В 1901 г., в июле, в небольшом местечке Зее-Гёрене в Германии нашли в кустах страшно изуродованные трупы двух мальчиков. Подозрение пало на столяра Тесснова. Когда Тесснова арестовали, костюм его был в пятнах. Вспомнили, что два года назад неподалеку так же зверски были убиты две девочки. И там тоже видели Тесснова. И тогда его костюм был в пятнах. Следователь был уверен, что и девочек и мальчиков убил Тесснов, но доказать это не мог. Криминалисты в то время еще не умели отличать пятна крови человека от пятен крови животных.
Правда, в 1899 г. было установлено, что если кроликам вводить в кровь коровье молоко, то у них в организме вырабатывается защитное средство против чужеродного белка. При смешении кроличьей сыворотки с коровьим молоком белок коровьего молока — казеин выпадал в осадок. Берлинский врач Уленгут стал вводить кроликам белки различных животных и человека. Он заметил, что на каждый белок у кролика вырабатывается антибелок, который дает осадок только при соединении его с кровью того же животного. Когда Уленгут стал опускать в кроличью сыворотку частицы, соскобленные с пятен одежды Тесснова, то сыворотка так бурно реагировала, как если бы в нее налили свежую кровь человека. Пораженный неслыханными до сих пор доказательствами, предъявленными на суде, убийца-садист признался в преступлениях и в 1904 г. был казнен.
Криминалистика получила метод, позволяющий отличать пятна крови человека от крови животных. В 1949 г. один из преступников ухитрился увезти труп убитого им человека на аэродром и сбросить его в отдаленном месте с маленького самолета. В квартире он сделал ремонт. Ковер, на который попали пятна крови, обработал в химчистке и покрасил. Паркетный пол промыл, отциклевал и покрасил. И все же, пользуясь методом Уленгута, следователи сумели в щелях между паркетными досками найти следы крови человека.
Из криминалистики метод Уленгута перешел в биологию и стал помогать выявлять степень родственности различных видов животных с человеком. Он называется иммунологическим. Так же как Уленгут, ученые-антропологи ввели кроликам белок сыворотки человека. После этого у кроликов в крови стали бурно вырабатываться антитела. Чтобы защитить организм от чужеродного белка, эту кроличью сыворотку смешали с кровью человека — началась бурная реакция. Когда же ее ввели в кровь лошади, то реакция была незначительной. Однако стоило эту же сыворотку влить в кровь шимпанзе, как реакция становилась почти такой же бурной, как и при соединении ее с кровью человека. Это было доказательством, что кровь шимпанзе по своему составу почти не отличается от человеческой.
При смешивании сыворотки с кровью гориллы реакция была менее сильной, еще слабее — с кровью орангутанга и других человекообразных. Отсюда уже можно уверенно делать вывод о кровном родстве человека и человекообразных обезьян. Еще больше информации можно получить при сравнении строения клеток человека и его сородичей.
Итак, современные шимпанзе — кровные родственники человека. Что же послужило причиной разделения их предков (предчеловека и антропоидов)? Изменения климата (похолодания) не могли сыграть в этом решающей роли. Они были всеобщими, глобальными, и если бы дело было только в них, то тогда современные человекообразные давно должны бы стать людьми, но этого не произошло. Следовательно, причина иная.
Общественно-трудовая деятельность возникла через миллион (или даже более) лет после изменений в строении предчеловека, и поэтому она не могла сыграть здесь решающей роли. Кроме того, генетики пришли к заключению, что вообще «итоги общественно-трудовой деятельности, как это показывают законы генетики, не могли записываться в генах, они не стали субъектом биологической эволюции… Материальными носителями биологической наследственности являются гены, лежащие в молекулах нуклеиновых кислот» (Дубинин, 1972).
Каковы же эти законы генетики и почему о них ничего не говорил Ч. Дарвин?
Дело в том, что основные открытия в генетике сделаны сравнительно недавно — в последние 20—30 лет. Безусловно, человек опытным путем уже давно столкнулся с законами генетики и даже попытался использовать их в своих целях.
Еще около 10—12 тыс. лет назад (в мезолите) человечество стало переходить от «преимущественно присвоения готовых продуктов природы» к овладению «методами увеличения производства продуктов природы с помощью человеческой деятельности». И далее, «все великие эпохи человеческого прогресса более или менее прямо совпадают с эпохами расширения источников существования», — пишет Ф. Энгельс. И с этой точки зрения мезолит был великой эпохой. Но такое расширение источников существования не могло не опираться на законы генетики. И хотя пока ничего не известно о генетических представлениях у людей мезолита, установлено, что в это время были приручены все виды современных домашних животных и созданы новые виды растений — те самые, за счет которых кормится и современное человечество. Создать новые виды растений и животных (домашних) было невозможно без учета законов генетики. Вероятно, что уже в мезолите (или в неолите) человек располагал какими-то эмпирическими знаниями законов генетики. Но об этом можно только догадываться.
