Говоря о радиации, мы имеем в виду действие видимого и ультрафиолетового излучения Солнца и различных частиц ионизирующей радиации.
Видимый свет при умеренных температурах не ограничивает жизненных явлений. Правда, в присутствии некоторых органических веществ, например, флуоресцирующих красителей, живое вещество становится чувствительным к свету и разрушается.
Это фотодинамическое действие света для земных организмов не имеет большого значения. Но при полетах за пределы Земли, когда организмы могут облучаться светом, гораздо более интенсивным, его нужно принимать во внимание. Присутствие в клетках даже в миллионных долях процента фотодинамических веществ в этих условиях может вызывать повреждения клеток. Разрушительное действие видимого света очень существенно на планетах с более прозрачной атмосферой или находящихся ближе к Солнцу.
Одним из факторов, ограничивающим возможность жизни и ее распространение в космосе, считают ультрафиолетовые лучи. Известно, что короткие ультрафиолетовые лучи с длиной волны 240—280 мм избирательно поглощаются белками и нуклеиновыми кислотами, разрушают эти вещества и вызывают гибель клеток. Однако смертоносное действие коротковолновых лучей ограничивается тем, что они задерживаются и поглощаются поверхностным слоем клеток в тканях многоклеточных организмов. Бактерии и их споры, несмотря на выносливость к другим факторам, быстро погибают под действием ультрафиолетовых лучей. Насекомые устойчивы к ним, так как хитин, покрывающий их тело, по-видимому, не пропускает эти лучи. Например, развитие гусениц дубового шелкопряда происходило нормально, когда мы держали их при непрерывном ультрафиолетовом облучении.
Сравнительно недавно установлен очень интересный факт. Оказалось, что видимые лучи, если их энергия в 10—100 раз превышает энергию ультрафиолетовых, снимают вредное действие последних или излечивают повреждения, уже возникшие. При известных интенсивностях тех и других лучей ультрафиолетовая радиация перестанет быть губительной для всего живого и может даже стимулировать деление клеток. Наконец, возможно приспособление организмов к довольно большим дозам ультрафиолетового излучения.
Приспособление к ультрафиолетовому излучению лучше всего известно для человека.
У людей, не привыкших к обилию ультрафиолетовых лучей, уже непродолжительное облучение вызывает покраснение кожи (эритему) и ожоги. По мере привыкания «пороговая» доза, вызывающая эритему, все возрастает Она может быть повышена в 100—150, а по некоторым данным, даже в 1000 раз.
В коже при этом утолщается ее роговой слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, и увеличивается количество пигментов («загар»), которые, очевидно, препятствуют разрушению органических веществ. Более детальные исследования показывают, что роговой слой защищает кожу от самых коротких лучей (до 310 ммк), а пигменты — от более длинных.
Устойчивость к ультрафиолетовым лучам очень различна у разных организмов и клеток. Например, недавно в вашей лаборатории обнаружено, что клетки одной из форм раковой опухоли — карциномы Эрлиха переносят дозу ультрафиолетовых лучей, значительно превышающую смертельную для других клеток.
Чем это объясняется, сейчас еще сказать нельзя. По-видимому, имеются разные причины Одной из причин могут быть особые защитные вещества. Так, в опытах, проведенных в Институте цитологии, выяснилось, что соединения кальция и глицерина, проникая в клетку, понижают повреждающее действие коротких ультрафиолетовых лучей. В самой клетке могут образовываться вещества, которые как бы принимают на себя удар и служат экраном для белков и нуклеиновых кислот, особенно повреждаемых лучами определенной длины.
Если в течение индивидуальной жизни организма у него возникают приспособления к ультрафиолетовым лучам, то на протяжении длительной эволюции живые существа, конечно, могут приобрести очень совершенные формы защиты от них. Таковы непроницаемые для ультрафиолетовых лучей оболочки и покровы тела, особые защитные вещества. Наконец, понижение обмена веществ и уменьшение количества воды в теле тоже снижает чувствительность к этому виду радиации. В то же время ультрафиолетовая радиация может стать важным и даже необходимым условием существования организмов.
