ПРАБАБУШКИ АЛЬФА, БЕТА, ГАММА И ПРАДЕД УРАН

О чернобыльских мутантах столько писали газеты, а после того, как снимок восьминогого жеребенка в свое время облетел весь мир, только у закоренелого скептика могло остаться сомнение в существовании в зоне отчуждения ЧАЭС двуглавых монстров и прочих чудовищ. В первые годы после чернобыльской катастрофы наука не могла дать однозначный ответ по поводу ее генетических последствий для живых организмов. Что в принципе объяснимо - наблюдения за развитием событий и их анализ требуют определенного отрезка времени.

Вот уже полтора десятилетия отделяют нас от той черной апрельской ночи, с которой начался отсчет постчернобыльской эпохи. После 26 апреля 1986 года все мы вдруг стали жить в другой стране и в ином мире, где природа превратилась в «окружающую среду», а люди - в «контингент, проживающий в зоне загрязнения». Как резко изменившиеся условия среды обитания сказываются на развитии отдельных видов и их сообществ? Как это может отразиться на будущих поколениях? Наблюдения за несколькими поколениями животных в условиях зоны отчуждения ЧАЭС легли в основу монографии «Популяционно-генетические последствия экологического стресса на примере аварии на Чернобыльской АЭС» (авторы Т.Т.Глазко, Н.П.Архипов, В.И.Глазко). Накануне печальной годовщины катастрофы на ЧАЭС корреспондент «ЗН» беседует о результатах этих исследований с доктором сельскохозяйственных наук Валерием ГЛАЗКО и кандидатом биологических наук Татьяной ГЛАЗКО.

- Валерий Иванович, более десяти лет вы занимаетесь изучением генетических последствий чернобыльской катастрофы для разных видов млекопитающих. В чем особенность ваших исследований?

В.Г.: Начну с мысли, изложенной в предисловии нашей книги, которая раскрывает мотивацию ее написания. До сих пор большинство работ в радиобиологии посвящено анализу того, что уже произошло и какие последствия радионуклидного загрязнения реализовались. Нам кажется, что наступило время для обобщения накопленных данных, для создания базы методов прогноза отдаленных последствий для сообществ живых организмов не только радионуклидного загрязнения, но и других экологических изменений. Последствия аварий на атомных станциях в общем являются одним из факторов антропогенного загрязнения окружающей среды.

Приступая к исследованиям, связанным с последствиями чернобыльской катастрофы, с воздействием малых доз длительного ионизирующего облучения, мы, по сути, оказались в положении тех самых слепых мудрецов, которые ощупывали разные части слона, пытаясь прийти к заключению, что это такое.

Когда вскоре после катастрофы на ЧАЭС я с коллегами стал заниматься изучением ее генетических последствий, перед нами стояла, казалось, простая задача: выяснить, какое количество мутаций возникает под влиянием ионизирующего излучения и в каких генах. Ведь по лабораторным исследованиям хорошо известно, что острое облучение приводит к возникновению мутаций, имеются даже обоснованные расчеты между величиной дозы воздействия и количеством возникающих мутаций. В принципе, какой-то новой информации я не ожидал, однако было интересно, сколько все-таки мутантов гуляет в зоне. Передо мной стояла чисто количественная задача - подсчитать их. Уже были известны результаты многочисленных исследований, показывающие, что в условиях зоны отчуждения у разных видов отчетливо прослеживается повышение темпов соматического мутагенеза, т.е. роста мутантных клеток в различных органах и тканях. Поскольку корреляция между частотой мутаций в клетках сомы (тела) и в половых клетках известна достаточно давно, дело казалось простым и очевидным - подсчитать количество мутантных особей и выявить гены, по которым они возникают чаще всего.

- Какие виды животных вы исследовали?

Т.Г.: Наши экспериментальные исследования базировались на трех основных моделях. Первая - это поколения крупного рогатого скота, воспроизводящегося в условиях экспериментального хозяйства «Новошепеличи» (экспериментальный виварий Чернобыльского научно-технического центра международных исследований). Вторая - традиционные биоиндикаторные виды для оценки экологического загрязнения - обыкновенная полевка, полевка-экономка и рыжая полевка, отловленные в зоне отчуждения ЧАЭС в местах с разным уровнем радионуклидного загрязнения. И третья - три лабораторные линии мышей, воспроизводящихся в специальном виварии Института молекулярной биологии и генетики НАНУ также в зоне отчуждения.

- И много ли среди них было обнаружено мутантов?