Основные законы генетики были открыты лишь во второй половине XIX в. великим чешским ученым Г. Менделем. Задавшись целью выяснить закономерности в передаче наследственных свойств, он в течение 10 лет (1854—1865 гг.) проводил эксперименты с горохом и установил, что наследственные свойства передаются по строгой закономерности, выраженной им в знаменитой формуле 3:1. У трех потомков из четырех преобладают признаки одного родителя (доминантные) и только у одного из четырех — другого родителя (рецессивные). Закон, открытый Г. Менделем, оказался всеобщим законом для живого. Однако, как это бывает часто с великими открытиями, его не поняли и не признали. Никто не захотел даже проверить его опыты. Только через 35 лет, в 1900 г., открытие Г. Менделя было повторено сразу тремя учеными в разных странах: Гуго де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. У. Бэтсон (Англия) в 1906 г. предложил назвать новую науку генетикой.
Подлинный же расцвет генетики наступил после 1953 г., когда Д. Уотсон и Ф. Крик открыли двойную спираль ДНК. В нашей стране генетика также рождалась в борьбе со старыми, ламарксистскими представлениями (которые, к сожалению, еще живы). Сейчас эта наука получила всеобщее признание. Огромную роль в становлении генетики в нашей стране сыграл академик Николай Петрович Дубинин — первый из советских ученых избранный членом Национальной академии наук США. Можно бы многое рассказать о мужественной борьбе Н. П. Дубинина за становление и развитие генетики в нашей стране, но это не тема данной книги. Да и об этом хорошо написал сам Николай Петрович в книге «Вечное движение» (1975). Обратимся к самой генетике и законам наследственности и изменчивости.
Каждый человек, как известно, вырастает из одной зародышевой клетки, которая путем постепенного деления в конце концов превращается в сложный биологический организм. Большим достижением генетиков было открытие митоза, т. е. механизма деления клеток.
Наблюдения за ядром живой клетки в процессе деления выявили сложные преобразования его строения. Вначале в клетке возникают два центра и между ними нить — веретено деления. Ядро становится зернистым, теряет свои границы и как бы растворяется. Его место занимают движущиеся, точно танцующие, палочковидные тельца, названные впоследствии хромосомами за их способность интенсивно окрашиваться на срезах клеток (от греческих слов «хрома» — окраска и «сома» — тело). В какой-то момент все хромосомы одновременно, будто по команде, выстраиваются в ряд по «экватору» клетки. Затем каждая «палочка» расщепляется продольно и строго пополам, и вновь образованные хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки: вокруг каждой из этих групп появляется оболочка. Вслед за делением ядра делится на две части и тело клетки — цитоплазма. Так образуются две дочерние клетки.
Теперь широко известно, что хромосомы всех организмов — растений, животных и человека — представляют собой хранилище наследственной информации. Стал понятным и глубокий смысл расщепления хромосом в процессе деления клетки: этот механизм необходим для равномерного распределения важнейшей жизненной информации между двумя дочерними клетками. Выяснилось, что совсем не случайно хромосомы делятся продольно: по их длине в определенной последовательности расположены гены — структуры, определяющие, чем клетке быть. Станет ли оплодотворенное яйцо лягушкой или цыпленком? На этот вопрос отвечают гены. И они же определяют, какие клетки развивающегося яйца станут перьями цыпленка, какие — его ногами, а какие — кокетливым красным гребешком.
В начале 50-х годов ученым удалось выяснить, что гены образованы молекулами ДНК. Этот биологический полимер состоит из цепочек нуклеотидов. Из поколения в поколение передается записанная его молекулами программа синтеза белков, и чем сложнее эта программа, тем длиннее нить ДНК. Сейчас весьма убедительно доказано, что для каждого вида организмов характерно определенное количество ДНК на каждую клетку: оно увеличивается от вирусов к позвоночным. При этом за появление каждого конкретного признака ответствен определенный участок ДНК — ген или несколько генов. Чтобы представить, сколь велико количество информации, записанной в ДНК клетки человека, достаточно назвать сумму нуклеотидов в ней — примерно 3 млрд. Причем вся колоссальная информация умещается на спирали ДНК длиной 2—4 м — именно такова длина нити ДНК в одном ядре. Чтобы уместиться в ничтожно малый объем ядра, ДНК многократно скручивается, складывается.
Каким же образом реализуется информация, содержащаяся в ДНК? Как читается записанная в ней программа жизни?
Деятельность клетки — это многочисленные химические реакции; каждая из них протекает под действием своего фермента (биологического катализатора белковой природы). Известно, что белки синтезируются в цитоплазме клетки. Значит, сюда и должна попасть информация об их строении. Процесс доставки осуществляется с помощью молекул особой информационной, или матричной, рибонуклеиновой кислоты — мРНК. Информация с какого-либо участка ДНК переписывается в молекулу мРНК, которая затем направляется в цитоплазму клетки, где и образуется молекула нужного белка по плану строения, принесенному мРНК.
«Структура белка в закодированном виде представлена в соответствующем гене, где отдельная аминокислота кодируется тройкой азотистых оснований. Эти отрезки гена… получили название кодонов… Из сочетания кодонов и 20 аминокислот строится все неимоверное разнообразие белков, нужных для осуществления явлений жизни на всем ее поле от вирусов до человека» (Дубинин, 1975).
