Генетические последствия Чернобыля: не так страшны мутанты…

Обычно, когда заходит речь о генетических последствиях радиационной аварии на АЭС, больше всего привлекают публичное внимание чудовища-мутанты. К счастью, двуголовые лягушки и прочие чернобыльские монстры, которыми любят пугать общественность, встречаются нечасто и, как правило, не оставляют потомства. Другое дело — преобразование генетической структуры популяции в целом.

Зону отчуждения Чернобыльской АЭС можно использовать как полигон для исследований таких преобразований. На этой ограниченной территории резко изменились многие факторы окружающей среды, и живые организмы, в том числе высшие млекопитающие, должны были приспособиться к переменам. Вот только вопрос — какой ценой?

В свое время мы уже рассказывали читателям об уникальном опыте по изучению влияния облучения на разные виды животных, в том числе на крупных млекопитающих. Наши исследования базировались на трех основных моделях. Первая — поколения крупного рогатого скота, воспроизводящиеся в условиях зоны отчуждения в экспериментальном хозяйстве «Новошепеличи» (экспериментальный виварий Чернобыльского научно-технического центра международных исследований).

Тут важно заметить, что по физическому порядку генов в хромосомах и малоплодности коровы близки к человеку. Вторая модель — традиционные биоиндикаторные виды для оценки экологического загрязнения — мыши-полевки (разные виды), отловленные в зоне отчуждения ЧАЭС. И третья — несколько лабораторных линий мышей, которые размножались в чернобыльской зоне в специальном виварии Института молекулярной биологии и генетики НАНУ.

Чернобыльские коровы стали для нас настоящей находкой в буквальном смысле этих слов. Именно эти животные, подвергшиеся после разрушения 4-го энергоблока ЧАЭС интенсивному облучению от радиоактивных выпадений, послужили экспериментальными объектами, изучение которых дало возможность получить уникальный материал для исследователей. Напомним, что после катастрофы и отселения людей большинство животных забили. Три коровы и один бык были найдены в лесу через несколько месяцев после радиационной катастрофы невдалеке от взорвавшегося реактора.

По-видимому, в панике эвакуации о животных забыли. Они и стали основой экспериментального стада, которое воспроизводилось в Новошепеличах, в десяти километрах от «саркофага», в условиях радионуклидного загрязнения 200 Ku/км2. Коров назвали Альфа, Бета и Гамма, а быка — Уран. Впоследствии стадо было увеличено за счет завезенных из относительно чистых зон коров голштинской породы. Наблюдения за несколькими поколениями животных дали возможность сделать выводы о последствиях длительного воздействия облучения и на организмы, и на популяцию в целом.

Занимаясь изучением генетических последствий Чернобыльской катастрофы, мы вначале поставили задачу выяснить, какое количество мутаций и в каких генах возникает под влиянием ионизирующего излучения. И были весьма удивлены, когда мутантов обнаружить не удалось. Это казалось парадоксальным — интенсивность ионизирующего облучения резко увеличена, количество клеток с хромосомными «поломками» в организмах возросло, а мутантов нет.

Мы исследовали разные виды животных в 30-километровой зоне, но и среди них мутантов не обнаружили. Как оказалось, природа поступает мудро — они просто не рождаются, потому что в живом организме имеются сложные механизмы контроля состояния генома, и дефектные клетки «отбраковываются» еще на стадии формирования гамет.

Так, у облученных мышей увеличивается эмбриональная смертность, причем доимплантационная, то есть еще на стадии, предшествующей имплантации эмбриона в матку. В исследованиях наших коллег из Института молекулярной биологии и генетики НАН Украины С. Малюты и А. Соломко было показано, что даже в условиях культивирования ранних эмбрионов, полученных из облученных мышей, часть из них запаздывает с дроблением. Они оказываются просто не готовыми к приживлению и погибают. Поэтому появление на свет мутантных особей, которое вызвано сбоями в системе контроля генетического постоянства, встречается довольно редко.

Какие же изменения в поколениях животных, в частности крупного рогатого скота, проживающих в условиях повышенной радиации, можно считать наиболее существенными?

