Зазвичай, коли йдеться про генетичні наслідки радіаційної аварії на ЧАЕС, найбільше привертають публічну увагу чудовиська-мутанти. На щастя, двоголові жаби та інші чорнобильські монстри, якими люблять лякати громадськість, зустрічаються нечасто і, як правило, не залишають нащадків. Інша річ - зміни генетичної структури популяції в цілому.
Зону відчуження Чорнобильської АЕС можна використовувати як полігон для досліджень таких змін. На цій обмеженій території різко змінилося багато чинників навколишнього середовища, і живі організми, у тому числі вищі ссавці, мали пристосуватися до змін. От тільки питання - якою ціною?
Свого часу ми вже розповідали читачам про унікальний досвід з вивчення впливу опромінення на різні види тварин, у тому числі на великих ссавців. Наші дослідження базувалися на трьох основних моделях. Перша - покоління великої рогатої худоби, яка відтворюється в умовах зони відчуження в експериментальному господарстві «Новошепеличі» (експериментальний віварій Чорнобильського науково-технічного центру міжнародних досліджень). Тут важливо зауважити, що за фізичним порядком генів у хромосомах і малоплідністю корови близькі до людини. Друга модель - традиційні біоіндикаторні види для оцінки екологічного забруднення - миші-полівки (різні види), виловлені в зоні відчуження ЧАЕС. І третя - кілька лабораторних ліній мишей, які розмножувалися в Чорнобильській зоні у спеціальному віварії Інституту молекулярної біології і генетики НАНУ.
Чорнобильські корови стали для нас справжньою знахідкою у буквальному значенні цих слів. Саме ці тварини, які зазнали після руйнації четвертого енергоблока ЧАЕС інтенсивного опромінення від радіоактивних опадів, послужили експериментальними об’єктами, вивчення яких дало можливість отримати унікальний матеріал для дослідників. Нагадаємо, що після катастрофи і відселення людей більшість худоби забили. Трьох корів і одного бика було знайдено в лісі через кілька місяців після радіаційної катастрофи неподалік аварійного реактора. Очевидно, в паніці евакуації про тварин забули. Вони й стали основою експериментального стада, яке відтворювалося у Новошепеличах, за десять кілометрів від «саркофага», в умовах радіонуклідного забруднення 200 Ku/км2. Корів назвали Альфа, Бета і Гамма, а бика - Уран. Згодом стадо збільшили за рахунок завезених з відносно чистих зон корів голштинської породи. Спостереження за кількома поколіннями тварин дали можливість зробити висновки про наслідки тривалого впливу опромінення і на організми, і на популяцію загалом.
Займаючись вивченням генетичних наслідків Чорнобильської катастрофи, ми спочатку поставили завдання з’ясувати, яка кількість мутацій і в яких генах виникає під впливом іонізуючого випромінювання. І були дуже здивовані, коли мутантів виявити не вдалося. Це здавалася парадоксальним - інтенсивність іонізуючого опромінення різко збільшена, кількість клітин з хромосомними «поломками» в організмах зросла, а мутантів немає. Ми досліджували різні види тварин у 30-кілометровій зоні, але й серед них мутантів не виявили. Як з’ясувалося, природа чинить мудро - вони просто не народжуються, тому що в живому організмі є складні механізми контролю стану генома, і дефектні клітини «відбраковуються» ще на стадії формування гамет. Так, в опромінених мишей збільшується ембріональна смертність, причому доімплантаційна, тобто ще на стадії, яка передує імплантації ембріона в матку. У дослідженнях наших колег з Інституту молекулярної біології і генетики НАН України С.Малюти та
О.Соломка було показано, що навіть в умовах культивування ранніх ембріонів, отриманих з опромінених мишей, частина з них запізнюється з дробленням. Вони виявляються просто не готовими до приживлення і гинуть. Тому поява на світ мутантних особин, яка викликана збоями в системі контролю генетичної сталості, трапляється досить рідко.
Які ж зміни в поколіннях тварин, зокрема великої рогатої худоби, які живуть в умовах підвищеної радіації, можна вважати найбільш істотними?