Синтез белка происходит в основном в период между делениями клетки, называемый (весьма неудачно) периодом покоя: молекула ДНК относительно выпрямлена, рыхло расположена в ядре и наиболее удобна для «чтения». Под электронным микроскопом она напоминает нитку бус. В конце периода покоя начинается удвоение молекул ДНК, и тем самым подается команда к делению клетки. Характер расположения молекул ДНК в ядре резко изменяется: ДНК спрессовывается, упаковывается в компактные хромосомы. На первый взгляд может показаться, что главный механизм наследственности чрезвычайно устойчив благодаря тому, что каждая вновь образованная клетка получает от клетки-родителя полный набор генов. Они будут управлять ростом и развитием «новорожденной», они же обеспечивают в нужный момент воспроизводство новой клетки с таким же набором генов. Однако это не всегда так. Наблюдения показывают, что генный аппарат клеток подвержен мутациям (изменениям) и спонтанным (самопроизвольным), и индуцированным (вызванным искусственно). Правда, частота спонтанных мутаций у организмов всех видов относительно невелика. Другое дело — индуцированные: они возникают гораздо чаще под воздействием факторов, называемых мутагенными. Это могут быть патогенные вирусы, некоторые химические соединения и, главное, ультрафиолетовое, рентгеновское и ионизирующее излучения — радиация.
Мутагенные факторы способны повреждать или даже разрушать некоторые участки молекул ДНК (генные мутации). Когда под воздействием мутагенных факторов разрывается цепочка молекул ДНК, возникают хромосомные мутации. Мутации опасны тем, что с поврежденных молекул ДНК снимаются новые, уже их дефектные копии, содержащие неверную, искаженную программу жизни. Организм может передать ее по наследству, и тогда возникают всевозможные уродства или наследственные заболевания, обусловленные как хромосомными, так и генными мутациями (например, болезнь Дауна и синдром Шерешевского—Тернера. Болезнь Дауна, характеризующаяся умственной отсталостью и бесплодием, вызывается наличием лишней, добавочной хромосомы. А синдром Шерешевского—Тернера, проявляющийся в замедлении роста и полового развития, обусловлен отсутствием одной хромосомы).
Нелишне напомнить, что каждая клетка нашего организма содержит 46 парных хромосом (диплоидный набор) и лишь половые клетки, и мужские и женские, имеют только по 23 непарные хромосомы (гаплоидный набор). При образовании половых клеток хромосомы не удваиваются, а делятся пополам, и происходит мейоз (уменьшение). При слиянии половых клеток образуется одноклеточный зародыш, ядро которого содержит 46 хромосом: одна половина из них получена от отца, а другая — от матери. Именно поэтому все мы чем-то похожи на своих родителей.
В настоящее время известно более 2000 наследственных болезней, синдромов и аномалий, проявляющихся в виде различных нарушений обмена веществ, физических уродств, психических расстройств. Одна из главных причин мутации — ионизирующее излучение, или радиация. Что же такое радиация?
Открытие радиоактивности и ее влияния также принадлежит нашему веку. В 1896 г. парижскому профессору химии А. Беккерелю на заседании Академии наук во время чтения письма немецкого ученого Рентгена об открытии им новых лучей пришла в голову мысль, что настоящая причина испускания рентгеновских лучей — свечение стекла трубки прибора.
Беккерель решил проверить свою мысль — выставить вещество с фотопленкой на солнце. Он рассуждал так: если под влиянием солнца вещество начнет светиться, то оно должно выделять рентгеновские лучи, которые отпечатаются на фотопластинке. Сама по себе мысль эта была ошибочной, но опыт Беккереля сыграл огромную роль в науке, и только потому, что для первого образца ученый взял урановую «лепешку» (из двойной сернокислой смеси урана и калия).
Выдержав ее на солнечном свету, он проявил пленку и обнаружил на ней отпечаток «лепешки». Беккерель решил, что его идея верна. Несколько раз он повторял свой опыт, а однажды решил между фотопластинкой и «лепешкой» из смеси урана и калия положить медный крестик, чтобы узнать, смогут ли таинственные лучи пройти через медь. Но когда он собрался все это вынести на солнечный свет, появились облака, и Беккерель с досадой сунул в стол приготовленную пластинку вместе с урановой «лепешкой» на ней и маленьким крестиком между ними. Через несколько дней он решил проявить все пластинки, в том числе и ту, которую он совсем мало держал на солнце. Каково же было его изумление, когда после проявления он увидел, что на пластинке изображение «лепешки» и крестика было еще четче, чем у тех пластинок, которые он долго держал на солнце. Значит, солнце и флюоресценция здесь ни при чем? Беккерель повторял свой опыт и всякий раз на закрытой фотопластинке получал четкое изображение «лепешки», где бы ни оставлял ее — в темноте или на свету. Он стал проверять все другие вещества, но ни одно из них не оставляло следов на фотопластинке, кроме тех, которые содержали уран. А уран испускал невидимые лучи днем и ночью, независимо от того, был он освещен или находился в темноте. Лучей становилось больше только тогда, когда было больше урана, а если в породе примесь урана была меньшей, то меньше испускалось и лучей. Кроме того, оказалось, что невидимые лучи способны наэлектризовывать вокруг воздух. Лучи, открытые Беккерелем, произвели огромную сенсацию.
