год. Дозы свыше 100 р, полученные одномоментно, вызывают лучевую болезнь, дозы 500 – 600 р смертельны для человека. Смертельный исход может наступить и призначительно меньших дозах – 250 – 450 р.

Измеряя дозу в рентгенах, мы характеризуем пучок лучей, направленный на облученный объект. Но сам облучаемый объект может различно реагировать на излучение в зависимости от того, как вещество объекта поглощает излучение. Поэтому, когда речь идет о количестве излучения, полученном объектом, мы говорим о поглощенной дозе, которая измеряется радами. Рад – это такая доза, когда энергия, поглощенная 1 кг вещества, равна 0,01 джоуля или 10⁵ эргов.

Одной и той же падающей на объект дозе могут соответствовать различные значения поглощенной дозы. Поэтому встает вопрос, существует ли связь между обоими значениями? На этот вопрос можно ответить положительно. При облучении гамма-лучами мягких тканей животного организма дозой в 1 р поглощенная доза излучения равняется 1 раду (точнее 0,9 рада).

Для измерения активности радиоактивных препаратов и дозы излучения используют измерительные приборы двух типов: 1) приборы, служащие для счета количества ядерных частиц и квантов, так называемые радиометры; 2) приборы для измерения дозы излучения, или дозиметры.

Приборы первого типа регистрируют каждую отдельную частицу, попавшую на воспринимающую излучение часть прибора. Эти приборы имеют высокую чувствительность и особенно удобны для измерения небольших активностей. Обычно такие измерения проводятся путем сравнения в одинаковых условиях количества частиц, излучаемых исследуемым препаратом и эталоном известной активности.

Дозиметры менее чувствительны, чем приборы первого типа, и показывают не количество отдельных частиц, а общую дозу излучения в рентгенах, полученную измерительной камерой прибора за определенное время.

При работах с радиоактивными изотопами и излучениями иногда важно знать, какую дозу излучения получил тот или иной работник. Для этой цели применяют специальный индивидуальный дозиметр, который имеет вид авторучки и помещается в боковом кармане халата. После окончания рабочего дня проверяют его показания и узнают, какая доза излучения получена человеком, работающим с излучениями.

Для измерения радиоактивности земной поверхности и поисков месторождений радиоактивных минералов пользуются приборами, установленными на автомашинах и на самолетах. Приборы автоматически отмечают радиоактивность грунтов и горных пород, над которыми проезжает или пролетает такая лаборатория. Кроме указанных выше приборов для выявления и изучения распределения радиоактивных веществ в различных объектах широко используется методика авторадиографии. Сущность этой методики заключается в том, что исследуемый объект, содержащий радиоактивные включения, на некоторое время прижимают к светочувствительному слою фотопластинки или фотопленки. Поскольку радиоактивные излучения действуют на фотоматериалы подобно свету, на фотопластинке после проявления образуется изображение, показывающее характер распределения радиоактивных веществ в исследуемом образце (минерале, листке растения).

Первое применение авторадиографии в биологии относится к 1904 г., когда отечественный ученый С. Лондон получил авторадиограмму лягушки, которую перед этим заставлял вдыхать радон.

Ценное преимущество авторадиографии в том, что она позволяет не только выявить в том или ином объекте радиоактивные вещества, но и установить точное их местоположение. Другое преимущество этого метода – высокая чувствительность, обусловленная способностью фотографических эмульсий суммировать действие слабых излучений. Применяя длительные (до нескольких месяцев) экспозиции, этим методом можно выявить крайне незначительное количество радиоактивных веществ. Методом авторадиографии часто пользуются биологи при изучении распределения радиоактивных веществ в тканях животного организма или растения.

От рентгеновской трубки до синхрофазотрона

Еще долгое время после открытия рентгеновских лучей и явления радиоактивности рентгеновская трубка и естественно радиоактивные вещества, встречающиеся в природе в относительно небольших количествах, были единственными источниками ионизирующих излучений. Получение радиоактивных элементов сопровождалось значительными трудностями и большими затратами.

Для получения одного грамма радия требовалось добыть и переработать 3 т урановой соли. Не удивительно поэтому, что радий стоил чрезвычайно дорого и приобретать даже небольшие количества его могли только наиболее богатые учреждения. Общее количество добытого во всем мире радия не превышало 1 кг.

Поэтому с радиоактивными элементами и излучениями сталкивалось очень небольшое количество лиц. Защита от излучений, с которыми приходилось иметь дело, не представляла особых трудностей – количества радиоактивных элементов были невелики, а энергия рентгеновских лучей не превышала 200 – 300 кэв.

Это продолжалось до середины 30-х годов, пока не научились получать радиоактивные изотопы искусственным путем и не началось строительство мощных ускорительных установок, дающих излучения высоких энергий.

