С. П. ЛАНДАУ-Тилкін
Життя в біосфері виходить з двох головних джерел енергії - з сонячних випромінювань і атомної ра-радіоактивних енергії. В. І. ВЕРНАДСЬКИЙ
Про мирне і військове застосування атомної (ядерної) енергії в наш час знають все. Однак про природному радіаційному фоні Землі і про його вплив на живі істоти пишуть набагато менше. Це і зрозуміло - за десятиліття, що минули пос-ле перших вибухів атомних бомб, внима-ня біологів, лікарів, фізиків і хіміків була прикута до вивчення повреждающе-го дії і захисту від штучної, якщо можна так висловитися, радіації. У нас же мова піде про природний, при-рідному опроміненні.
ЩО ТАКЕ ПРИРОДНА радіація?
Про те, що Земля летить крізь злива годину-тиц високої енергії, вперше дізналися в 1912 році. Тоді австрійський фізик Віктор Гесс піднявся на повітряній кулі і наб-люду розбіжність листочків електроско-па. Нині на високогірних станціях і в експедиціях, стратосферними зондами і в орбітальних польотах досліджують космічний-ські випромінювання: їх склад, інтенсивність, енергію і долю.
Первинні космічні промені, приходячи-щие з Всесвіту в земну атмосферу, складаються в основному з протонів, а також «голих» ядер важких елементів. Енергія частинок, які прилетіли з космосу, в мілі-Арди разів більше енергії частинок в потужних ядерних прискорювачах. В атмосфері космічний-етичні частинки стикаються з ядрами га-зов, що зазвичай руйнує і частки, і ядра. Продукти такого розщеплення Також вони володіють величезною енергією. Їх зіткнення з іншими ядрами породжуючи-ет нові руйнівні процеси. По-цьому склад космічних променів при про-ходінні атмосфери змінюється, а енергія убуває.
Інтенсивність космічних променів зави-сит від географічної широти і висоти місцевості над рівнем моря. Наприклад, на екваторі в порівнянні з помірним по-ясом вона більше приблизно на 10%. У розумі-корінних широтах на рівні моря інтенсив-ність космічних променів 28-30 мрад / рік, на висоті 3000 м втричі або вчетверо біль-ше. Один радий (від англійського radiation absorbed dose) - одиниця поглиненої дози іонізуючого випромінювання - відповід-ветствует поглинання в грамі речовини енергії в 100 ергов. Міллірад (мрад) - тисячна рада. Це дуже мало: наприклад, для нагріву 1 г води на 1 ° С. потрібно 42 * 10 6 ергов.
Але природний радіаційний фон - це не тільки космічне випромінювання. Серйозну роль відіграють випромінювання радіо-активних елементів, всюди залягають в поверхневому шарі земної кори. За останні десятиліття в різних країнах виконали тисячі вимірювань природного радіоактивного фону. Стало ясно, що до опромінення людини залежить від місцево-сті, в якій він живе, від води, яку він п'є, від матеріалу, з якого побудувати-ен будинок.
Так чи інакше, середній рівень зовнішнього випромінювання від радіоактивності Землі приймають в 50 мрад в рік. Загальну середню дозу, яку людина отримує від усього природного радіаційного фону, вважають близькою до ста міллірад в рік (рис. 1).
Природний радіаційний фон. Цифри у стрілок - річна доза в мільярдах. Стрілки, що йдуть зверху, - від космічного випромінювання, знизу - від радіоактивності Землі, ламані стрілки - доза внутрішнього опромінення
Однак в гірських районах, багатих ура-новими або торієвих рудами (наприклад, на південному сході Індії, в східній частині Південної Африки), рівень випромінювання грунту, а отже, і загальний радіаційний фон завжди був в десятки разів більше.
Живі істоти споконвіку прони-показують і випромінювання радіоактивних Ізотов-пов, що входять до складу самих організмів. Для людини це перш за все радіокан-лий (40 К), він концентрується головним об-разом в м'язах і дає дозу опромінення в 20 мрад / рік. Загальна доза від інших радіо-активних ізотопів тіла людини (14 С, 3 H. радій, радон, торону) лише 2 мрад / рік.
А ось для ряски, що покриває влітку зеленим килимом запущені ставки, глав-ним джерелом внутрішнього випромінювання служить радій, який вона витягує з води і накопичує в своєму тільце. Інші ор-організми відчувають пристрасть до інших радиоизотопам.
ЧИ МОЖНА ПОБАЧИТИ, ВІДЧУТИ РАДІАЦІЮ?
Судячи з того, що, навіть отримавши смертель-ву дозу (при атомному бомбардуванню або аварії), людина не відчуває і часом не знає, що опромінений, на питання треба відпові-тить негативно. Однак це не зовсім так. Правда, спеціальних органів почуттів, спеціальних рецепторів для сприйняття іонізуючого випромінювання у людей немає. Але в темряві людина може побачити гам-ма або рентгенівське випромінювання: воно ка-жется слабким, мерехтливим, блакитним світлом.