Перше. Зниження плодючості, більш виражене у корів, які народилися в умовах хронічного іонізуючого опромінення, ніж у корів, які потрапили під його вплив у статевозрілому віці. Так, Альфа, Бета і Гамма, які народилися ще до аварії на ЧАЕС і померли в похилому, як для корів, віці, привели на світ загалом 28 телят. На кожну з них у середньому припадало по 0,9 теляти на рік. Сім з 15 їхніх дочок узагалі не дали нащадків, а вісім привели сумарно 26 телят (на кожну дочку припало по 0,4 теляти на рік). Тобто плодючість корів у другому поколінні знизилася вдвічі. Ще гірші справи з репродуктивними можливостями в другого покоління корів, завезених в експериментальне господарство з Поліського. Тільки семеро (з 27) дали нащадків, інші або взагалі його не мали, або воно було нежиттєздатним (телята гинули невдовзі після народження, причому переважно самці).
Спостереження за кількома поколіннями різних видів тварин підвели до такого висновку: вплив хронічного низькодозового іонізуючого опромінення негативно позначається на репродуктивній функції. Важливо підкреслити, що наступні покоління повільно адаптуються до змінених умов навколишнього середовища. За нашими спостереженнями, потрібно як мінімум 30-35 поколінь, щоб вид міг пристосуватися до підвищеного радіаційного фону.
Друге. У зв’язку з наслідками Чорнобильської катастрофи виникли популяційно-генетичні проблеми, які викликають набагато більшу стурбованість, аніж поява одиничних мутантів. Суть їх - у зміні генетичної структури популяцій.
Як показують дослідження, головна відповідь на хронічний вплив низькодозового іонізуючого опромінення полягає не в індукції появи нових генів, як передбачалося, а в переважанні добору в поколіннях поєднань «старих» генів, комбінація яких найбільш сприятлива у змінених умовах. Тобто, у відповідності з положеннями еволюційної теорії, які розвивав свого часу І.Шмальгаузен, зміна умов добору спричиняє переважне відтворення найменш спеціалізованих форм. Зміни в генетичній структурі - від типової для високоспеціалізованої молочної породи в бік менш спеціалізованих форм, характерних для м’ясної худоби, - чітко спостерігалися в поколіннях ВРХ, які відтворювалися в зоні відчуження.
Добре відомий зв’язок між стійкістю до іонізуючого опромінення і складністю організації біологічних об’єктів. Як правило, більш стійкими є найпримітивніші форми; це справедливо і при порівнянні видів, і при порівнянні тканин і систем багатоклітинних організмів. У ссавців найчутливішою до іонізуючого опромінення є нервова тканина.
У такому разі можна очікувати, що результатом дії екологічних катастроф стане не стільки збідніння видами видових суспільств, скільки збідніння самих окремих видів спеціалізованими формами. Тобто дія добору в бік переважного відтворення менш спеціалізованих форм усередині кожного виду спричинятиме формування якісно нових екогеобіоценозів, що, відповідно, позначатиметься на їхньому подальшому розвитку.
Чи є це підставою для припущення, що збільшення антропогенного тиску в глобальному масштабі відповідає еволюційному етапу вчення про неокатастрофізм, - предмет подальших досліджень. У чому важко сумніватися - добір, спрямований у бік переважного розмноження всередині виду найменш спеціалізованих форм, які вирізняються підвищеною неспецифічною стійкістю, стосується не тільки домашніх і диких видів тварин, а й людини. В умовах глобалізації екологічної кризи неминуче втрачається частина генофонду всього живого, у тому числі й людини.
У світі вже накопичено досить багато даних, які підтверджують цей висновок. Свого часу в Данії було проведено комплекс досліджень, які показали, що в дітей, які народилися після перших вибухів атомних бомб у повітряному середовищі, спостерігалося порушення здатності до абстрактного мислення. Аналогічні порушення було виявлено і в дітей, які з’явилися на світ після катастрофи на ЧАЕС. Багато зарубіжних дослідників указують також на збільшення дитячої смертності, мертвонароджуваності, спонтанних абортів. Є чіткі дані про зростання смертності дітей до року в європейських країнах у 1987 році. Зокрема на забруднених територіях Білорусії помітно збільшився показник безпліддя.