Первое. Снижение плодовитости, более выраженное у коров, родившихся в условиях хронического ионизирующего облучения, чем у коров, попавших под его воздействие в половозрелом возрасте. Так, родившиеся еще до аварии на ЧАЭС и умершие в преклонном, как для коровьего века, возрасте, Альфа, Бета и Гамма произвели на свет в общей сложности 28 телят. На каждую из них в среднем приходилось по 0,9 теленка в год. Семь из 15 их дочерей вообще не дали потомства, а восемь произвели на свет суммарно 26 телят (на каждую дочь пришлось по 0,4 теленка в год).

То есть плодовитость коров во втором поколении снизилась в два раза. Еще хуже обстояли дела с репродуктивными возможностями у второго поколения коров, завезенных в экспериментальное хозяйство из Полесского. Только 7 (из 27) дали потомство, остальные либо вообще его не имели, либо оно было нежизнеспособным (телята погибали вскоре после рождения, причем преимущественно самцы).

Наблюдения за несколькими поколениями разных видов животных привели к следующему выводу: воздействие хронического низкодозового ионизирующего облучения негативно сказывается на репродуктивной функции. Важно подчеркнуть, что последующие поколения медленно адаптируются в изменившихся условиях окружающей среды. По нашим наблюдениям, требуется как минимум 30 — 35 поколений, чтобы вид мог приспособиться к повышенному радиационному фону.

Второе. В связи с последствиями Чернобыльской катастрофы возникли популяционно-генетические проблемы, которые вызывают гораздо больше обеспокоенности, нежели появление единичных мутантов. Суть их — в изменении генетической структуры популяций.

Как показывают исследования, главный ответ на хроническое воздействие низкодозового ионизирующего облучения заключается не в индукции появления новых генов, как предполагалось, а в предпочтительном отборе в поколениях сочетаний «старых» генов, комбинация которых наиболее благоприятна в изменившихся условиях. То есть, как это и соответствует положениям эволюционной теории, развитым в свое время

И. Шмальгаузеном, изменение условий отбора приводит к предпочтительному воспроизводству наименее специализированных форм. Изменения в генетической структуре — от типичной для высокоспециализированной молочной породы в сторону менее специализированных форм, характерных для мясного скота, — отчетливо наблюдались в поколениях КРС, воспроизводящегося в зоне отчуждения.

Хорошо известна связь между устойчивостью к ионизирующему облучению и сложностью организации биологических объектов. Как правило, устойчивее наиболее примитивные формы; это справедливо и при сравнении видов, и при сравнении тканей и систем многоклеточных организмов. У млекопитающих наиболее чувствительной к ионизирующему облучению является нервная ткань.

В таком случае можно ожидать, что результатом действия экологических катастроф должно быть не столько обеднение видами видовых сообществ, сколько обеднение самих отдельных видов специализированными формами. То есть действие отбора в сторону преимущественного воспроизведения менее специализированных форм внутри каждого вида будет приводить к формированию качественно новых экогеобиоценозов, что, соответственно, будет сказываться на их дальнейшем развитии.

Является ли это основанием для предположения о том, что увеличение антропогенного давления в глобальном масштабе соответствует эволюционному этапу учения о неокатастрофизме, — предмет дальнейших исследований. В чем трудно сомневаться — отбор, направленный в сторону преимущественного размножения внутри вида наименее специализированных форм, отличающихся повышенной неспецифической устойчивостью, относится не только к домашним и диким видам животных, но и к человеку. В условиях глобализации экологического кризиса неизбежно утрачивается часть генофонда всего живущего, в том числе и человека.

В мире уже накоплено достаточно много данных, подтверждающих этот вывод. В свое время в Дании был проведен комплекс исследований, которые показали, что у детей, родившихся после первых взрывов атомных бомб в воздушной среде, наблюдалось нарушение способности к абстрактному мышлению. Аналогичные нарушения были выявлены и у детей, появившихся на свет после катастрофы на ЧАЭС. Многие зарубежные исследователи указывают также на увеличение младенческой смертности, мертворождаемости, спонтанных абортов. Имеются четкие данные о росте смертности детей до года в европейских странах в 1987 году. В частности, на загрязненных территориях Белоруссии заметно увеличился показатель бесплодия.

Реальная проблема для здоровья населения связана не столько с самой дозой ионизирующего облучения, сколько с ее «новизной» для данной популяции. Дело в том, что до Чернобыльской катастрофы человеческая популяция, проживающая на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, никогда не сталкивалась с такими дозами. В мире известно немало мест, где природный радиационный фон в десятки, а то и в сотни раз выше среднемирового, как, например, в провинции Рамзар в Иране.

