Интерес к вопросам биологического действия повышенных уровней радиации, создаваемых за счет радиоактивного загрязнения среды обитания и аккумуляции радиоизотопов гидробионтами, возрастает в последние годы в связи с опасностью загрязнения водоемов и нанесения тем самым ущерба их биопродуктивности.
Следует отметить очень высокую радиорезистентность бактериальной флоры водоема. Даже при концентрации 90Sr-90Y в воде порядка 10-3 кюри/л не удалось установить каких-либо изменений в развитии нитрофицирующих бактерий и кишечной палочки. В воде, окружающей погруженный атомный реактор в Лос-Аламосе, были обнаружены бактерии Pseudomonas, способные размножаться в среде, которая за 8 час. облучалась в дозе 10 млн р.
В опытах с пресноводным перифитоном при концентрации неразделенной смеси осколков урана в воде от 10-6 до 10-3 кюри/л отмечена радиостимуляция развития перифитона. Наряду со стимуляцией общей массы сообщества происходила заметная перестройка его видового состава. Стимуляция развития пресноводного водорослевого перифитона наблюдалась и при хроническом облучении его на гамма-поле в дозах от 5 до 50 p/сутки в течение двух месяцев. В опытах с протококковыми водорослями и инфузориями, продолжавшихся 23 дня, при загрязнении среды смесью радионуклидов от 10-7 до 10-5 кюри/л не установлено заметных изменений в развитии и приросте биомассы этих организмов.
Подавляющее действие 90 Sr—90 Y на размножение пресноводного рачка Daphnia magna отмечено лишь при культивировании его в течение 80 дней в воде, радиоактивность которой составляла 10-5 кюри/л.
Проведены цитологические исследования естественной популяции комара (Chironomus tentans), личинки которого в большом количестве обитают в донных отложениях озера Уайт Оук Лейк и ручья Уайт Оук Крик, куда в течение длительного времени сбрасывались радиоактивные отходы Ок-Риджской национальной лаборатории (США). Популяция этого комара на личиночной стадии развития облучалась в течение 22 лет ежегодно в дозе около 230 рад; Установлено, что в этих условиях несколько увеличивалась частота новых хромосомных аберраций в популяции комара, но затем эти аберрации были устранены естественным отбором; приспособленность же популяции к новым условиям заметно не изменилась.
В нашей лаборатории проведены опыты по изучению развития эмбрионов пресноводного моллюска Lymnaea stagnalis L. в воде с разным содержанием 90Sr—90Y. Снижение процента выклюнувшихся личинок отмечается лишь при радиоактивности воды порядка 10-4-10-3 кюри/л, когда суммарная доза облучения яиц за инкубационный период достигает свыше 350 р. В растворах концентрацией 10-3 кюри/л, наряду с увеличением гибели эмбрионов, отмечали заметную задержку развития, а также слабую пигментацию и уменьшение размеров личинок. Наблюдавшаяся в опыте гибель эмбрионов при высоких концентрациях радиоизотопов происходила в основном на поздних стадиях развития, перед выклевом личинок. Только при концентрации 10-2 кюри/л эмбрионы погибли в течение первого дня пребывания в радиоактивной воде. Установлено, что острое однократное облучение яиц моллюска гамма-лучами кобальта-60 на ранней стадии дробления оказалось более эффективным, чем хроническое облучение их примерно в той же дозе в процессе инкубирования в растворах 90Sr—90Y.
Перечисленные примеры показывают, что представители разных систематических групп пресноводных организмов от бактерий до развивающихся яиц моллюсков способны некоторое время переносить без заметных повреждений достаточно высокие уровни радиоактивного загрязнения водной среды. В связи с этим большой интерес представляют данные о чрезвычайно высокой радиочувствительности быстроразвивающейся икры некоторых видов морских рыб.
В работах этих исследователей установлено, что при инкубации оплодотворенной икры в водных растворах 90Sr—90Y концентрацией 10-10кюри/л и выше увеличивается выклев личинок с различными морфологическими уродствами, а в растворах радиоактивностью 10-8—10-6 кюри/л, кроме того, значительно повышается гибель эмбрионов. Аналогичные результаты получены в опытах с аквариумной рыбкой (Zebra danio) при инкубации икры этой рыбки в растворах радиоактивной смеси солей из дождевой воды. Вместе с тем имеются данные, указывающие либо на отсутствие подобного рода эффектов у отдельных видов рыб даже при весьма значительном радиоактивном загрязнении воды, либо такие эффекты наблюдаются при очень длительном пребывании инкубируемой икры (свыше 100 дней) в воде, содержащей-стронций-90 концентрацией 10-8—10-6 кюри/л.
Для правильной оценки биологической эффективности облучения эмбрионов рыб, развивающихся в загрязненной различными радиоизотопами воде, необходимо иметь представление о дозовых нагрузках, получаемых икрой за инкубационный период. В связи с этим были выполнены такие расчеты для икры некоторых видов пресноводных рыб, развивающейся в водных растворах основных осколочных радиоизотопов концентрацией 10-5 кюри/л. При этом рассмотрены два крайних варианта распределения излучателей в самой икре: 1) поступающие из окружающей среды радиоизотопы преимущественно накапливаются на внешней поверхности оболочек икринок, а радиоактивность внутреннего содержимого икринок такая же, что и радиоактивность воды и 2) радиоизотопы равномерно распределяются по объему икринок.
Расчеты показали, что при поверхностном распределении радиоизотопов на оболочках икринок суммарные дозы облучения за инкубационный, период оказываются несколько меньшими, чем в случае равномерного их распределения по объему икринок. Это обстоятельство связано с энергетическими характеристиками излучателей, которые по-разному учитываются формулами. Истинные дозы облучения должны находиться между рассмотренными нами двумя крайними вариантами, поскольку накапливающиеся в икре радиоизотопы не полностью задерживаются оболочками, а переходят частично во внутреннее содержимое икринок.