В.Г.: Я пережил буквально потрясение, когда никаких мутантов нам найти не удалось. Почему это стало для меня потрясением? Существуют определенные мутации, возникающие у некоторых видов спонтанно, без всяких генотоксических воздействий. Для видов с одноплечими хромосомами, к которым относятся лабораторные линии мышей и крупный рогатый скот, типично появление спонтанных мутантов со слившимися, двуплечими хромосомами - т. н. робертсоновские транслокации. Естественно было ожидать, что такие мутанты в зоне есть. Тем более что имеются данные о появлении у мышей таких мутантов в зонах с повышенными сейсмической активностью и фоном ионизирующего облучения (работы Н. Воронцова), так же, как и при их облучении в лабораторных условиях. Однако никаких мутантов в зоне обнаружить не удалось. Было ощущение парадокса - интенсивность ионизирующего облучения резко увеличена, количество мутантных клеток в организмах выше, а мутантов нет. Куда же они деваются?

Оказалось, у облученных в зоне лабораторных линий мышей увеличивается эмбриональная смертность, причем доимплантационная. Если эмбриону удалось имплантироваться в матку - рождается нормальная мышь. В исследованиях наших коллег из Института молекулярной биологии и генетики 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 просто оказываются не готовыми к имплантации и погибают.

Т.Г.: Такая десинхронизация событий развития эмбриона и изменений материнского организма и является причиной доимплантационной гибели эмбрионов. Чем больше генетических дефектов надо залечить, тем больше продолжительность прохождения клетки по клеточному циклу.

- Теперь понятно, куда деваются мутанты. Природа поступает мудро: в любом организме имеется сложный механизм контроля генетического постоянства, и дефектные клетки отбраковываются еще на стадии формирования гамет, случаи же появления на свет мутантных особей вызваны сбоями, ошибками в сложном процессе природного отбора. А какие-то изменения у животных, в частности у крупного рогатого скота, постоянно находящихся в условиях повышенного радиационного фона, вы наблюдали?

Т.Г.: Да, и очень существенные. Первыми коровами, послужившими делу науки, стали Альфа, Бета и Гамма, родившиеся еще до аварии на ЧАЭС и умершие в преклонном, как для коровьего века, возрасте, произведя на свет в общей сложности 28 телят (15 самок и 13 самцов). Например, Альфа последний раз родила в 1999 году, имея 16 лет от роду, и была затем забита из-за травмы. В среднем на каждую из названных коров приходилось по 0,9 теленка в год. Из 15 их дочерей 7 не дали потомства вообще, а 8 родили суммарно 26 телят. Таким образом, на каждую дочь пришлось по 0,4 теленка в год. То есть плодовитость коров во втором поколении снизилась в два раза. Такая же картина наблюдается и в последующем поколении.

Еще хуже обстояли дела с репродуктивными возможностями у второго поколения коров, завезенных в «Новошепеличи» из Полесского. Плодовитость 13 полесских буренок (они родили в общей сложности 68 телят) была несколько меньше, чем у коров Альфа, Бета и Гамма, но в то же время несколько больше, чем у своих дочерей (соответственно 0,6; 0,9; 0,4). Однако из 27 дочерей полесских коров только 7 дали потомство. Остальные либо вообще его не имели, либо оно оказалось нежизнеспособным (вскоре после появления на свет телята умирали).

Поскольку отцом дочерей всех коров был один и тот же бык по кличке Уран, очевидно, что наблюдаемые различия по плодовитости между группами животных обусловлены только самками. Полученные данные позволяют предполагать, что действие хронического низкодозового облучения приводит к снижению репродуктивной функции, так как оказывает негативное влияние на ранние этапы эмбриогенеза (закладки генеративных тканей). Поэтому животные, рожденные в зоне отчуждения, оказывались впоследствии менее плодовитыми по сравнению с теми, эмбриогенез которых проходил в относительно «чистых» условиях.

В.Г.: Мы исследовали и другие виды домашних животных в зоне, в частности нутрий, но мутантных особей среди них тоже не обнаружили. Однако было выявлено, что у некоторых из них изменена «работа» отдельных генов (генная экспрессия). По нашему мнению, это также может существенно влиять на репродуктивный «успех».

Т.Г.: Важно подчеркнуть, что к действию хронического низкодозового ионизирующего облучения последующие поколения не адаптируются. Причем выраженные отклонения от условно контрольных групп - по плодовитости, некоторым генетическим, цитогенетическим нарушениям - наблюдаются во втором, третьем и даже в десятом поколениях животных, воспроизводящихся в этих условиях.

- По-видимому, снижение плодовитости животных в условиях зоны отчуждения связано с тем, что рождаются только наиболее устойчивые к воздействию ионизирующего облучения?