В настоящее время большинство радиоактивных изотопов получают искусственным путем. Это не только обходится во много раз дешевле, но и позволяет значительно расширить круг применяемых изотопов – ведь в природе встречается только небольшое количество радиоактивных элементов.

Искусственное получение радиоактивных элементов стало возможным после того, как люди научились проводить такие реакции, в которых принимают участие ядра атомов.

При обычных химических реакциях взаимодействуют только электроны, находящиеся на внешних оболочках атомов. Эти взаимодействия не касаются ядер атомов. Поэтому химическим путем невозможно решить ту задачу, которую в течение ряда столетий пытались решить алхимики древности и средневековья – превратить один элемент в другой.

Особенность радиоактивного распада в том, что, как уже говорилось выше, никакие внешние причины не могут заметно повлиять на его скорость. Причина этого заключается в очень большой величине ядерных сил. Чтобы освободить ядерную частицу из ядра, нужно затратить энергию в миллионы электрон-вольт, В то же время энергия, освобождаемая в результате, например, химических реакций, не превышает 3 – 4 эв. Поэтому то количество энергии, которое принимает участие в обычных химических и физических процессах, может воздействовать на электронную оболочку, но его недостаточно, чтобы повлиять на ядро атома.

В 1919 г. английскому физику Резерфорду впервые удалось показать, что стабильные ядра могут быть разрушены, если в качестве снарядов для бомбардировки ядер использовать излучаемые радиоактивными элементами альфа-частицы, обладающие энергией 3 – 5 млн. эв, Бомбардируя азот быстрыми альфа-частицами, Резер-форд превратил азот в изотоп кислорода с атомной массой 17. Эту реакцию, называемую ядерной, так как в ней принимают участие ядра атомов, можно представить в следующем виде:

Открытие ядерных реакций доказало возможность превращения одних элементов в другие. Первое время, однако, такие превращения ограничивались ядрами наиболее легких элементов.

В 1934 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, проводя эксперименты с бомбардировкой алюминия альфа-частицами, впервые получили искусственным путем радиоактивный изотоп фосфора. Это открытие имело огромное значение, дав в руки ученым удобный способ получения радиоактивных изотопов любых элементов.

Однако альфа-частицы естественных радиоактивных элементов малоудобны для подобных экспериментов, так как их энергии достаточно для внедрения только в ядра атомов легких элементов, имеющих небольшой заряд ядра. Ядра тяжелых элементов имеют большой положительный заряд, поэтому они сильно препятствуют проникновению в них положительно заряженных альфа-частиц. Кроме того, для получения значительных потоков альфа-частиц необходимо большое количество естественно радиоактивных изотопов.

Для проведения ядерных реакций более перспективна бомбардировка ядер атомов протонами и дейтронами, обладающими единичным положительным зарядом. Вследствие того, что радиоактивные изотопы не испускают ни протонов, ни дейтронов, были созданы специальные приборы, в которых этим частицам сообщалось большое количество энергии. В таких приборах, получивших название циклотронов, фазотронов, синхротронов, синхрофазотронов, заряженные частицы, получая энергию в несколько миллиардов электрон-вольт, приобретают большие скорости.

Для получения искусственных радиоактивных изотопов особенно удобно применять нейтроны. Действительно, нейтроны не обладают электрическим зарядом и не подвержены силам электрического отталкивания при приближении к ядрам атомов: они беспрепятственно могут проникать в любые ядра, вплоть до самых тяжелых. Вероятность захвата нейтрона ядром зависит от времени его пребывания вблизи ядра, поэтому чем медленнее движется нейтрон, тем она больше. В результате захвата нейтрона в ядре нарушается устойчивое соотношение между протонами и нейтронами, вследствие чего атом становится радиоактивным.

Большое количество нейтронов возникает в атомных реакторах, в которых ядро изотопа урана-урана – 235 под действием нейтронов делится на два ядра с атомными номерами, близкими к 30 – 49 и 50 – 63. В процессе деления из ядра урана вылетает два-три нейтрона. Некоторые из этих нейтронов затрачиваются на поддержание цепной реакции деления ядер атомов урана, а остальные, разлетаясь в разные стороны, могут служить для активации различных материалов. В современных реакторах возникают мощные потоки нейтронов – до 10¹³ – 10¹⁵ нейтронов на 1 см² в секунду.

Реактор является удобным прибором для получения искусственно радиоактивных изотопов. В настоящее время большинство их получают на атомных реакторах. Ускорителями пользуются для получения тех изотопов, которые не могут быть получены в атомном реакторе.

Если мы посмотрим в таблицу радиоактивных изотопов, то увидим, что некоторые из них имеют очень короткий период полураспада, измеряемый минутами, а иногда даже и секундами. Такие изотопы нужно как можно быстрее извлекать из реактора. Для этой цели служит так называемая пневмопочта – специальное быстродействующее устройство, в котором давлением сжатого воздуха за 0,1 сек образец может быть введен в канал реактора либо перемещен из зоны облучения реактора в лабораторию для исследования.

