Радиация и наследственность

Механизмам адсорбции ионов тория и урана биомассой гриба Rhizopus arrhizus посвящены работы [487-489]. Детальное изучение процесса позволило предположить, а затем в эксперименте подтвердить многоступенчатость процесса адсорбции Th2+. Этот процесс происходит в два этапа: а) адсорбция ионов на хитине с образованием комплекса между металлом и NH-радикалами клеточного хитина и б) образование гидроли-затов тория и осаждение их на внешнюю часть грибной клеточной стенки. При этом если свободные радикалы 1 г хитина могут связывать только 8 мг тория, то количество гидролизато-ров составляет 160 мг, обеспечивая 95 % адсорбции металла на грибную биомассу.
Такая же многоступенчатость обнаружена при взаимодействии биомассы этого гриба с ионами урана.

Подробный анализ роли меланиновых пигментов в экстремальных условиях жизни проведен в работе [469]. Биологические функции меланиновых пигментов животного и грибного происхождения, эволюционно удаленных друг от друга, реализуются у грибов и высокоорганизованных животных практически в одинаковой степени, несмотря на разную химическую структуру меланинов По мнению авторов, это обстоятельство может свидетельствовать о древнейшем происхождении меланина и высокой стабильности не только химической структуры пигмента, но и его биологической функции [469].

В ряде работ показано, что на участках, загрязненных радионуклидами, наблюдается увеличение числа интенсивно пигментированных форм в популяциях низших и высших растений [463,464]. Установлено, что по мере развития индустриализации возрастает доля черных доминантных форм в популяциях насекомых, обитающих в крупных городах [488]. Это явление получило название „индустриальный меланизм", которое употребляется в случае преимущественного распространения темноокрашенных особей животного и грибного царства в сильно загрязненных промышленными отходами регионах. В качестве одного из первых примеров такого рода следует упомянуть преимущественное распространение темноокрашенных божьих коровок Adalia bipunctata в районе Бирмингема, березовых пядениц в промышленных районах Англии [489, 490]. Так как количество пигментированных форм божьих коровок возрастало с увеличением содержания смога в воздухе, Грид [490] предположил, что меланин, находящийся в кутикуле насекомого, вступает в реакцию с компонентами смога, защищая тем самым организм от токсических веществ, находящихся в промышленной пыли. Возрастание доли черных доминантных форм в популяциях божьих коровок наблюдается и в крупных промышленных городах Советского Союза [488].

Распространение „индустриального меланизма", по мнению Берри [379], может быть мерой биологического эффекта загрязнения воздуха.
Способность экзогенного меланина снижать генетический эффект облучечия у животных на организменном и популяци-онном уровнях свидетельствует о важной роли этого пигмента.

Тот факт, что антимутаген (в частности, меланин) препятствует адаптации популяций к повреждающим факторам, является хорошим доказательством его защитного действия. Использование меланина в популяциях дрозофилы можно сравнить сприменением медицины у человека -в обоих случаях резко снижается роль естественного отбора, что позволяет выживать и оставлять потомство менее жизнеспособным особям. Однако ни у кого не возникает сомнений в целесообразности использования медицинских мероприятий, и это абсолютно справедливо. Необходимо защищать популяции живых организмов от вредных воздействий, а не ждать, пока они адаптируются к этим неблагоприятным факторам. В тех случаях, когда такая адаптация возможна, она возникает через десятки поколений и сопровождается гибелью большого количества особей. Поэтому показанная на примере меланина способность антимутагенов благоприятно влиять на приспособленность и мутационный процесс в популяциях представляет несомненный интерес.

Животные меланины — гетерогенные биополимеры на основе 5,6-индолхинона.
Участвуют в защите кожных покровов от излишнего светового и УФ излучения, в функционировании органов слуха, зрения, некоторых отделов головного мозга за счет транс-формации'фотонов и фононов (звук), электронов по одноквантовому механизму.
Участвуют в устойчивости организмов к ионизирующему излучению, осуществляют ковалентную модификацию, хранение и реализацию клеточной энергии за счет донорно-ак-цепторных свойств меланина.
Связывают разнообразные вещества ароматической природы, ионы тяжелых металлов, радиоактивные элементы, что предполагает возможную регуляцию пигментом активности ряда ферментов и пептидов за счет ионообменных свойств пигмента.
Пигмент исключительно стабилен in vivo и in vitro, в естественных условиях лизису практически не поддается.