Відчуття слабкого світла виникає при восьми миллирентгенах в секунду, а загальна доза 50 мілірентген вже знижує світло-ву чутливість очі, при 100-1000 рентгенах мутніє кришталик (променева ка-таракта).
У тварин сильне рентгенівське опромінення-чення, ймовірно, породжує якісь не-приємні відчуття. Так, садові равлик закриває мантійну порожнину, мурахи на-чина хвилюватися, бігають, чистять вусики (може бути, для того, щоб краще ра-зобралися: що відбувається?) І намагаються вийти з облучаемой зони. Щури залишаючи-ють улюблений темний куток клітки, якщо туди направлений потік випромінювання, і перебили-гают на освітлену, але неопромінених сторону.
Але такі спостереження зроблені при интен-сивности променевого потоку в сотні тисяч разів більших, ніж природний
ВПЛИВАЄ ЛИ ПРИРОДНА радіація НА ЖИВІ ІСТОТИ?
Чи важливо для біосфери постійне дей-ствие всюдисущих малих доз радіації? Чи варто говорити про мізерному природний-ном кількості енергії? Так, варто. Але поч-ньому по порядку.
Коли почали визначати смертельну дозу, стало ясно, що радіочувствітель-ність організмів досить різна; смертель-ва доза для мавп 500-550 радий на добу, інфузорії ж гинуть лрі 300 тис. радий, а деякі бактерії можуть жити навіть всередині ядерного реактора, при чудовиськ-ном опроміненні 10 млн. радий на добу.
Особливо чутливі до опромінення молоді, що ростуть організми. Зате жи-Вотня і рослини в спокої, під час спяч-ки або під наркозом, навпаки, менш чув-ствительность. Наприклад, саджанці сосни втричі стійкіше до гамма-випромінювання зи-мій, коли вони перебувають в стані по-Коя. Бабаки і білки під час сплячки ви-витримують опромінення в 10 разів більше, ніж в бадьорому стані.
Навіть індивідуальна чутливість тварин одного виду, віку, статі та ве-са різна. Так, в дослідах з опроміненням групи мишей перша миша загинула при дозі в 200 рад, половина тварин рас-сталь з життям при 400 рад, а самі ірадіостійкість - тільки при 800 радах.
Для того щоб зрозуміти, що відбувається в організмі під час дії радіації, провели величезну кількість досліджень. Опрі-ділячи, які зміни виникають в клітинах, як поводяться ДНК, РНК, білки, як змінюється процес ділення.
Все починається з того, що поглинені кванти і частки пронизують організм. Їх енергія в мільйон і більше разів переви-щує енергію зв'язку між атомами в органічних молекулах, і молекули раз-розриву. Утворюються вільні радика-ли. Так, в першу ж секунду опромінення починається другий етап дії радіа-ції - його можна назвати біохімічним. Змінені, хімічно активні молекули порушують нормальний хід біохімічних реакцій. Йде наростаючий процес лу-чевого пошкодження, зміна функцій органів і їх будови.
Ми не будемо розбирати, що відбувається в організмі при потужному, що вражає опроміненні. Для нас важливо знати, що навіть дуже маленькі дози впливу (природний радіаційний фон) можуть дати біологічно значимий ефект.
Радіація підштовхує еволюції
Відомий радянський радіобіолог Олексій Михайлович Кузин вважає, що природний-ва ядерна енергія грала важливу роль в синтезі первинних органічних молекул і виникнення життя на Землі. Свою думку він обґрунтовує тим, що природний фон в ті далекі геологіче-ські епохи міг бути в тисячу і більше разів вище сучасного. До того ж молекули вуглеводнів не поглинають енергії уль-трафиолетовое і видимого світла, і толь-ко величезна енергія ядерної радіації могла розщепити їх, породити активні радикали, здатні до подальшого син-тезу.
Вельми серйозно вплив природного радіаційного фону і на еволюцію все-го живого. Ось факти. Частота спонтанних мутацій невелика: 10 -3 -10 -6 на статеві клітини організмів одного покоління. Здається, яке зна-ня може мати зміна єдиного гена в одній з мільйона статевих клітин? Але у складного організму багато тисяч ге-нів, і кожен з них може мутувати. Підраховано, що при такій частоті мутації на гектарі пшениці, де росте 2 млн. Сте-більків, у 40 тис. Рослин буде змінений-ний, мутований ген. Вважають, що у людини 25% спонтанних змін нас-ледственного речовини обумовлені впливав-ням природної радіації.
Ймовірно, частка спонтанних мутацій, по-народжуваних природним випромінюванням, в минулі геологічні епохи була куди серйозніше: рівень радіаційного фону був багато вище і, крім того, організми тоді ще не виробили систем захисту від радіації.