За пять лет (1964 – 1968 гг.) Всесоюзная контора Изотоп поставила народному хозяйству различных искусственно радиоактивных изотопов на сумму 49 млн. рублей. В числе потребителей – свыше 500 лечебных учреждений[5]5
  «Атомная энергия», 1969, т. 26 № 2, стр. 112.


[Закрыть].

Итак, за каких-нибудь 30 лет мы являемся свидетелями небывалого скачка в области развития науки о радиоактивности и практического использования радиоактивных изотопов и ядерных излучений в медицине, биологии, народном хозяйстве. В миллионы раз возросло количество радиоактивных изотопов, применяемых в науке и промышленности. Возникла совершенно новая область техники – атомная энергетика. Многочисленные ядерные реакторы используются для проведения научных исследований, изготовления радиоактивных изотопов, промышленного получения электроэнергии, движения морских судов, опреснения морской воды и т. д.

Изменилась энергия частиц и квантов, с которыми работают в лабораториях. Сравним хотя бы рентгеновскую трубку начала 30-х годов, работающую при напряжении несколько сотен тысяч вольт, с современными ускорительными установками, создающими потоки частиц и квантов с энергиями порядка сотен миллионов и даже миллиардов электрон-вольт. В СССР работает крупнейший в мире Серпуховский синхрофазотрон на 70 гэв (семьдесят миллиардов электрон-вольт).

Все это привело к тому, что в настоящее время во много раз возросло количество лиц, работающих с радиоактивными изотопами и ядерными излучениями. Возникли новые серьезные задачи по изучению биологического действия различных видов излучений на человека и окружающую его природу, защите от излучений, предохранению природы от радиоактивных загрязнений.

Глава 2. Ядерные излучения и живой организм

Луч действует на клетку

Ядерные излучения оказывают на живой организм столь сложное и многообразное действие, что разобраться в нем, понять скрытые пружины лучевого поражения далеко не так просто, как это может представляться на первый взгляд. Что происходит при облучении в мельчайших кирпичиках живого организма – в отдельных живых клетках? Увидеть устройство клетки, узнать, как она живет и изменяется под влиянием облучения, можно только в микроскоп, потому что размеры клеток очень малы – их диаметр составляет сотые доли миллиметра. При увеличении в 1 – 1,5 тыс. раз, которое дает обычный световой микроскоп, можно рассмотреть ядро, иногда с ядрышком, и некоторые другие детали. Но сложнейшее строение живой клетки полностью раскрывается при увеличении в сотни тысяч и миллионы раз, которое может быть получено лишь с помощью электронного микроскопа.

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.

Клеточные элементы, входящие в состав крови, имеют различную продолжительность жизни. Красные кровяные тельца-эритроциты – живут 110 – 130 дней, и в каждый момент в состоянии деления находится меньше 1% клеток – предков эритроцитов. Белые кровяные клетки – лейкоциты – живут несколько суток, а одна из их разновидностей – лимфоциты – и того меньше: от нескольких часов до суток; поэтому размножение этих клеток идет относительно быстро. Наблюдая за жизнедеятельностью клеток после облучения, ученые установили, что особенно быстро уменьшается в крови количество лимфоцитов. Та же участь постигает другие белые кровяные тельца, и меньше всего от облучения страдает процесс образования эритроцитов.

Чем больше клеток находится в стадии деления в данном органе или ткани, чем чаще происходят в них митозы, тем большая часть клеток органа повреждается при облучении, тем чувствительнее данный орган к действию радиации. Это установили еще в 1906 г. французские ученые Бергонье и Трибондо.

Однако неправильно было бы думать, что клетка чувствительна к действию ионизирующих лучей только тогда, когда она делится. Нарушить жизнедеятельность любой клетки и даже убить ее можно в любой момент, не дожидаясь наступления митоза. Правда, для этого нужно во много раз увеличить дозу облучения, увеличить количество тех частиц или квантов энергии, которые слагают эту дозу.

Что же происходит в такой пораженной лучами клетке? Какие ее участки, "органы" или, вернее, органоиды (так выражаются цитологи, изучающие строение и жизнь клеток: "цитос" по-гречески означает клетка) страдают в первую очередь?

Многие иностранные специалисты (Айверсон, Гертвиг, Гизе и др.) утверждают, что ядро клетки особенно чувствительно к облучению. В цитологических лабораториях неоднократно проделывались такие тонкие и очень интересные опыты: лучами Рентгена облучали яйцеклетки лягушек, насекомых и других животных. Затем с помощью специальных приспособлений осторожно выделяли ядра облученных клеток и пересаживали в протоплазму необлученных клеток, ядра которых в свою очередь перемещали на место облученных. Таким образом, искусственным путем были получены клетки-гибриды, или клетки-химеры двух видов.

