Изменчивость живых организмов

На початку ХХ століття були спроби використовувати різні фактори зовнішнього середовища для отримання індукованих мутацій. Але на протязі довгого часу всі спроби були марними, почали навіть припускати, що мутації виникають виключно під впливом внутрішніх факторів, повністю автономно і абсолютно незалежно від впливу зовнішнього середовища.

Для спростування цієї хибної думки вирішальними були перші ж успіхи, які, нарешті, були отримані у дослідах, спрямованих на отримання індукованих мутацій за допомогою дії різними факторами зовнішнього середовища.

Перші індуковані мутації отримані в 1920 році академіком Надсоном у деяких бактерій та грибів під впливом променевої енергії (Х-проміння, еманція радію). Після проведення дослідів, виявилося, що виникають такі мутації, які різко підвищують життєздатність організму. Але виявлялися і летальні мутації, які призводили до загибелі організму. А отримувати тільки якісь певні, корисні мутації не вдавалось. Характер мутацій був спонтанним і непередбачувальним.

Після дослідів по опроміненню організмім для отримання індукованих мутацій, вчені зацікавилися механізмом дії радіоактивного випромінення.

Спочатку, коли з мутагенних факторів були відомі в основному рентгенівське, або Х-проміння,припускалося, що зміна будови генів і розриви хромосом викликаються проходженням іонизуючої частинки, в результаті якого в хромосомах виникає іонизація — електрони вибивються з одних атомів і приєднуються до інших, що призводить до утворення позитивних і негативних іонів.

В наслідок цього в молекулі ДНК виникають різні перегрупування, які призводять до зміни в будові генів та точковим мутаціям, а у крайніх випадках призводять до поперечних розривів хромосом та появі частинок (фрагментів) хромосом. При такому тулмаченні механізму виникнення мутацій гени розглядалися як мішені, влучення в які викликає появу точкових мутацій та хромосомних абберацій. Прихильники такого тулмачення механізму появи мутацій, відомого під назвою “теорія мішені”, вважали, що мутації завжди катастрофічний процес, який відбувається практично миттєво, і наводили розрахунки ймовірності винекнення мутації головним чином на основі встановлення розмірів “мішені” та дози опромінення іонизуючої радіації, використаної для опромінення організму.

Інші ж дослідники пропонували, як альтернативну “теорії мішені”, гіпотезу вільних радикалів. Згідно цієї гіпотези, вирішальну роль для утворення індукованих мутацій має непряма дія рентгенівського проміння (а також інших форм іонизуючої радіації), викликаюча появу в поживному середовищі (наприклад грунті) чи в клітинах живих організмів появу вільних радикалів типу ОН та НО₂ . Ці вільні радикали можуть взаємодіяти як з молекулами ДНК хромосом, так і з молекулами цитоплазми клітини та молекулами поживного середовища, змінюючи їх. А такі змінені молекули в свою чергу взаємодіють з молекулами ДНК, призводячи до змін в їх будові.

Результати цієї взаємодії значною мірою залежить від того, яким запасом енергії володіють вільні радикали. В тих випадках, коли ця енергія значна, виникають сильні зміни в будові иолекул ДНК, призводячі до летальних мутацій чи до розлому хромосом. В тих випадках, коли енергія вільних радикальів незначна, то їх взаємодія з молекулами ДНК призводить до появи видимих точкових мутацій. На користь цій гіпотезі говорить те, що умови при яких проводилося опромінення (температура, наявність чи відсутність вільного кисню тощо), значною мірою впливають на частоту винекнення індукованих мутацій

Особливо яскраво гіпотезу вільних радикалів підтверджувала поява індукованих мутацій у деяких мікроорганізмів після вирощування їх в поживному середовищі, яке попередньо було піддано опроміненню великими дозами іонизуючої радіації. В цих випадках індуковані мутації могли виникнути тільки під дією вільних радикалів поживного середовища, які виникли під час його опромінення.

На согоднішній день найбільш ймовірним є те, що індуковані мутації виникають як в результаті безпосередньої іонизації атомів в молекулі ДНК іонизуючими частинками, так і в результаті взаємодії з молекулами ДНК вільних радикалів, виникаючих під впливом опромінення в ядерному соці, в цитоплазмі клітини и навіть в поживному середовищі. Але всеж у винекненні індукованних мутацій найбілш важливу роль, напевно, відіграють вільні радикали.

Коли було встановленно, що винекнення индукованих мутацій може бути спричинено не тільки рентгенівським промінням, але також і іншими видами іонизуючої радіації (наприклад гамма-проміння, ультрафіолетове проміння), багато вчених-дослідників приступили до порівняльного аналізу і вивченню якісних особливостей індукованих мутацій, виникаючих під впливом різних мутагенних факторів.

Експерементально доведено, що одним з найсильніших мутагенів є радіоактивне опромінення. Вплив радіоактивного проміння на живий організм характеризується дозою опромінення. Поглинутою дозою опромінення називається відношення поглинутої енергії іонізуючого проміння до масси опроміненої речовини. У міжнародній системі одиниць СІ поглинуту дозу радіації виражають у греях. Один грей дорівнює поглинутій дозі опрмінення при якій опроміненій речовені масою 1 кг. Передається енергія 1 Дж.

Природний фон радіації (космічне проміння, радіоактивність навколишнього середовища і тіла людини) за рік становить дозу опромінення приблизно 2*10^-3 Гр. на людину. Міжнародна комісія у справах радіаційного захисту встановила для тих, хто має справу з випроміненням, гранично допустиму дозу на рік 0,005 Гр. Доза опромінення в 3-10 Гр. смертельна, якщо вона прийнята за короткий час.

Враховуючи згубну для всього живого дію радіоактивного випромінення, під час роботи з джерелом радіації (радіоактивні ізотопи, реактори тощо) потрібно вживати заходів для радіаційного захисту всіх людей, які можуть потрапити в зону дії проміння.

Найбільшою техногенно-екологічною катастрофою є аварія на Чорнобильській АЕС. В наслідок цієї катастрофи у навколишнє середовище потрапила величезна кількість радіоактивних речовин. В наслідок їх дії у всіх мешканців Землі в тій чи іншій мірі відбулися непередбачувальні (можливо навіть згубні) мутації, які вже согодні призводять до народження неповноцінних дітей, збільшенню захворювань на рак та інших важких хвороб. Якщо не вжити заходів то подальший вплив радіації може настільки змінити генотип людини (та інших живих організмів), що від попередньої людини “нічого не залишиться” — вона перетвориться на мутанта. А чи корисно це буде, чи ні согодні сказати важко. Тому краще запобігти цьому.