Исследования популяций людей, живущих в таких местностях, свидетельствуют, что у них из поколения в поколение происходит селекция на повышение радиорезистентности. Те, кто чувствителен к высоким дозам, там постепенно вымерли. Очевидно, что изменение условий среды обитания может привести к исчезновению из генофонда радиочувствительных особей и, соответственно, к изменению генетической структуры популяций.

В связи с низкой скоростью размножения людей реальные генетические последствия Чернобыльской катастрофы будут известны еще не скоро, ведь дети, родившиеся после 1986 года, только вступают в репродуктивный период. Однако направленность таких изменений мы уже знаем по опытам с полевками и коровами: избавление не только от менее стойких, но и от более специализированных и эволюционно продвинутых вариантов.

Кстати, в статье, опубликованной в Scandinavian Journal of Psychology от 24 марта 2010 года, приведены данные, согласно которым у юных жителей Норвегии, получавших малые дозы ионизирующего облучения «в утробе» (рожденных в течение 18 месяцев после катастрофы), показатель интеллекта — IQ существенно ниже, чем в контрольной группе того же возраста. Эти различия ограничиваются вербальным IQ, но не выражены по невербальному IQ.

Так и должен выглядеть эффект примитивизации для человека: способность к речи — эволюционно более позднее приобретение, нежели невербальная коммуникация, основанная на более древних структурах. Уровень загрязнения в некоторых районах Норвегии после аварии составил 2 — 4 Кu/км2, а эффективная доза облучения человека в первые 18 месяцев после аварии достигла 0,93 мЗв, что в сто раз больше тамошнего естественного уровня. А поскольку радионуклиды попали в корм сельскохозяйственных животных, они оказались и в мясе, и других продуктах питания, и по пищевой цепочке еще несколько лет попадали в организм человека.

В общем, норвежские власти считают, что прямому воздействию чернобыльской радиации в утробе подверглись все дети, родившиеся между 1986 и 1989 годом. А так как существуют еще и долгоживущие радионуклиды, в постчернобыльском мире уровень излучения многие десятилетия будет оставаться повышенным по сравнению с дочернобыльским временем, и все эти эффекты, в частности отбор в направлении менее специализированных форм, станут проявляться еще долго.

После этой крупнейшей экологической катастрофы возникла необходимость новой стратегии, которая требует углубленного понимания последствий долгосрочного воздействия долгоживущих радионуклидов на живой организм. Для человечества Чернобыль — это не только боль прошлого, но и проблема настоящего, и вызов будущего.

Итак, результаты совместных исследований позволяют сформулировать четыре основных закона Чернобыля.

1. После аварии на ЧАЭС рождаются не все, кто должен был родиться.

2. В постчернобыльский период наблюдается отбор против специализированных форм: преимущественно воспроизводятся менее специализированные, обладающие более высокой устойчивостью к действию неблагоприятных факторов среды.

3. Ответ на одни и те же дозы ионизирующего облучения или токсичного агента зависит от его новизны для популяции.

4. Реальные последствия аварии на ЧАЭС для популяций человека будут доступны для анализа к 2025 — 2026 гг., так как поколение, попавшее под прямое воздействие радиации, только начало обзаводиться семьями и рожать детей.

Эти законы не являются специфичными для радиоактивного загрязнения, напротив, они могут стать универсальными для любых глубоких экологических изменений, связанных с крупными природными и техногенными катастрофами.

Авторы: Т.Глазко, В.Глазко, Зеркало недели -Украина

Об авторах. Валерий Иванович Глазко — доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХ, академик РАЕН, заведующий Центром нанобиотехнологий Российского государственного аграрного университета — МСХА им.К. Тимирязева.

Татьяна Теодоровна Глазко — доктор сельскохозяйственных наук, академик РАЕН, профессор кафедры разведения и племенного дела МСХА им. К. Тимирязева.

В 1990 — 2006 гг. жили и работали в Украине, совместно с учеными Международного научно-исследовательского центра, которым руководил известный радиоэколог Н. Архипов (к сожалению, ныне уже покойный), изучали последствия влияния Чернобыльской катастрофы на живые организмы. Результаты этих исследований изложены в монографии «Популяционно-генетические последствия экологических катастроф на примере Чернобыльской аварии» (М.: МСХА им. К. Тимирязева, 2008).