Клетки, у которых облученное ядро оказывалось в окружении здоровой, необлученной протоплазмы, очень часто оказывались неспособными к нормальному росту, развитию, оплодотворению. Некоторое время они жили, но это не была нормальная клеточная жизнь. Поврежденное облучением ядро не справлялось со своими обязанностями, к числу которых, как мы знаем, относится способность к оплодотворению и делению.

В клетках-гибридах второго рода облученная протоплазма со всех сторон окружала ядро, перенесенное сюда волей ученого из здоровой клетки. Однако, несмотря на такое "больное" окружение, здоровое ядро часто не испытывало никаких неудобств. Гибридная клетка росла, сохраняла способность к оплодотворению, а затем делилась, давая начало новому организму. Иногда и в пересаженном здоровом ядре появлялись болезненные изменения: неравномерная окраска, пустоты (вакуоли), отслойка ядерной оболочки и т. п. Все эти опыты очень наглядно продемонстрировали важную роль ядра в жизнедеятельности клетки вообще и при радиационном поражении, в частности.

Интересные результаты, подтверждающие правильность такого вывода, получил и советский ученый академик Б. Л. Астауров. Изучая в течение многих лет закономерности размножения шелкопрядов, Астауров обнаружил у этих насекомых не только партеногенез (т. е. развитие организма из одной материнской яйцеклетки, без оплодотворения), что наблюдается и у некоторых других насекомых, но и андрогенез (развитие из отцовской клетки). Оказалось, что с помощью рентгеновских лучей можно убить ядро материнской яйцеклетки, однако она сохраняет способность к оплодотворению. И хотя в оплодотворенной яйцеклетке остается лишь отцовское ядро, она делится и дает начало организму, очень похожему на отцовский. Таким образом, в этом случае мы имеем дело по существу с особой разновидностью андрогенеза, в котором принимает участие и протоплазма материнской клетки, оставшаяся живой после гибели ядра.

Если с помощью тончайшего пучка ионизирующих частиц – протонов – облучить участок хромосомы, она разрушается и теряет способность к раздвоению. Облучение тем же пучком прилегающего участка протоплазмы не вызывает никаких видимых изменений. Не значит ли это, что только ядро ответственно за гибель облученной клетки? Можно ли думать, что вся остальная масса клетки, которую мы объединяем словом протоплазма, или правильнее – цитоплазма, совершенно нечувствительна к действию лучей? Конечно, нет.

Более высокая чувствительность ядра, по-видимому, связана с теми его структурами, которые играют важную роль во время митоза. Однако все живое вещество, вся масса клетки в той или иной степени страдает от действия лучей, которые нарушают ее внутреннюю жизнь, строго определенные, последовательно сменяющие друг друга процессы обмена веществ.

В клетках и тканях, особенно чувствительных к действию радиации, кроме гибели клеток во время деления и в связи с ним, наблюдается и гибель в период между делениями, так называемая интерфазная гибель (интерфазой называют период между завершением одного митоза и началом следующего, т. е. период жизнедеятельности клетки). В причинах интерфазной гибели клеток (к тому же лишь наиболее чувствительных к радиации) ученые еще полностью не разобрались. С помощью электронного микроскопа ученые рассмотрели, что не только вся клетка окружена оболочкой, но и многие ее элементы имеют мембраны (перегородки). Ядро отделено от цитоплазмы тонкой оболочкой. Лишь во время митоза она исчезает, а к концу его появляется вновь.

Сложную двухслойную оболочку и такие же перегородки внутри имеют митохондрии – "силовые станции" клетки, вырабатывающие энергию для ее жизнедеятельности. В электронный микроскоп видна и так называемая эндоплазматическая сеть – сложное переплетение канальцев, разделенных дамбами и плотинами. Все эти многочисленные перегородки, мембраны, оболочки разделяют клетку на множество отсеков, в каждом из которых совершается своя особая, неповторимая и важная, хотя и незаметная работа (рис. 2).

Рис 2. След тяжелой частицы с ответвлениями вторичных электронов

После того, как невидимый луч пронзил эту сложную живую систему, на первый, взгляд ничего не изменилось в клетке. Но это не так. Смертоносный луч оставил немало разрушений. На его пути встретилось всего несколько десятков белковых молекул. Если учесть, что только в одной клетке таких молекул в десятки миллионов раз больше, такая убыль не кажется серьезной. Однако даже небольшое отверстие в плотине может иметь роковые последствия для всего сооружения. Поэтому разрушение даже нескольких молекул, образующих вместе с тысячами других многочисленные внутриклеточные мембраны, перегородки, может привести к дезорганизации всей жизни клетки.