Этими лучами заинтересовалась живущая в Париже Мария Склодовская-Кюри. Она установила, что помимо урана свойством испускать таинственные лучи обладает еще и торий, и предложила назвать это свойство радиоактивностью (от латинского слова «радиус» — луч, радиоактивность — способность испускать лучи). Уран и торий — это радиоактивные вещества, и все их соединения с другими веществами тоже радиоактивны. Вместе с мужем Пьером она открыла еще два радиоактивных вещества — радий и полоний.
Вскоре было установлено, что радиация влияет на человеческий организм. Произошло это так. В апреле 1901 г. А. Беккерель зашел в лабораторию к Пьеру Кюри и взял у него маленькую трубочку, в которой было меньше грамма радия, для демонстрации на лекции. Трубочка была завернута в бумагу и положена в картонную коробочку. Беккерель небрежно засунул коробочку в жилетный карман, надел пальто и отправился на лекцию.
Радиация была настолько сильной, что, когда Беккерель подошел к экрану, покрытому барием, тот начал сильно светиться — лучи свободно проходили через пальто. Когда экран сняли и поднесли к Беккерелю с противоположной стороны, экран также засветился — лучи свободно проходили через все тело Беккереля. Прошло 10 дней после лекции, и Беккерель вдруг обнаружил натруди прямо против кармана, где ранее лежала коробочка с радием, маленькое красное пятнышко. Через несколько дней оно разрослось и приняло форму и размеры той трубки, в которой было радиоактивное вещество. Потом началась сильная боль, кожа растрескалась, и образовалась язва. Прошло два года, а на груди Беккереля все еще был виден шрам от действия радиации. Узнав об этом, Пьер Кюри привязал к руке радиоактивный препарат на 10 часов, и у него тоже образовался сильный ожог. В другой раз он попробовал поносить в кармане крупинку радия полчаса, и через 16 дней на коже у него также образовался ожог.
Радиацией заинтересовались врачи и сразу же установили, что радий сильнее всего действует на быстро размножающиеся клетки. Причем излучение казалось вечным — маленький кусочек вещества беспрерывно излучал радиацию, не уменьшаясь в размерах и не изменяясь внешне. На нее не влияли ни сильный жар, ни сильный холод, ни самое высокое давление, какого только могла достичь техника. Лучи, испускаемые ураном или продуктами его распада (радием и другими), не становились ни слабее, ни сильнее.
Еще в 1903 г. известный английский физик Э. Резерфорд установил, что одна часть лучей радиации отклоняется под сильным магнитным воздействием в разные стороны (α- и β-лучи), а другая — не поддается влиянию и самого сильного магнита (γ-лучи). Самая большая проникающая способность у гамма-лучей; если миллиметровый слой свинца задерживал большую часть бета-лучей, то гамма-лучи проходили через свинец свободно.
Было установлено, что уран постоянно распадается и превращается в другие вещества, например в радий, который в свою очередь также распадается на различные элементы. Скорость распада их неодинакова. Так, срок «жизни» радия — 1600 лет, а срок жизни урана — почти 5 млрд. лет.
Уже в 20-е годы XX столетия было замечено, что почти невидимые и абсолютно нечувствительные лучи даже в малой дозе оказывают вредное влияние на организм. Первыми от них пострадали физики, работающие с ураном (первооткрыватели радиоактивности — Мария Склодовская-Кюри, Фредерик Жолио Кюри и Ирэн Кюри, как известно, умерли от облучения), затем и рентгенологи. В 1936 г. в Гамбурге был открыт памятник погибшим от радиации — рентгенологам и радиологам всех стран. На нем было указано 110 имен.
Стали наблюдаться и болезни, вызванные облучением. Еще в 20-е годы появились описания рака легких у горняков, работавших на урановых рудниках. Но все эти факты мало волновали общественность мира. Никто, кроме небольшой группы специалистов, не знал ни о радиоактивности, ни о ядерных процессах. Естественно, что и средств на эти исследования отпускалось мало, и развивались они медленно. Но вдруг все изменилось. Казалось, весь мир, как бы проснувшись, стал проявлять жгучий интерес к радиации. Это «вдруг» началось после 6—9 августа 1945 г.
6 августа 1945 г. над Хиросимой была взорвана атомная бомба. В радиусе 1 км от эпицентра погибло все (бомба взорвалась на высоте 500 м). Из 400 тыс. жителей к концу августа умерло 140 тыс. человек. Через три дня — 9 августа 1945 г. атомная бомба была брошена американцами на Нагасаки.
Человечество узнало о неведомой энергии. Прежде всего поражала ее мощность — 1 кг урана давал столько же энергии, сколько 2500 кг угля. Но эта энергия была и губительной. В Хиросиме в первые дни погибали те, кто находился в радиусе 0,5 км от эпицентра, затем те, кто находился в радиусе 1 км. Около 80% тех, кто был на расстоянии до 1 км от эпицентра, погибли в течение 8 недель. Вначале врачи думали, что люди умирают от дизентерии, но прошло 6 лет, а люди продолжали болеть и умирать.
Прошло 20 лет, а люди, бывшие в Хиросиме во время взрыва или приехавшие туда сразу после взрыва, продолжали заболевать и умирать. Больше всего страдали они от раковых опухолей и лейкоза — рака крови. Прошло уже 35 лет со дня взрывов в Хиросиме и Нагасаки, а люди все еще здесь заболевают от облучения.