Реальна проблема для здоров’я населення пов’язана не стільки із самою дозою іонізуючого опромінення, скільки з її «новизною» для цієї популяції. Річ у тім, що до Чорнобильської катастрофи людська популяція, яка проживає на територіях, що зазнали радіоактивного забруднення, ніколи не стикалася з такими дозами. У світі відомо чимало місць, де природний радіаційний фон у десятки, а то й у сотні разів вищий за середньосвітовий, як, наприклад, у провінції Рамзар в Ірані. Дослідження популяцій людей, що живуть у таких місцевостях, свідчать, що в них з покоління в покоління відбувається селекція на підвищення радіорезистентності. Ті, хто чутливий до високих доз, там поступово вимерли. Очевидно, що зміна умов у середовищі проживання може призвести до зникнення з генофонду радіочутливих особин і, відповідно, до зміни генетичної структури популяцій. У зв’язку з низькою швидкістю розмноження людей реальні генетичні наслідки Чорнобильської катастрофи будуть відомі ще нескоро, адже діти, які народилися після 1986 року, тільки вступають у репродуктивний період. Проте спрямованість таких змін ми вже знаємо з дослідів із полівками і коровами: позбування не тільки менш стійких, а й більш спеціалізованих та еволюційно просунутих варіантів.
До речі, у статті, опублікованій в Scandinavian Journal of Psychology від 24 березня 2010 року, наведено дані, згідно з якими в юних жителів Норвегії, які отримували малі дози іонізуючого опромінення «в утробі» (народжених протягом 18 місяців після катастрофи), показник інтелекту - IQ істотно нижчий, ніж у контрольній групі того самого віку. Ці розходження обмежуються вербальним IQ, але не виражені за невербальним IQ. Так і повинен виглядати ефект примітивізації для людини: здатність до мовлення - еволюційно пізніше надбання, ніж невербальна комунікація, заснована на давніших структурах. Рівень забруднення в деяких районах Норвегії після аварії становив 2 - 4 Кu/км2, а ефективна доза опромінення людини в перші 18 місяців після аварії досягла 0,93 мЗв, що в сто разів більше порівняно з тамтешнім природним рівнем. А оскільки радіонукліди потрапили в корм сільськогосподарських тварин, вони були і в м’ясі, і інших харчових продуктах, і по харчовому ланцюжку ще кілька років потрапляли в організм людини. Словом, норвезька влада вважає, що прямого впливу чорнобильської радіації в утробі зазнали всі діти, які народилися між 1986 і 1989 роком. А оскільки існують ще й радіонукліди-довгожителі, у постчорнобильському світі рівень випромінювання багато десятиліть залишатиметься підвищеним порівняно з дочорнобильським часом, і всі ці ефекти, зокрема добір у напрямі менш спеціалізованих форм, даватимуться взнаки ще довго.
Після цієї найбільшої екологічної катастрофи виникла необхідність нової стратегії, що потребує поглибленого розуміння наслідків тривалого впливу радіонуклідів з довгим періодом розпаду на живий організм. Для людства Чорнобиль - це не тільки біль минулого, а й проблема сьогодення, і виклик майбутнього.
Отже, результати спільних досліджень дають змогу сформулювати чотири основні закони Чорнобиля.
1. Після аварії на ЧАЕС народжуються не всі, хто мав народитися.
2. У постчорнобильський період спостерігається добір проти спеціалізованих форм: переважно відтворюються менш спеціалізовані, які мають вищу стійкість до дії несприятливих чинників середовища.
3. Відповідь на одні й ті самі дози іонізуючого опромінення або токсичного агента залежить від його новизни для популяції.
4. Реальні наслідки аварії на ЧАЕС для популяцій людини будуть доступні для аналізу у 2025-2026 рр., оскільки покоління, яке потрапило під прямий вплив радіації, тільки почало утворювати сім’ї та народжувати дітей.
Ці закони не є специфічними для радіоактивного забруднення, навпаки, вони можуть стати універсальними для будь-яких глибоких екологічних змін, пов’язаних зі значними природними та техногенними катастрофами.
Про авторів. Валерій Іванович Глазко - доктор сільськогосподарських наук, професор, академік РАСГ, академік РАПН, завідувач Центру нанобіотехнологій Російського державного аграрного університету - МСГА ім. К.Тімірязєва.
Тетяна Теодорівна Глазко - доктор сільськогосподарських наук, академік РАПН, професор кафедри розведення та племінної справи МСГА ім. К.Тімірязєва.
У 1990-2006 рр. жили і працювали в Україні, разом з ученими Міжнародного науково-дослідного центру, яким керував відомий радіоеколог М.Архипов (на жаль, нині вже покійний), вивчали наслідки впливу Чорнобильської катастрофи на живі організми. Результати цих досліджень викладено в монографії «Популяционно-генетические последствия экологических катастроф на примере Чернобыльской аварии» (М.: МСГА ім. К.Тімірязєва, 2008).