Глава 7. Действует ли на биосферу естественный фон радиации?

Итак, поражающее действие ионизирующей радиации, ее способность нести гибель, лучевую болезнь, снижает иммунную защищенность, вызывать отдаленные последствия - все эти свойства начинают проявляться и могут быть обнаружены только после некоторой дозы и облучения. В зависимость от радиочувствительности организма и выбранного критерия действия радиации этот порог вредного действия по своей величине варьирует в широких пределах. Для более радиоустойчивых растительных организмов он достигает десятков тысяч рад, в то время как для гораздо более радиочувствительных млекопитающих и человека лежит в диапазоне 25-100 рад острого облучения или 100-300 рад при хроническом длительном облучении малой мощности. Эти величины облучения в сотни, тысячи раз превосходят естественный фон радиации.

С другой стороны, в результате мирного использования атомной энергии облученность населения нашей планеты будет варьироваться в пределах долей естественного фона радиации. Да и сам естественный фон в различных районах Земли изменяется в достаточно широких пределах: от 60 до 10000 мрад в год. Естественно, возникает вопрос: безразлична ли слабая облученность для жизни на Земле? Ведь жизнь возникла, развивалась и существует в настоящее время, непрерывно получая эти слабые потоки γ - лучей, протонов, нейтронов, β- и α-частиц и других компонентов космических и земных излучений.

В начале нашего столетия отдельные ученые обращали внимание на то, что эти излучения, как и другие физические факторы, которые в больших дозах оказываются полезными и даже необходимыми для жизненных процессов. Эти идеи базировались и на общих соображениях о способности живых существ в процессе эволюции наиболее целесообразно использовать факторы окружающей среды и на отдельных наблюдениях, показывающих, что очень слабые потоки ионизирующей радиации стимулируют рост и развитие.

Одним из первых явление стимуляции размножения под влиянием излучений урана и эманации радия описал в 1913-1914 гг. известный чешский исследователь Ю. Стоклаза. Отсутствие в те времена точной дозиметрии, возможность влияния на эффект микроэлементов и необычность результата, побудили многих отнестись критически к выводам Стоклаза. Однако в 1938 г. аналогичные эксперименты повторил в точно контролируемых условиях Е. А. Штерн в Ленинграде, в 195,3 г. - Г. Даниель и X. Парк в Великобритании, в 1950 г. - Е. Н. Сокурова в Свердловске, в 1961 г. - А. Джеймс и И. Мюллер в Канаде. Эти ученые убедительно показали на различных клетках (дрожжах, азотобактере, инфузориях) ускорение деления под влиянием малых (для данной культуры) доз ионизирующей радиации. Чем радйочувствительнее была исследуемая культура клеток, тем при меньших дозах воздействия наблюдалась стимуляция развития.

По данным советского исследователя Ю. П. Добрачева, опубликованным им в 1973 г. следует, что у такой радиочувствительной культуры клеток, как эмбриональные фибробласты, суммарно поглощенные дозы 0,02-10 рад вызывают стимулирование роста. Наиболее отчетливый эффект (увеличение числа клеток на 140-160% по сравнению с контролем за сутки) наблюдался при облучении в дозе 0,1-0,3 рад. Интересно, что в областях малых доз (от 1 рад) автор отмечал уменьшение числа мертвых клеток (открепившихся от стекла) по сравнению с контролем. При дозе выше 10 рад рост культуры угнетался и гибель клеток возрастала. Стимуляция наиболее отчетливо наблюдалась при накоплении за 5 дней эксперимента дозы в 260 мрад. Это примерно в 100 раз больше, чем они получают за это время от естественного фона радиации.

В настоящее время имеется обширная литература о стимуляции прорастания, роста и развития растений при облучении семян ионизирующей радиацией. Благодаря большой радиоустойчивости растений одномоментные дозы облучения семян (наиболее устойчивой покоящейся формы существования растений), которые дают стимулирующий эффект, лежат далеко от естественного фона радиации, а именно в пределах 300-4000 рад для разных культур. Однако как только переходят от облучения семян к длительному облучению растущей (т. е. гораздо более радиочувствительной фазе) культуры, то дозы, вызывающие эффект стимуляции, резко снижаются (они сопоставимы с естественным фоном облучения). Так, например, в опытах советских ученых Л. П. Бреславец и Н. М. Березиной с сотрудниками, впервые поставившими вопросы радиационной стимуляции сельскохозяйственных, растений на строго научную основу, показано, что хроническое облучение вегетирующих растений, в 10-40 раз превосходящее их облучение от естественного фона, приводило к стимуляции их развития, увеличению количества генеративных органов и повышению урожая.

Стимулирующее действие малых доз радиации обнаружено и на животном организме.

Стимулирующее действие малых доз ионизирующих излучений на развитие и продуктивность птиц было показано в нашей совместной работе с И. Г. Костиным, Л. Н. Шершуновой и Л. А. Збруевой, опубликованной в 1963 г. Мы моделировали в инкубаторах Томилинской птицефабрики слегка повышенный фон естественной радиации в процессе эмбриогенеза, внося под лотки с яйцами запаянные стеклянные трубки с солями урана. Суммарная доза, получаемая за 20 дней инкубации, составляла 1,4 рад. На большом материале проводился учет по ряду показателей по сравнению с такой же контрольной партией. Оказалось, что такое слабое облучение повысило на 2,4% количество вылупившихся здоровых цыплят, уменьшило отход за первые два месяца их развития на 2,1%, а за последующие четыре месяца на 4,1%, что указывало на общее повышение жизненного тонуса, лучшую сопротивляемость неблагоприятным факторам внешней среды. По сравнению с контрольной партией молодки из опытной партии начали нестись на 10 дней раньше, за первый месяц в этой партии было получено яиц в полтора раза больше- 160%, и в последующие 12 месяцев наблюдения яйценоскость опытной партии оказалась на 2-7% выше. Близкие результаты были получены нами совместно с П. А. Хакимовым в 1975 г. на Ташкентской птицефабрике при одноразовом облучении яиц до начала инкубации (в состоянии покоя). При дозах в 1-3 рад повышалась жизнеспособность цыплят, ускорялось развитие, и увеличивалась яйценоскость. Повышение дозы облучения быстро приводило к угнетению всех этих показателей. (Доза в 1-3 рад лишь в 10-30 раз превышает годовой уровень облучения от естественного фона.)