По данным доктора С. Окасима из Медицинского колледжа Нагасаки, «следы радиоактивного заражения сохранятся в этом городе 24 360 лет». В 1980 г. в Нагасаки умерло от последствий ядерного взрыва 2279 человек (За рубежом, 1981, № И (1080)).
Выяснилось, что средняя продолжительность скрытого периода рака у человека (от попадания в организм радиоактивных веществ до обнаружения опухоли) от 19 до 30 лет. Обреченными становятся не только сами облученные, но и их дети.
Общая схема биологического действия ионизирующего излучения (по С.А. Ландау-Тылкиной, 1974)
Оказалось, что ядерные взрывы в Хиросиме и Нагасаки привели к нарушению наследственности: у детей, родившихся через много лет после взрыва от облученных родителей, наблюдались врожденные уродства, умственная отсталость и т. п.
В соответствии с международными соглашениями в настоящее время прекращены все испытания ядерного оружия в атмосфере. Только правители Китая продолжают взрывать атомные бомбы в воздухе, увеличивая тем самым радиацию на планете и ставя под угрозу здоровье миллионов невинных людей в разных странах мира. Генетические последствия этих испытаний даже предсказать сейчас трудно. Попытки нарушить международные соглашения о запрещении испытания ядерного оружия предпринимаются сейчас Израилем и ЮАР.
Влияние радиоактивности на наследственность впервые было замечено еще в 20-е годы. Русские генетики Г. А. Надсон и Г. С. Филиппченко в 1925 г. установили, что при облучении дрожжевых грибков радием получаются радиомутанты. В 1928 г. Н. П. Дубинин, облучая мушек дрозофил, обнаружил, что радиация приводит к делению гена. (До этого открытия ген считался неделимым.) В те же годы советский генетик С. С. Четвериков привел убедительные доказательства о влиянии радиоактивности на наследственную изменчивость. Американские генетики повторили опыты советских ученых по облучению рентгеновскими лучами дрозофилы и обнаружили, что частота мутаций при этом увеличилась в 150 раз! В 1935 г. Н. В. Тимофеев-Ресовский доказал, что мутационные изменения, вызванные облучениями, ничем не отличаются от естественных мутаций.
Однако в те годы радиация еще не привлекала такого широкого внимания ученых. Основные исследования влияния радиации на наследственность сделаны Н. П. Дубининым и другими после взрывов в Хиросиме и Нагасаки, когда эта проблема встала перед человечеством во весь свой рост.
«Радиационная генетика, родившаяся в 1925—1930 гг. в опытах с клетками дрожжей и с дрозофилой… с 1945 г. превращается в одно из направлений новой биологии, прямо касающейся здоровья человечества. При атомных центрах возникают отделы радиационной биологии и генетики, в которых… начали проводиться опыты по моделированию влияния радиации на наследственность человека.
Метод получения мутаций с помощью радиации и химических соединений стал основным в получении высокоэффективных продуцентов целого ряда ценнейших лекарственных, пищевых и других веществ. Когда был открыт пенициллин, его стоимость в буквальном значении этого слова была выше золота. Теперь… это лекарство стало доступно каждому… Управлять процессами мутаций — значит овладевать одной из самых могущественных сил природы» (Дубинин, 1975).
Исследования показали, что чем выше организовано животное, тем более чувствительно оно к радиации. Так, мыши «радиочувствительнее» мушки дрозофилы в 15 раз, обезьяны — в 30—50 раз. Человеку и человекообразным обезьянам для изменения наследственности требуется гораздо меньшая доза радиации, чем всем другим животным. Средняя летальная доза (доза, при которой гибнет не менее 50% облученных организмов) для обезьяны — 550—600 рентген, для кролика — 800, для змеи — 30—20 тыс. Р, а инфузория выдерживает от 300 до 330 тыс. Р. Насекомое гибнет только при 85 тыс. Р. В ядерном реакторе, где доза облучения 10 млн. рад в сутки, были обнаружены бактерии, которые размножались, делились и чувствовали себя прекрасно. Не только бактерии, но и многие растения имеют большую радиоустойчивость.
Рентген (Р) — излучение, при котором в 1 см3 воздуха образуется 2,1×10е пар ионов. Энергетический эквивалент 1 рентгена близок 88 эрг/г. Однако на организм действует не вся энергия излучения, а только поглощенная. Она измеряется единицей — рад. В переводе с английского (radiation absorbed dose) это обозначает «радиопоглощенная доза». Рад соответствует поглошению энергии излучения в 100 эрг/г вещества. Энергетически единицы эти малы (так, для нагрева миллилитра воды на градус нужно 42 млн. эрг).
По-разному реагируют на облучение и люди. Наибольшая чувствительность в эмбриональном периоде, особенно во время активной закладки органов, у человека — через 2—6 недель после зачатия. Доза, абсолютно безвредная для матери, может вызвать серьезные нарушения в развитии плода. Молодые организмы чувствительны и после рождения. Кроветворные органы человека начинают реагировать при дозе 1—10 Р, а зрительные ощущения при облучении сетчатки возникают при 1 млн. Р, при 0,05—4 Р изменяется система биотоков и условных рефлексов.