В.Г.: В связи с последствиями катастрофы на ЧАЭС существуют популяционно-генетические проблемы, которые, с моей точки зрения, гораздо хуже появления единичных мутантов. Суть их заключается в изменении генетической структуры популяций в новых условиях среды.

Согласно теории Дарвина, в результате естественного отбора выживают и размножаются преимущественно особи, наиболее приспособленные к внешней среде. Следовательно, когда среда меняется, начинают активно размножаться не те особи, которые преобладали до этих изменений. Искусственно создаваемые специализированные сельскохозяйственные породы сами по себе являются монстрами - преимущественное развитие каких-либо признаков, как правило, сопровождается снижением их приспособленности к неблагополучным условиям внешней среды. Резкое изменение условий неизбежно должно приводить к преимущественному выживанию наименее специализированных форм. То есть к «упрощению» популяций. По нашим наблюдениям, в поколениях специализированного молочного скота, воспроизводящегося в зоне ЧАЭС, именно это и происходит - его генетическая структура смещается от типичной для высокоспециализированной молочной породы в сторону менее специализированных форм, характерных для мясного скота.

Т.Г.: Полученные данные свидетельствуют: главный ответ на хроническое действие низкодозового ионизирующего облучения заключается не в индукции появления новых генов, а в предпочтительном отборе сочетаний «старых» генов, комбинация которых наиболее благоприятна для воспроизводства животных в изменившихся условиях. Еще со времен исследований И. Шмальгаузена известно, что изменение условий отбора приводит к предпочтительному воспроизводству наименее специализированных форм. Это и наблюдается в поколениях крупного рогатого скота при воздействии разных факторов экологического стресса. Хорошо известна также связь между устойчивостью к ионизирующему облучению и сложностью организации биологических объектов. Как правило, наиболее устойчивы самые примитивные формы. Это в равной степени справедливо и при сравнении видов, и при сравнении тканей многоклеточных организмов: у млекопитающих наиболее чувствительной к ионизирующему облучению является нервная ткань.

- Если исходить из того неоспоримого факта, что эволюция человека была направлена в сторону интеллектуальной, творческой деятельности, то перспективы утраты специализации более чем неутешительны... К тому же исследования датских ученых доказали снижение интеллектуальных способностей у детей под воздействием радиации.

В.Г.: Очевидна правомерность предположения о том, что и у человека под влиянием негативных последствий катастрофы на ЧАЭС рождаются не все, кто мог бы родиться. Что касается наблюдаемой в животном мире тенденции к утрате специализации, я не хотел бы сейчас делать из этого какие-то глобальные выводы и прогнозы. Правда, учитывая государственную политику в странах СНГ по отношению к тем, кто занимается интеллектуальной деятельностью - образованием, наукой, культурой, - такой отбор существует и без Чернобыля.

Однако к некоторым обстоятельствам хотелось бы привлечь внимание. Отечественные и зарубежные нейрофизиологи на разных видах животных отмечают различные нейрофизиологические изменения, связанные с последствиями чернобыльской катастрофы. В Дании проведен целый комплекс исследований, которые показали, что у детей, рожденных после первых взрывов атомных бомб в воздушной среде, к школьному возрасту выявляются некоторые нарушения интеллектуальной деятельности - снижение способности к абстрактному мышлению. Аналогичные нарушения были выявлены и у детей, появившихся на свет после катастрофы на ЧАЭС. В связи с этим был разработан комплекс игровых, обучающих программ для дошкольников, направленных на компенсацию таких нарушений. Это - в Дании. А у нас из-за нищенской зарплаты бастуют учителя, пустеют научные учреждения и НИИ... Все это - не генетические явления.

- В монографии представлены не только результаты ваших собственных экспериментальных исследований, но и объемный фактический материал, касающийся воздействия на генетический аппарат не только ионизирующего облучения, но и химического загрязнения, а также других факторов экологического стресса. Особое внимание уделено техногенным катастрофам ХХ века, сравнению крупнейших аварий с последующим радиоактивным загрязнением, в частности, в Кыштыме и Чернобыле...

