РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 1, с. 104-107
ИСТОРИЯ НАУКИ
УДК 577.391.632.118.3
А. Х. СПЭРРОУ - КЛАССИК РАДИОБИОЛОГИИ И РАДИОЭКОЛОГИИ ХХ ВЕКА (К 100-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ) © 2014 г. Р. М. Алексахин*, С. А. Гераськин
Всероссийский НИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, Обнинск БО1: 10.7868/80869803114060034
Радиобиология и радиоэкология зародились в последние годы XIX—начале ХХ веков. В более чем столетней истории развития этих наук, как и в любой отрасли естествознания, были периоды бурного и замедленного роста. Пики развития радиобиологии и радиоэкологии были обусловлены объективными причинами. Первые годы зарождения этих наук были схожи с разработкой богатой руды — это время получения первых, уникальных знаний о закономерностях биологического действия нового, открытого В. Рентгеном в 1895 г., физического фактора — ионизирующего излучения, оценки роли природного фона ионизирующих излучений и закономерностей рассеяния естественных радионуклидов в природных средах.
Следующий плодотворный этап развития радиобиологии и радиоэкологии пришелся на 1960—1980-е годы. Применение атомных бомб в войне с Японией, массированные ядерные испытания, приведшие к глобальному радиоактивному загрязнению планеты, опасность начала ядерной войны обусловили необходимость изучения последствий массового применения ядерного оружия в медицинском, биологическом и эколо-
гическом аспектах. В это время радиобиологические и радиоэкологические исследования были сосредоточены главным образом на предприятиях, связанных с производством ядерного оружия (Ок-Ридж, Хэнфорд, Саванна-Ривер в США, химкомбинат "Маяк" в Челябинской области на Южном Урале в СССР). На этих объектах имелись полигоны для натурных наблюдений и условия для специальных экспериментов по изучению миграции радионуклидов и действия ионизирующих излучений на живые организмы в среде их обитания. К этим работам были привлечены крупные научно-исследовательские учреждения в странах, обладающих ядерным оружием.
В этот период были получены важнейшие фундаментальные результаты в области радиобиологии и радиоэкологии, на него пришелся расцвет творчества ряда крупных ученых-радиобиологов и радиоэкологов, к числу которых, несомненно, принадлежит Арнольд Хикс Спэрроу (A.H. Sparrow, 1914—1976). Он обогатил радиобиологию установлением основополагающих закономерностей действия ионизирующих излучений на живые организмы, а радиоэкологию — описанием особенностей действия ионизирующей радиации на популяции живых организмов, их сообщества и экосистемы.
А.Х. Спэрроу родился в 1914 г. в г. Саскатун в провинции Альберта (Канада), закончил биологическое отделение университета Саскатчевана, в 1941 г. получил степень Ph. D по цитологии и генетике в университете Макгилла. После нескольких лет исследовательской работы в Гарвардском университете он перешел в Брукхейвенскую национальную лабораторию США, где трудился до последних дней своей жизни. Хотя А.Х. Спэрроу изначально специализировался в области зоологии, изучая цитогенетику дрозофилы, в историю науки он вошел как выдающийся радиобиолог растений. В начале своей научной карьеры он обратил внимание на хромосомы растений как идеальный объект для экспериментальных исследований. Глубокое изучение различных аспектов структуры хромосом и их поведения послужило для А.Х. Спэрроу хорошей основой для последующего анализа действия на них ионизирующих излучений. Результаты его цитологических ис-
А. Х. СПЭРРОУ - КЛАССИК РАДИОБИОЛОГИИ И РАДИОЭКОЛОГИИ ХХ ВЕКА
105
следований сыграли важную роль при выявлении основополагающих закономерностей биологического действия ионизирующего излучения. Ци-тогенетические исследования остаются надежным инструментом получения новых знаний и в современной радиобиологии и радиоэкологии. Достаточно вспомнить современные радиацион-но-эпидемиологические исследования, анализ формы дозовой зависимости в диапазоне малых доз, нормирование радиационного воздействия и др.
Уже первые эксперименты по облучению разных видов растений и животных, проведенные в конце ХГХ-начале XX веков, показали, что существуют огромные различия в чувствительности организмов к действию ионизирующего излучения. Значительные вариации радиорезистентности были обнаружены как при переходе от одного таксона к другому, так и внутри филогенетических групп. К началу 1960-х годов были получены данные о радиорезистентности представителей всех крупных таксонов живого мира и настоятельно ощущалась потребность в появлении обобщающих концепций. И такие концепции были созданы.