Влияние облучения на хромосомы (схема разрыва и восстановления хромосом (внизу) и изменение хромосом и митоза после рентгеновского облучения (вверху); видно отставание хромосом в метафазе и образование мостиков и фрагментов)
Сильнее всего страдает нервная система: кролику облучили небольшой участок на одной ноге, через два дня образовалась язва, а еще через несколько дней появилась язва на таком же месте и на другой, необлученной ноге. Такое симметричное расположение могло появиться только как реакция нервной системы организма. Одна и та же доза, не оказывающая сильного влияния на остальные части тела, при облучении головы действует очень сильно, причем особенно при облучении лица. Биотоки мозга меняются уже при дозе 2—4 Р через 30—60 секунд. Щенки, которых облучали слабыми дозами в эмбриональном развитии, становились несообразительными и вялыми. При шуме вообще терялись и забивались в угол.
Местное облучение гонад (мужских и женских половых клеток) при дозе 300—600 рад вызывает полную стерилизацию человека, т. е. потерю возможности иметь потомство. Меньшая доза может влиять временно или даже не влиять на половую функцию. Но это не устраняет опасности: в облученных половых клетках могут возникнуть вредные мутации, которые перейдут и к следующим поколениям. Доза облучения, не вызывающая лучевой болезни, может вызвать раннее старение, появление катаракт, опухолей и т. д. Особенно при длительном облучении. Было установлено, что радиация вызывает ионизацию, т. е. придает электрические свойства молекулам, и они начинают вести себя как электрические частицы. Поэтому радиацию стали называть и ионизирующей. Оказалось, что даже самые мельчайшие и неуловимые частицы излучения могут вызвать огромные нарушения в организме. Так, каждая альфа-частица, проникая в живую ткань, создает 3500 пар ионов. Это всего лишь одна частица.
Поглощение энергии излучения клетками и тканями живого организма происходит практически мгновенно, в течение 10-6—10-5 сек. За это время облучение вызывает ионизацию, или возбуждение, молекул, увеличивая их химическую активность. Облучение приводит к разрывам нити ДНК, изменениям нуклеотидов, задержке деления и т. п. Даже доза в 200—300 рад приводит к разрушениям в хромосомах человека. Через 15—20 мин. после облучения под микроскопом видно слипание или разрыв их, распад на большие куски и отделение гранул. (Наблюдается и искажение веретена деления.) Оторвавшаяся часть не может соединиться с основным ее телом, или соединяется неправильно, или совсем с другой хромосомой и т. п. Все это ведет к тому, что дочерние хромосомы получают измененный неполноценный набор. Число хромосомных нарушений пропорционально дозе облучения. Так, в культуре тканей кур облучение мощностью в 100 Р привело к перестройкам ядра у трети клеток, в 1000 Р — у половины, а при дозе в 2500 Р — у всех клеток. В ДНК сразу после облучения небольшой дозой уменьшалась вязкость, нарушался синтез и т. п.
Исследования показали, что в потомстве облученных родителей мутаций больше, чем хромосомных нарушений, так как кроме хромосомных перестроек происходят точковые мутации — изменения генов, структуры ДНК в том или ином месте молекулы и т. п. Вспомним, что у всех крупных человекообразных обезьян (орангутанг, горилла и шимпанзе) 48 пар хромосом, а у человека — 46. Иными словами, при переходе от человекообразных обезьян наблюдается уменьшение хромосом на две пары. Чем вызвано это уменьшение? Не исключено, что причина — слипание хромосом в результате облучения.
«Энергия радиации, если она присутствует в среде в небольших дозах, остается малозаметной и не поражает организм человека. Однако любая доза радиации, нечувствительная для организма человека, может проникнуть в зародышевые клетки и поразить молекулярные структуры хромосом, что вызовет нарушение наследственности. Уделом рождающихся детей в этом случае будут физические или умственные уродства» (Дубинин, 1975).
Рассчитано, что при повышении радиации всего на 10 Р (а при быстрых нейтронах 6—7 Р) за год в 2 раза увеличивается частота естественных мутаций, в 2 раза больше рождается детей с измененными наследственными качествами. Установлено в эксперименте, что на семенные органы обезьян действует меньшая доза облучения, чем на органы мышей и других животных.
Действие радиации на потомство людей прослеживается на примере современного мира. В результате атомных взрывов радиация на нашей планете несколько возросла. И уже к 50-м годам в Дании приблизительно до 3% населения рождались с серьезными наследственными дефектами, в США — до 4, а в Ирландии — до 7%. В среднем за поколение на каждые 100 млн. приходилось около 2 млн. детей с врожденными дефектами.
Сейчас доля мутантов значительно возросла. «Главную роль при изменении наследственной структуры играет механизм прямого действия радиации» (Дубинин, 1963).
Влияние радиации на изменчивость организма несомненно. Нам пока неизвестен уровень радиации в Восточной и Южной Африке в промежутке между 20 и 3 млн. лет назад. Однако доказано, что какой-то минимальной дозы радиации, за порогом которой наступает безопасность и радиация уже не действует, нет. Известный генетик А. Мюнтцинг (1967) пишет: «Для мутагенного действия ионизирующего излучения нет никакого порога, ниже которого облучение не вызывало бы мутаций».