Коэффициенты накопления довольно сильно варьируют как в зависимости от биологических особенностей разных видов рыб, так и от химической природы радиоизотопов.
Опыты по изучению действия разных уровней содержания радиоактивных веществ в водной среде на развитие эмбрионов пресноводных рыб были проведены с растворами стронция-90, находящегося в равновесии с иттрием-90.
В экспериментах с оплодотворенной икрой линя, развивавшейся в загрязненной стронцием-90 озерной воде радиоактивностью от 10-10 до 10-5 кюри/л, не удалось установить достоверных различий по сравнению с контролем ни в скорости развития эмбрионов, ни в количественном выходе из этой икры нормальных или аномальных личинок. Выживаемость личинок в разных вариантах опыта в течение первых 10 дней после выклева также была одинаковой.
Можно было ожидать, что личинки из икры, инкубированной в радиоактивных растворах, .несмотря на их внешне нормальное состояние, окажутся менее устойчивыми к последующему облучению гамма-лучами кобальта-60. С этой целью трехдневные личинки из разных вариантов опыта были подвергнуты облучению в дозе 800 р, а затем в течение пяти суток после облучения провели наблюдения за их выживаемостью. Однако и в этом Случае выживаемость личинок во всех вариантах осталась одинаковой. Следовательно, в описанных опытах ни один из принятых нами показателей не дал каких-либо отклонений от нормы при развитии икры линя в воде, содержащей стронций-90 в концентрациях от 10-10 до 10-5 кюри/л.
Отсутствие биологического эффекта можно объяснить слишком малой дозой облучения эмбрионов за время развития их в радиоактивных растворах. Максимальная доза облучения даже при самой высокой концентрации стронция-90 в воде (10-5 кюри/л) составила лишь 1,6 рад. Причем эта доза накапливалась постепенно в течение всего периода эмбриогенеза, и основная дозовая нагрузка в данном случае приходилась на более поздние стадии развития эмбрионов, отличающиеся повышенной радиорезистентностью. Если учесть, что минимальная доза однократного гамма-облучения икры линя, вызывающая заметные нарушения в развитии эмбрионов, составляет 50—100 р, но в десятки раз меньшая доза, да еще сильно растянутая во времени, естественно, должна быть менее эффективной.
В опытах с икрой окуня также не удалось отметить каких-либо нарушений развития эмбрионов в пределах концентраций 90Sr—90Y в воде от 10-10 до 10-5 кюри/л. Максимальная доза облучения икры окуня при радиоактивности воды 10-5 кюри/л, рассчитанная для случая равномерного распределения радиоизотопов по объему икринки, составила величину около 29 рад. Истинная же доза облучения должна быть в 3—4 раза меньше, поскольку значительная доля накопленных в икре радиоизотопов концентрируется на оболочках икринок, что снижает суммарную дозу облучения.
При концентрации 90Sr—90Y 10-4 кюри/л, соответствующей суммарной дозе облучения икры около 260 рад, отмечается увеличение процента выклева личинок щуки с морфологическими уродствами. При внешнем однократном облучении икры щуки гамма-лучами кобальта-60 на ранних стадиях дробления подобные изменения наблюдаются при дозах облучения порядка 50-100 р.
Следовательно, что при одинаковых дозах лучевого воздействия внешнее однакратное гамма-облучение икры на ранних стадиях дробления является биологически более эффективным, чем длительное облучение эмбрионов в результате инкубации икры в воде, содержащей соответствующие концентрации 90Sr—90Y. Число поврежденных клеток статистически достоверно увеличивается по сравнению с контролем, начиная с концентрации 90Sr—90Y 10-5 кюри/л.
В проведенных нами опытах с яйцами пресноводного моллюска — большого прудовика, а также с развивающейся икрой линя, окуня и щуки не удалось установить достоверных различий по сравнению с контролем ни в гибели эмбрионов, ни в количественном выходе аномальных личинок в диапазоне концентраций 90Sr—90Y в воде от 10-9 до 10-5 кюри/л. Лишь по данным цитологических анализов зародышевых клеток щуки отмечен повышенный выход поврежденных клеток, начиная с концентраций 10-5 кюри/л и выше. Полученные данные подтверждают, что при одинаковых дозах лучевого воздействия внешнее однократное гамма-облучение яиц моллюска и икры, рыб на ранних стадиях дробления биологически более эффективно, чем длительное облучение эмбрионов в процессе развития их в воде, содержащей 90Sr—90Y.
Можно отметить, что имеющиеся к настоящему времени данные о повреждающем действии малых уровней радиоактивного загрязнения водной среды на эмбриогенез некоторых представителей морских и пресноводных рыб неоднозначны. Это свидетельствует о слабой изученности вопросов радиочувствительности ранних этапов онтогенеза рыб, а также указывает на возможность больших различий в радиочувствительности разных видов рыб к облучению в результате радиоактивного загрязнения водной среды и аккумуляции радиоактивных веществ развивающимися эмбрионами.
Для успешного развития затронутой проблемы необходимо, на наш взгляд (наряду с расширением работ по изучению действия радиоактивных веществ на ранние этапы онтогенеза разных видов рыб), включать в сферу радиоэкологических исследований возможно большее число представителей других систематических групп гидробионтов. На удобных объектах следует проводить более длительные исследования, охватывающие весь цикл развития организмов в онтогенезе. В такого рода работах особенно важно использовать радиационно-генетические методы исследования.