в нерабочем или малоактивном состоянии.
Регуляция жизненных процессов достаточно хороню изучена. Ведущее место в такой регуляции занимают реакции, возникающие в биомембранах клетки. Рассмотрим в общем виде современные представления о стимуляции развития, о переходе из состояния физиологического покоя в активное.
Покоящаяся клетка имеет в своем геноме всю нужную информацию для перехода из одного состояния в другое. Заключенная в определенных участках ДНК, она зарепрессирована, не считывается в синтезе информационной РНК, и клетка пребывает в покое.
Но вот в клетку попадает одна молекула гормона, несущая функции возбудителя, — триггера. Связываясь с молекулой рецептора, включенного в мембрану клетки, она вызывает изменение липидной структуры мембраны. В результате многие ферменты, включенные в липидный слой мембраны, из неактивного состояния переходят в активное. Особый интерес представляет активация «фермента аденилатциклазы, которая в активном виде превращает АТФ в биологически активное соединение, именуемое циклическим аденозинмонофосфатом или, короче, ц-АМФ.
Надо помнить, что ферменты работают с поразительной скоростью. Одна молекула активированной аденилатциклазы за секунду сумеет синтезировать сотни молекул ц-АМФ. Повышение уровня ц-АМФ ведет к активации протеинкинады, запускающей механизм дерепрессирования ряда генов, на которых и начинается синтез информационной РНК. Из ядра и-РНК поступает в цитоплазму, а там по программе, заложенной в ней, синтезируются ферменты, необходимые для перехода клетки в следующую фазу развития. Так, ничтожный толчок — действие только одной молекулы гормона — приводит к пуску сложной цепи процессов. В результате проявляется уже видимый эффект на всей системе: клетка делится, дифференцируется, из состояния покоя переходит в активное состояние метаболизма.
Богатые энергией кванты ионизирующей радиации, проникая в биомембраны, будут образовывать на своем пути весьма биологически активные перекиси и семихиноны. Достаточно образования одной-двух молекул таких активных веществ в липидном слое биомембраны, чтобы произошли изменения ее структурной упаковки, ведущие к активации ферментов, включенных в эту структуру, в том числе и аденилатциклазы. (То, что подобная активация под влиянием малых доз облучения действительно происходит, было показано в эксперименте.) Далее все идет по естественному пути, описанному выше. Очень малое первоначальное воздействие приводит к активации именно тех систем, которые в норме, согласно генетической программе, должны функционировать в данных клетках, тканях и органах. Но опасайтесь увеличивать дозу воздействия. Массовое образование тех же перекисей и хинонов оказывает токсическое действие на мембраны, клетки и организм в целом. Если при ничтожно малых дозах облучения в процессе радонотерапии вероятность повреждений уникальных генетических систем практически равна нулю, то с повышением дозы она может приобрести практически значимую величину — со всеми вредными для организма последствиями, которые мы рассмотрели в главе 4.
Предпосевное γ-облучение семян
сельскохозяйственных культур
Исстари и до наших дней в погожие весенние дни человек высевает семена в почву, ухаживает за всходами, с упованием глядит на небо, дарующее влагу дождя, тепло и свет солнца, чтобы налилось зерно, созрел урожай, который несет ему жизнь, чтобы получить из одного посеянного зернышка 10, 20, 40 полновесных семян; собрать с засеянного гектара 20, 40, 60 ц зерна; иметь в собранном урожае повышенное содержание белка, масла, сахара; добиться более раннего созревания урожая или собрать его до наступления холодов — все это задачи первостепенной важности, от правильного решения которых зависит благосостояние народа, процветание страны.
Для получения высоких урожаев используются передовые достижения науки и техники. Почва обрабатывается не вручную, мотыгой или сохой, а мощными тракторами с сельскохозяйственной техникой. В нее вносятся в виде удобрений все необходимые для развития растений элементы. Для посева используют сортовые семена, терпеливо выведенные на селекционных станциях. Широко применяют мелиорацию и искусственное орошение побегов. Растущие растения обрабатывают культиваторами, дают подкормку, их охраняют от насекомых-вредителей. Урожай убирают специальными уборочными машинами.
Урожаи растут, но не беспредельно. В каждой стране, области, районе устанавливается определенный лимит в зависимости от почвенно-географических и климатических условий, культуры земледелия, уровня технической и химической оснащенности, качества районированных сортов. Повысить этот лимит оказывается нелегко. Как показали радиобиологи, «невидимые лучи» в этом могут оказать немалую помощь сельскому хозяйству. Посмотрим на задачу повышения и улучшения качества урожая не с агрохимических, а с современных общебиологических позиций.
Все развитие растения, его цветение и плодообразование запрограммировано в генетическом материале семени. В процессе эволюции и последующей длительной селекции данного сорта в молекулах его ДНК сложился тот уникальный набор генов, который при правильном ведении семенного хозяйства передается из поколения в поколение, обусловливая передачу всех наследственных свойств, в том числе определенного типа обмена веществ, который приводит к формированию конечного результата — урожая.
Можно изменить и количество и качество урожая, изменяя генетическую программу растения. Ионизирующая радиация является одним из мощных факторов, меняющих наследственные программы развития. Предпосевное γ-облучение семян ставит задачу полностью сохранить их наследственные свойства, не затронуть генетическую программу развития, но повысить количество и улучшить качество урожая, затрагивая другие системы. Что же это за системы?
Каждый агроном-практик знает, что иметь высокосортные семена, т. е. семена с наиболее хорошей генетической программой, — существенное условие успеха, но далеко не единственное. Мало иметь хорошую генетическую программу, надо создать условия для ее возможно более полной реализации. Известно, что для реализации генетической программы, заложенной в хроматине клеток зародыша семени, т. е. для его прорастания, роста, развития, цветения и созревания необходимы влага, тепло, свет, макро- и микроэлементы почвы и углекислота в атмосфере. Наибольший эффект будет при определенном оптимуме каждого из этих многочисленных факторов. Понизьте или повысьте любой из перечисленных факторов — и реализация генетической информации пойдет с иной скоростью, конечный результат ухудшится.
В условиях любого хозяйства почти никогда не достигается оптимум всех факторов, т. е. возможности, заложенные в генетической программе, не реализуются в полной мере. Таким образом, приходится тем или иным приемом способствовать более полной реализации (при данных условиях) максимальных возможностей данного сорта. Именно такую стимуляцию, оказывается, и способны осуществить γ-лучи при предпосевном облучении семян в оптимальных дозах.
Чем же объясняется подобное свойство ионизирующей радиации?
γ-кванты, кванты ультрафиолетового излучения Солнца и, наконец, кванты видимого света — это только различные представители (с различной энергией) лучистой энергии, в потоках которой шла эволюция жизненных форм на нашей планете и возникла именно такая форма (растения), которая не может существовать и развиваться без лучистой энергии видимого света.
Кванты видимого света по сравнению с ультрафиолетовым излучением, γ-квантами, наименее богаты энергией. Чтобы использовать их энергию, у растений есть специальные молекулы — пигменты, поглощающие видимые лучи той или иной длины волны. При этом молекула пигмента переходит в энергетически возбужденное состояние, что дает ей возможность осуществить определенные реакции. Всем известно, что молекулы хлорофилла за