Н. П. Дубинин (1970) указывает: «Поскольку взаимодействие энергии ионизирующих излучений с наследственными структурами осуществляется на уровне атомов и молекул, для вызывания поражений нет порога дозы. Мутации могут возникнуть при любых дозах, причем число поврежденных хромосом пропорционально дозе».
Итак, любая доза радиации может вызвать изменения в наследственности, может привести к тому, что у «нормальных» особей будут рождаться «ненормальные», чем-то отличающиеся от всех остальных особи. Причем их дети, как правило, сохраняют способность рожать детей с новыми изменениями в организме. Видимо, эти дети с «вмененными свойствами казались их родителям уродами (предчеловек — голая обезьяна со слабыми зубами и руками, без клыков, с огромной головой).
Исследования показывают, что наследственные структуры обезьян и человека имеют незначительные различия, которые могли возникнуть в ДНК при небольшой дозе радиации (при определенном времени облучения).
Д. Кон и Б. Хойер из Америки сравнивали ДНК человека и шимпанзе, и оказалось, что различие у них 2,6%. В последние годы новые измерения показали, что у человека и шимпанзе различие еще незначительнее — лишь 1,1%. Не о меньшей близости человека и антропоидов свидетельствуют и белки.
Все живое состоит из белков, а белки — из аминокислот. «Жизнь, — писал Ф. Энгельс, — есть способ существования белковых тел». Белки человека, мыши и гориллы — это комбинация 20 одинаковых аминокислот. Различаются лишь порядок их расположения и взаимосвязи в молекулах (например, в гемоглобине аминокислоты дают 287 сочетаний; у родственных животных порядок чередования близок, у удаленных видов — различен). Так вот, у человека и шимпанзе одинаковый порядок чередования аминокислот в гемоглобине. А в гемоглобине человека и гориллы в расположении аминокислот только два различия (а у человека и лошади — 43). У шимпанзе и человека удалось научить 44 белка крови и тканей. Оказалось, что белки шимпанзе и человека почти одинаковы. А если так, то нарушения в генах и хромосомах, вызвавшие изменения, были, видимо, действительно небольшими и недавними.
В. Сарич и А. Вильсон (Sarich, 1971) из Калифорнийского университета недавно исследовали иммунологическую реакцию у человека и человекообразных обезьян. Оказалось, что белок шимпанзе почти не отличается от человеческого (у человека с гориллой 8 различий, с гиббоном — 11, а с другими обезьянами — 32). Между шимпанзе и гориллой в белке крови было выявлено 7 различий. Для формирования молекулярных различий эволюции нужно определенное время. Взяв это за основу, В. Сарич и А. Вильсон рассчитали, что между разделением эволюционных линий обезьян Старого и Нового Света прошло 36 млн. лет (вспомним египтопитека), а линии человека и шимпанзе разошлись всего около 4 млн. лет назад (вспомним австралопитековых и человека «умелого»). Западногерманский исследователь К. Бауэр (К. Bauer, 1973) тщательно проанализировал 30 образцов белков крови человека и шимпанзе и также пришел к выводу, что расхождение линий развития было вызвано крупной мутацией около 9—10 млн. лет назад. К такому же выводу пришли и другие биологи (М. Goodman, J. Barhabas и др.).
Итак, по мнению некоторых генетиков, человек отделился от общих с шимпанзе предков не позднее 4—5 млн. лет назад в результате крупной мутации. (Большинство исследователей считают, что это произошло намного раньше — около 20 млн. лет назад.) В учебнике по генетике прямо так и написано: «Возможно, что само появление человека с развитыми полушариями коры головного мозга, вертикальным положением тела, дискретной речевой сигнализацией является следствием крупных мутаций. В пользу этого свидетельствует очень короткий промежуток времени эволюции человека, за который мелкие мутации вряд ли могли накопиться в таком количестве и дать такой значительный эволюционный эффект» (Лобашев, 1967).
Интересно в связи с этим высказывание И. И. Мечникова (1961). «Из суммы всех известных данных, — писал он, — мы имеем право вывести, что человек представляет остановку развития человекообразной обезьяны более ранней эпохи. Он является чем-то вроде обезьяньего «урода», не с эстетической, а с чисто зоологической точки зрения. Человек может быть рассматриваем как «необыкновенное» дитя человекообразных обезьян, дитя, родившееся с гораздо более развитым мозгом и умом, чем у его родителей… Анормально большой мозг, заключенный в объемистом черепе, позволил быстро развиться умственным способностям, гораздо более мощным, чем у родителей и вообще у родоначального вида… Мы знаем, что иногда рождаются необыкновенные дети, отличающиеся от родителей какими-нибудь новыми, очень развитыми способностями… Приходится допустить, что некоторые виды организмов не подчиняются медленному развитию, а появляются внезапно и что в этом случае природа делает значительный скачок… Человек, вероятно, обязан своим происхождением подобному же явлению. Какая-нибудь человекообразная обезьяна, в период изменчивости специфических свойств своих, народила детей, снабженных новыми признаками…»
Следовательно, Мечников предполагал, что человек появился не путем постепенных, медленных изменений, а внезапно, как «необыкновенное дитя». Причем по своему биологическому строению он не верх совершенства, а просто обезьяний урод.