Взаємозв'язок еволюції рослин і радіоактивності земної кори
На рис. 2 показана еволюція рослин і зміни радіоактивності земної кори. Ця схема пояснює, чому стародавні при-митивная види більш радіостійкість. Адже вони сформувалися при більш висо-кому природному тлі.
Те ж і з тваринами. Дуже стійкі до опромінення комахи - їх поява датують силурійського періоду. З поз-воночних тварин витривалішими всіх прес-поневіряється: змії, наприклад, гинуть
при 3-18 тис. радий. Вони радіостійких риб. Самі ж ніжні тварини - «ве-нець творіння», ссавці; летальна доза (від мишей до людини) приблизно 350-550 радий.
РАДІАЦІЙНИЙ ФОН І ЖИВІ ІСТОТИ
Ймовірно, нині вплив радіаційного фону не настільки владно, як в минулі гео-логічні епохи. Причин тому дві: поні-зілся рівень природної радіації, жи-ші істоти пристосувалися до неї.
Побічно про це свідчать опи-ти радянських радіобіологів Ю. О. Раушенбаха і О. А. Монастирської. Мишей-поле-вок, що мешкали в місцях з різним рівнем природної радіації, посадили в біль-шие клітини. У клітинах полівки будували гнізда. І тоді під гніздом ставили кон-Тейнера з цезієм-137. Інтенсивність випромі-чення була в 30 тисяч разів більше естест-кої. Це відразу зробило сильне впе-чатленіе на полівок - уродженок районів з нормальним рівнем радіації. Вони на-чали бігати, хвилюватися, а потім перетягнути-щілі гніздо в найдальший від цезію кут клітки. Полівки ж з районів, бога-тих радіоактивними рудами, не звернули уваги на опромінення.
Все живе і вдень і вночі отримує свою дещицю радіації. І немає ніяких підстав стверджувати. ніби природний радіаційної-ний фон не впливає на біохімічні про-процеси. Просто ми ще не знаємо, що імен-но в нормальному функціонуванні орга-низмов залежить від завжди і всюди дію-ють на нього природної радіації - гамма-квантів і радіоактивних частинок.
Відкриття тут можуть бути самі неожі-дані. Наприклад, Д. М. Гродзинський під-вважав, що в корені жита, що росте на квад-ратний метрі грунту, за хвилину проникає понад мільярд бета-частинок. Він припускає-лага, ніби синтезу органічних речовин в коренях рослин допомагає саме ця природна радіаційна енергія, посту-Пающіє з грунту.
Ну, а тепер треба поговорити про послід-них зміни в радіаційному фоні. Випробування ядерних і водневих бомб 1961-1962 років підвищили, наприклад, з-тримання 14 С в атмосфері майже вдвічі (хоча абсолютна кількість його Невель-ко). Період напіврозпаду цього ізотопу 5600 років, отже наслідки дуже дли-тельно.
Живі істоти не тільки поглинають ізотопи, а й накопичують їх у своєму ті-ле. Тому навіть невеликий приріст ра-радіоактивних ізотопів в якийсь місцево-сті може обернутися бідою для тамтешніх рослин і тварин. Ось тому тільки одне підтвердження.
У 60-х роках у жителів американських го-пологів, розташованих біля гирла річки Колум-біі, виявили підвищену радіоактивне-ність. Виявилося, що заводи, які стоять ви-ше по річці, спускали в неї відходи з радіо-активним цинком (65 Zn). А місцеві влаштую-ці, яких із задоволенням їли люди, накопичували цинк в своєму тілі. Концентрації-ція цинку в устрицях була в 200 тисяч разів вище, ніж у воді. В результаті постражда-дали і люди.
Після загибелі тварин і рослин ізотопи повертаються в ґрунт, воду і знову починають рух від одного організму до іншого.
Що ж стосується деякого підвищення радіоактивного фону через мирного викорис-тання атомної енергії, то воно до визна-ділених меж, мабуть, чи не небез-но. В обгрунтування такої точки зору мож-но послатися на роботу індійського науково-го А. П. Гопал-Айнгара. Він обстежив здоров'я 70 тисяч жителів штату Керала. в якому радіаційний фон через Негліа-боко залягають торцевих руд в 20 разів вище, ніж в середньому на Землі. Ніяких відхилень у строках вагітності, народжені-емости і смертності новонароджених він не виявив. Правда, більшість населе-ня цього штату-нащадки багатьох поколе-ний людей, що жили там, і, ймовірно, вони в якійсь мірі пристосувалися до високого радіаційного фону.
Нині людство приділяє все більшу увагу охороні середовища від згубних від-ходів цивілізації. Однак радіоактивних забруднень від мирного застосування атом-ної енергії особливо боятися не слід: пре-но допустимі дози встановлені од-ночасно з початком її застосування або навіть раніше. Способи ж захисту неодмінно-ривно удосконалюються. Це зробило атомну промисловість однією з найбезпечніших галузей господарства. У всякому разі глобальний природний радіоактивними-тивний фон вона не збільшує.