В.Г.: Мы попытались рассмотреть накопленные результаты исследований последствий чернобыльской катастрофы в каком-то общем ключе, осознать уникальные черты ее последствий для биологических объектов, а также выделить в разных моделях исследований общие компоненты, типичные для разных катастроф. Такая установка обусловлена еще и тем, что один из авторов - доктор биологических наук Николай Архипов всю свою сознательную жизнь посвятил анализу последствий двух крупнейших радиационных аварий: кыштымской и чернобыльской. Возникает естественная потребность в сравнении и попытке понять, что между ними общего и, самое главное, какую общую информацию удалось получить в результате выполненных исследований. Какие проблемы стояли перед исследователями в Кыштыме, какие из них сохранились и после чернобыльской катастрофы? Ядерный взрыв на Урале стал для научного сообщества бывшего Советского Союза первой осознанной радиационной аварией. Это сопровождалось разворачиванием исследований по дозиметрии в полевых условиях, отслеживанием цепочки передачи радионуклидов. В то же время достаточно быстро стало очевидным, что дозиметрия - одно, а эффекты ионизирующего облучения у разных биологических объектов - другое. При одних и тех же дозах последствия наблюдались разные. Впервые возникла проблема оценки последствий хронического облучения в малых дозах. Представители одних и тех же видов получали малые дозы, однако у некоторых из них развивались выраженные изменения, а у других - нет. Как прогнозировать наличие либо отсутствие повреждений в следующем поколении, в частности у детей, рожденных от облученных родителей? В общем и до настоящего времени одним из центральных вопросов остаются дозовые зависимости повреждений биологических объектов. Почему в лабораторных условиях при остром облучении мутанты есть, а в полевых их нет? Почему ухудшение здоровья населения очевидно, а дозовых зависимостей - нет? Исследований много - ответов нет. Кыштымские проблемы не решены и после Чернобыля.

Что общего между аварией в Кыштыме и чернобыльской катастрофой? Наверное, резкое изменение условий окружающей среды, в котором ведущим фактором является радионуклидное загрязнение больших территорий. Ведущим, но не единственным. По сути, вследствие этих экологических катастроф меняется комплекс факторов. Каковы же последствия таких изменений для живых организмов? Видимо, для различных видов и популяций - разные, причем для тех, кто прямо попал под действие катастрофы, это будут одни последствия, а для тех, кто рождается от них, - другие. Для некоторых видов исключение хозяйственной деятельности человека в таких зонах будет приводить к увеличению численности в поколениях, по сути, к их процветанию. Причем в любом случае главный аспект изменений в условиях экологической катастрофы обусловлен изменениями наследственности, генетического материала. Можно ожидать, что у тех, кто непосредственно пережил экологическую катастрофу, эти изменения будут связаны с повреждением генетического материала, а у последующего поколения - с изменением генетической структуры, поскольку, очевидно, особи с повышенной чувствительностью, в частности к ионизирующему облучению, размножаться не будут. В этой связи Чернобыльская зона представляет собой уникальную модель популяционно-генетических преобразований, вызванных изменением направления и интенсивности естественного отбора. Наступило время осознать это и научиться правильно использовать зону отчуждения в качестве полигона для исследований последствий экологических катастроф и их предупреждения.

Вокруг Чернобыля ходят всевозможные слухи, сложилось много легенд. Легендотворчество - одно из самых удивительных (а порой и опасных) свойств человеческого сознания. Легенды о монстрах, чудовищных мутациях, ускорении эволюции и прочее горячо обсуждаются. В то же время гораздо меньшей популярностью пользуются факты о наличии в связи с катастрофой иммунодепрессии, повреждений иммунной системы. А ведь эти проявления могут быть ослаблены или по крайней мере частично компенсированы. Однако это требует большего напряжения усилий по сравнению с обсуждением того, чего исправить уже невозможно. И человек идет по пути расхода эмоциональной энергии, вместо того чтобы продуманно, целенаправленно действовать.

- Это ваше наблюдение очень точное. И как бы ни хотелось, но в какой-то мере имеет отношение к вышесказанному об утрате специализации...

Т.Г.: Человек создал техногенную цивилизацию, развитие которой сопровождалось большим количеством новых генотоксических факторов, связанных с бурным развитием промышленных технологий, использованием энергии атома (к сожалению, больше во вред, чем на благо), химизацией сельского хозяйства и медицины, и сам же оказался заложником технического прогресса, рассматривающего природу и все сущее как средства для достижения поставленной цели. Исходя из теории Шмальгаузена, изменения экологических условий приводят к предпочтительному воспроизводству менее специализированных форм. Иначе говоря, внутривидовой отбор осуществляется в сторону примитивных форм. Напрашивается следующий вывод. Совершенный человечеством на заре прошлого века и в его продолжение невероятный скачок в использовании технологий обошелся ему в результате очень дорого, и, вероятно, в ближайшем будущем оно будет не в состоянии столь «успешно» продолжать свою техногенную революцию. Кроме того, в различных исследованиях отмечаются выраженные изменения иммунной, эндокринной, нервной систем. Это физиологические изменения, и особи, у которых они имеются, уже не смогут внести такой же вклад в последующие поколения, какой смогли бы до катастрофы. В этом, пожалуй, заключается самый печальный урок Чернобыля. И мы должны сделать из него адекватный вывод. Ради будущего наших детей и внуков.