Грибные меланины — гетерогенные биополимеры полипептидной природы.
Участвуют в УФ- и светоустойчи-вости, выживаемости при продолжительном голодании грибов, усвоении углерода из С02 воздуха и №НС03. Пигмент сорбирует фотоны по одно-квантовому механизму в диапазоне 200—900 им. Предложен механизм взаимодействия пигмента со световыми квантами.
Участвуют в устойчивости грибов к ионизирующему излучению, повышенной сухости воздуха и субстрата, недостатку кислорода в окружающей среде за счет донорно-акцепторных свойств пигмента.
Сорбируют ионы Pb2+, Th4*, La2*, Zn2+, Cr6+, Hg2+, Cu2+. Являются сильными антиоксидантами и связывают нестабильные состояния, синглетный кислород, коротко живущие радикалы.
Пигмент практически не лизнру-ется при длительном культивировании в лабораторных условиях. Участвует в процессах гумусообразования.

Подытоживая обсуждение механизмов действия меланина, следует подчеркнуть его высокую электронно-донорную и ан-тиоксидантную активность, его связь с цАМФ и способность защищать от инактивации тиольные группы ферментов, что свидетельствует о важном месте меланина в радиозащитной системе клетки.
Кроме того, меланин влияет на плодовитость и жизнеспособность животных, обмен веществ, гормональную регуляцию и клеточную дифференцировку, чем и объясняется широкое распространение меланиновых пигментов в органическом мире.
Интересно, что меланиновые пигменты грибов участвуют в адсорбции ионов тяжелых металлов [481-483]. Биологическая ценность этого явления несомненна. Связывая ионы тяжелых металлов на поверхности клеточной стенки, меланин тем самым не допускает их проникновения внутрь клетки. Установлено, что 1 г сухой биомассы гриба Rhizopus arrhizus адсорбирует 180 и 160 мг урана и тория соответственно [484,485].
При исследовании 151 штамма Pyrenophora avenae была установлена прямая зависимость между степенью пигментации этих грибов и их устойчивостью к повышенным концентрациям ионов ртути [486]..

Рассмотренные механизмы радиозащитного действия меланина позволяют объяснить снижение мутационного процесса, показанное в наших опытах на дрозофиле и мышах, на ор-ганизменном и популяционном уровнях. Однако как объяснить. повышение плодовитости и жизнеспособности особей в необлученных популяциях? В литературе имеются сведения о том, что вследствие нарушения процессов меланинообразова-ния снижаются жизнеспособность, плодовитость и некоторые другие хозяйственно ценные качества животных [331]. Отмечается также, что фенолы, имеющие стероидную форму, обладают свойствами эстрогенных гормонов и оказывают влияние на рост и размножение животных [455]. Широкий диапазон проявления активности фенолов и их функциональная взаимосвязь с аскорбиновой кислотой свидетельствуют 6 непосредственном участии этих соединений в процессах обмена веществ, причем многие биологические эффекты фенолов (например, витаминов Р) обусловлены стабилизацией аскорбиновой кислоты, ее защитой от окисления [455]. На „витаминное действие" фенолов, повышающее сопротивляемость организма до какого-то оптимального уровня, указывается в работе [272]. Отмечено также участие меланиновых пигментов в приспособляемости, клеточной и эмбриональной дифференцировке, гормональной индукции, механике развития и т. д. [331]. В ряде работ подчеркиваются синергизм и функциональная взаимосвязь витаминов Р (фенолов) и С [455, 480]. Это указывает на важную биологическую роль фенолов в организме и на многогранность их эффектов, к наиболее важным из них автор работы [272] относит воздействие фенолов на нуклеиновые кислоты и функции генетического аппарата.

По той же причине популяции М и МО более чувствительны к воздействию ЭМС, чем к дополнительному облучению:
несмотря на более слабую адаптацию этих популяций к повреждающим факторам, меланин частично защищает их от дополнительного облучения, но не защищает от воздействия химического мутагена.