Очень сложен вопрос о влиянии на все живое ионизирующей радиации (космические лучи, рентгеновское и радиоизлучение Солнца). Хотя некоторые организмы на Земле переносят единовременное облучение очень высокими дозами, продолжительное непрерывное действие проникающей радиации всегда опасно для земных существ. Еще очень мало известно, в каких пределах клетки могут выдерживать ионизирующее излучение, возможна ли жизнь при непрерывном облучении, может ли повышаться устойчивость к этим лучам. Почти не изучено воздействие на биологические объекты различных частиц ионизирующих излучений.
Земля благодаря мощному слою атмосферы защищена от вредных воздействий космических излучений; возможно поэтому большинство известных вам организмов не приспособлено к ним. Вместе с тем различные клетки чрезвычайно сильно отличаются по своей устойчивости к рентгеновым и гамма-лучам.
Например, для морских свинок доза в 300 рентген смертельна, а простейшие — инфузории туфельки и эвглены — могут выдержать до 500 тыс. рентген. Еще резче отличается чувствительность к более слабым повреждающим дозам.
Так же сильно колеблется устойчивость к ионизирующей радиации у растений. Смертельные дозы для разных их видов варьируют примерно в пределах от 4 до 200 000 рентген.
Причины различной устойчивости к облучению еще не разгаданы. Известно, что ионизирующая радиация прежде всего действует на клеточное ядро. В отдельных случаях удалось доказать, что на чувствительность клеток к радиации влияет строение ядерного аппарата. Так, обнаружено, что клетки, в ядрах которых содержится двойной, тронной и т. д. набор хромосом (полиплоиды), переносят более высокие дозы радиации, чем клетки с одиночным набором хромосом.
Известно также, что в бескислородной среде сильно повышается устойчивость клеток к рентгеновым лучам. Можно думать, что на Марсе, в атмосфере которого очень мало кислорода, организмы, если они там есть, более устойчивы к ионизирующей радиации.
Возможность приспособления организмов к повышенной радиации тоже надо учитывать. Такая возможность доказана экспериментально. Удалось, например, воспитывая дрожжи в условиях повышенной радиации, «приучить» их к довольно высоким дозам, которые раньше были для них смертельными.
В природе, по-видимому, тоже можно найти подобные примеры.
Так, инфузорию туфельку мы нашли в горячем (+34°) радиоактивном источнике. Эти инфузории оказались «более выносливыми к высоким дозам рентгеновских лучей, чем туфельки из нерадиоактивного водоема. Недавно в Чехословакии найдены бактерии, живущие в урановых рудах. Значит, организмы, во всяком случае одноклеточные, могут приспосабливаться к повышенной радиации. До каких пределов — пока остается неизвестным.
Высшие животные, которые медленно размножаются и обладают большой чувствительностью к радиации, конечно, имеют меньше шансов повысить свою радиоустойчивость.
Можно было бы и продолжить разговор о границах жизни. Чем дальше ученые исследуют воздействие различных факторов на организмы и клетки, тем больше открывается удивительная и неожиданная их способность — существовать в необычных условиях, тем больше расширяются наши представления о границах жизни.
Как наши сегодняшние знания о границах жизни на Земле могут быть использованы для решения вопроса о жизни во Вселенной? Для этого, кроме общих принципов биологии, должны быть использованы данные астрофизики, касающиеся физических и химических условий на поверхности планет. Исходя из изучения минимальных потребностей организма в условиях внешней среды и конкретных сведений о характере среды на той или иной планете, можно строить предположения о возможности существования на ней живых организмов. При этом, конечно, нужно учитывать, что наличие условий для жизни на планете в данный период ее истории еще не служит доказательством, что она населена живыми существами. Ведь предшествующая эволюция планеты могла быть неблагоприятной для зарождения на ней живой материи.