Результаты радиобиологических экспериментов были осмыслены и получили теоретическое обоснование в рамках теории мишени и принципа попадания, сформулированных в общем виде Ф. Дессауэром и Дж. Кроузером и принявших законченный вид в работах Н.В. Тимофеева-Ресовского с соавт. [1]. Эти принципы стали теоретической основой сравнительного изучения радиорезистентности живых организмов и, в сочетании с развитием методов дозиметрии ионизирующего излучения, превратили радиобиологию в одну из наиболее точных биологических дисциплин. Поэтому неудивительно, что уже в первых работах по радиационной таксономии [2, 3] исследователи связывали радиорезистентность организмов с размерами их генетического аппарата. Важнейший вклад в развитие этого направления принадлежит А.Х. Спэрроу. Именно в Брукхейвенской национальной лаборатории под его руководством была спланирована и реализована масштабная программа по экспериментальному изучению радиорезистентности и характеристик клеточного ядра широкого круга растительных объектов [4]. На основе обобщения собственных экспериментальных данных и результатов радиобиологических экспериментов других исследователей А.Х. Спэрроу выдвинул ряд обобщающих положений, имевших широкий резонанс в радиобиологии. Введение в работах А.Х. Спэрроу понятия радиотаксонов позволило существенно продвинуться в понимании взаимосвязи структурной организации генома и радиационной устойчивости клетки [5].
Особый интерес представлял вопрос о возможной роли параметров клеточного ядра в формировании дифференциальной радиорезистент-
ности видов в пределах одного радиотаксона, объединяющего организмы с близкой удельной надежностью генома. Среди эукариот наибольшим видовым разнообразием по устойчивости к действию ионизирующего излучения, а также степенью изученности параметров клеточного ядра характеризуются высшие растения [6]. Исследования А.Х. Спэрроу по радиобиологии растений были весьма разноплановыми. Они касались морфоанатомических, физиологических и биохимических процессов, происходящих в облученных растениях. В поле его научных интересов входили радиационный мутагенез и канцерогенез у растений, хранение растениеводческой продукции после облучения.
После публикации в 1944-1954 гг. серии статей по радиационной цитогенетике [7-10] А.Х. Спэрроу возглавил проведение серии блестящих экспериментов по оценке зависимости радиочувствительности растений от параметров клеточного ядра и хромосом. На основании многолетних исследований радиорезистентности большого числа видов вегетирующих растений и обобщения литературных данных А.Х. Спэрроу пришел к выводу [11-13] о существовании значимой корреляции радиорезистентности с объемом интерфазных хромосом. Предложенный им подход впервые позволил дать количественный прогноз радиорезистентности, основанный только на параметрах клеточного ядра [14]. Полученные в [12] линейные регрессионные уравнения были использованы для предсказания радиорезистентности 190 видов высших растений. Экспериментальная проверка на 28 видах показала хорошее соответствие полученных в полевых опытах и рассчитанных по уравнениям результатов [15].
Широкую известность получили семинары, проводившиеся под руководством А.Х. Спэрроу (на одном из них посчастливилось присутствовать одному из авторов этой статьи - РА.). Они отличались демократизмом, активностью участников, широкой научной тематикой, охватывающей не только вопросы радиобиологии, но и биологии в целом. Труды Брукхейвенской национальной лаборатории по биологии пользовались большой популярностью у специалистов. Военная проблематика включала исследования А.Х. Спэрроу и его коллег по оценке воздействия радиоактивных выпадений на развитие и урожай широкого спектра сельскохозяйственных растений [16-19].
А.Х. Спэрроу как радиоэколог был одним из пионеров исследований в области действия ионизирующих излучений на природные сообщества живых организмов и экосистемы. Помимо наблюдений на полигонах в районах проведения ядерных испытаний, А.Х. Спэрроу организовал [4] серию крупномасштабных экспериментов по облучению природных и аграрных экологических систем, характерной чертой которых была строгая экологическая дозиметрия. Одним из
106
АЛЕКСАХИН, ГЕРАСЬКИН
наиболее привлекательных объектов для проведения таких экспериментов являются лесные биогеоценозы. Повышенный интерес к оценке закономерностей действия ионизирующей радиации на лесные экосистемы связан с тем, что этот тип биогеоценозов характеризуется наличием существенно различающихся по радиорезистентности компонентов (в том числе весьма радиочувствительных), сложным дозовым полем, определяющим различие в дозах воздействия на разные компоненты леса, и другими специфическими чертами. Особое внимание при оценке радиационного воздействия на лесные экосистемы привлекли хвойные растения, в первую очередь сосновые леса, учитывая чувствительность к облучению и широкое распространение рода Ртш на земном шаре.
Высокая радиочувствительность сосны (и целом голосеменных) была обнаружена случайно. В 1951 г. в Брукхейвенской национальной лаборатории было сооружено гамма-поле, предназначенное для облучения растений (в первую очередь сельскохозяйственных), в частности, для получения радиационно-индуцированных мутантов. Облучение носило хронический многолетний характер (20 ч/сут). Через несколько лет было обнаружено пожелтение и отмирание хвои деревьев сосны, обрамлявших края гамма-поля. Было установлено, что наблюдаемые эффекты связаны с радиационным поражением деревьев.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.