Все это хорошо подтверждают известные факты: в Южной и Восточной Африке находится ископаемая прародина австралопитековых — предков человека и Homo habilis — первых людей; здесь же самые мощные в мире залежи урановых руд, обилие радиоактивных магм и т. п. Возможно, что несколько миллионов лет назад, в период горообразования, обнажения свежих выходов урановых
руд и активный вулканизм привели к сильному повышению естественной радиации в этой зоне. Важный источник повышения радиации — вулканы. Лава их радиоактивна. Кислые вулканические породы дают фоновую дозу 12 рад в год, что само по себе может удвоить количество мутаций у человека. Вулканические породы дают в среднем 122 мрад в год (226U — 24, 238U — 26, 232U — 37 и К — 35 мрад в год), тогда как, например, осадочные — 53,7, а известняки и того меньше — 24,1 мрад (Эйзенбанд, 1967).
В древности при активном движении земной поверхности урановые руды могли обнажиться на большой территории. Значит, процесс усиленного облучения наших предков в прошлом мог быть кратковременным. А как известно, одноразовое облучение дает больший мутагенный эффект, чем «растягивание» той же дозы во времени. Возможно длительное и постепенное облучение небольшой дозой от радиации вулканических пород.
При всех обстоятельствах — от обнажения ли урановых месторождений, от естественных ли реакторов или от медленно, но зато повсеместно действующей радиации вулканических пород, а скорее всего в результате комплексного воздействия всех факторов — здесь создалась зона повышенной радиации, которая и вызвала уменьшение (слипание) на две хромосомы и другие преобразования в ДНК, обусловившие все те изменения, которые наблюдаются у австралопитека — предчеловека.
Итак, на территории ископаемой прародины человека в конце плиоцена (неогена) сложились все те условия, которые привели к созданию здесь зоны повышенной радиации. Следовательно, приматы, обитавшие в этой зоне (Восточная и Южная Африка), получили повышенную дозу радиации. У облученных антропоидов началось интенсивное изменение наследственных признаков — крупные мутации. В результате этого появились новые разновидности — австралопитеки (в том числе африканский и Homo habilis). В это же время необлученные приматы продолжали существовать по соседству (Экваториальная и Западная Африка) с ними в неизмененном виде.
Возникает естественный вопрос: а как же труд? Он никакой роли не сыграл? Однозначно ответить на этот вопрос трудно. Если подходить к механизму мутации, непосредственным причинам биологического оформления человека, то современные данные науки с непререкаемой категоричностью говорят «нет».
И об этом ясно сказал Н. П. Дубинин (1972). Однако следует иметь в виду, что мутации преобразовали человекообразную обезьяну в австралопитека африканского, т. е. в того прямоходящего предка, который внешне не отличался от человека «умелого», но еще не был им. Между человеком и его прямоходящим предком лежал еще длительный период поисков средств для выживания. Вспомним, что человек появляется не менее чем через 1,5—2 млн. лет после того, как оформился биологически предчеловек. Мутации привели прежде всего к увеличению объема черепа, прямохождению, но предки человека потеряли в результате мутаций крупные клыки, которые заменяли всем человекообразным орудия. Далее, ископаемые предки человека по сравнению с обезьяньими более изящные, или, как говорят антропологи, грацильные. Следовательно, физическая сила у наших предков была значительно меньшей, чем у их родителей — обезьян. Да и прямохождение «лишило» предчеловека двух задних конечностей, превратив окончательно их в ноги. В целом предчеловек был физически явно менее приспособлен к жизни в тех условиях, чем его предки — обезьяны. Он неминуемо должен был бы вымереть, исчезнуть (без острых клыков ему нечем было добывать пищу и защищаться от многочисленных хищников; прямохождение мешало ему ловко прятаться на деревьях, как это делали шимпанзе, и т. п.).
Мутанта — предка человека ждала гибель, и он бы неминуемо погиб, если бы не нашел замены всему тому, что у него отобрала природа. И эта замена — искусственные орудия, а затем и организация в человеческое общество. Главную роль сыграли орудия. Именно они заменили каждому гоминиду потерянные острые клыки и большую физическую силу.
Мутации и обусловили историческую необходимость перехода от эпизодического изготовления орудий к систематическому, к труду. Этот период, судя по современным данным, занял что-то около 1,5—2 млн. лет (а может быть, и больше), но только он обеспечил новому виду жизнь. Если бы предок человека не перешел к систематическому использованию и изготовлению орудий, он бы вымер. Это был единственный способ выжить, спасти свой вид от гибели, и предок человека воспользовался им. Видимо, появление большого мозга создало биологические предпосылки для появления сознания.
Следовательно, решающее условие антропогенеза — труд, и только труд. Однако, прежде чем обратиться к характеристике остатков трудовой деятельности первого человека, необходимо коснуться и «небесных» факторов. Уж слишком давно и много о них говорят. Например, недавно два крупнейших американских ученых (лауреаты Нобелевской премии) заявили: «Жизнь на Земле — эксперимент, поставленный из космоса». Так ли это?