Для решения вопроса о том, можно ли говорить о благоприятном действии малых доз радиации на животный организм, исключительный интерес имеют исследования по продолжительности жизни различных животных при хроническом γ-облучении в очень малых дозах. Впервые в 1950-1955 гг. американский ученый Е. Лоренц опубликовал свои наблюдения об увеличении средней продолжительности жизни у мышей и морских свинок при ежедневном облучении, начиная с одного месяца и до конца жизни в дозах 0,1 рад. Если у мышей (самцов) средняя продолжительность жизни составляла 683 дня, то в опытной группе она равнялась 783 дням, т. е. на 100 дней больше.

В 1957-1959 гг. Л. Карлсон с сотрудниками в Отделении физиологии и биофизики университета города Сиэтла в США провели подобные опыты, но только в более строго контролируемых идентичных условиях содержания подопытных и контрольных крыс. При средней продолжительности жизни контрольных животных 445 дней у опытных (получавших ежедневно в течение 8 ч 0,8 рад) она составила 585 дней, т. е. 131% по отношению к контролю. Интересно, что по мере старения у контрольных крыс закономерно уменьшалась интенсивность дыхания. В опытной партии уменьшение было замедленным. Интенсивность дыхания 17-22-месячных опытных крыс равнялась интенсивности 9-13-месячных контрольных, т. е. достоверно показывала более медленное старение облученной группы.

В 1967 г. были опубликованы результаты большого исследования, проведенного в Окриджской национальной лаборатории (США) А. Антоном с сотрудниками с целью проследить зависимость сокращения продолжительности жизни мышей от мощности дозы γ-излучения и быстрых нейтронов. Авторов не интересовала проблема малых доз. Однако, просматривая полученные ими данные под этим углом зрения, мы установили (см. рис. 9), что в каждой серии экспериментов наблюдаются исключения из общего правила: не сокращение, а продление жизни при облучении в малых дозах (средняя продолжительность жизни определялась для группы, состоящей, как правило, из 100 особей и более, т. е. полученные результаты были вполне достоверны). Так, при облучении 554 самок средняя продолжительность жизни контрольных животных равнялась 582 дням. При остром облучении в дозах 25 и 50 рад средняя продолжительность жизни увеличивалась на 17 и 18 дней. Только при дозе 100 рад было отмечено сокращение времени жизни (на 31 день), возраставшее с увеличением дозы. При дозе 300 рад сокращение достигало 112 дней. Однако при облучении в дозе 300 рад в течение 300 дней (по 1 рад в день) в группе из 125 особей отмечалось увеличение средней продолжительности жизни на 28 дней.

Самцы оказались более радиочувствительными. У них наблюдалось сокращение времени жизни на 15 дней уже при облучении в дозе 25 рад. При остром облучении в дозе 300 рад продолжительность жизни сокращалась на 169 дней. Однако если близкая доза (329 рад) давалась в течение 63 дней, наблюдалось удлинение продолжительности жизни на 43 дня.

Следует отметить, что во всех перечисленных опытах увеличение средней продолжительности жизни происходило в основном за счет сокращения количества животных, быстро стареющих и умирающих в ранние сроки, и соответственно увеличения количества долгожителей, что опять-таки говорило об общем повышении жизненного тонуса, увеличении сопротивления неблагоприятным факторам внешней среды.

Наконец аналогичное благотворное влияние на человека очень малых доз радиации хорошо исследовано в практике курортного лечения радоном. На всемирно известных курортах Цхалтубо, Пятигорск, Белокуриха в СССР, Брамбах в ГДР, Висбаден и Баден-Баден в ФРГ, Масутами-Спрингс в Японии и других используются источники с повышеннъш содержанием радона для α-облучения людей с лечебными целями. Целебные свойства этих источников были обнаружены еще в XVII- XVIII вв., но только вначале XIX в. открыли радиоактивность - причину их замечательных, благоприятных для здоровья человека свойств.

В Советском Союзе ежегодно около 700 тыс. курортных больных принимают радоновые ванны, пьют радонсодержащие воды и вдыхают обогащенный радоном воздух во время отдыха на соответствующих курортах. Снижение болезненных симптомов, подчас полное выздоровление, повышение жизненного тонуса и улучшение самочувствия, отмеченные в сотнях тысяч историй болезни и обобщенные в ряде монографий, приводят врачей-курортологов к твердому убеждению, что в этом случае проявляется стимулирующее действие малых доз радиации на человеческий организм.

Врачи применяют три основных приема лечения: ванны (общие или только для ног), питье воды и вдыхание радона. Курс лечения обычно включает 15-20 ванн по 15-20 мин каждая, один или два раза в день по стакану лечебной воды, вдыхание радона по 1 ч. в день в течение 15 дней.

Что же представляют собой эти процедуры с точки зрения облученности организма? Какие дозы облучения получает больной? Какие органы и ткани подвергаются облучению? Каков характер самого облучения?

Рассмотрим более подробно радиационную обстановку на нашем прославленном Кавказском курорте в Цхалтубо.

Лечебные воды, прежде чем вырваться на поверхность, проходят через толщу песка, содержащего радий, уран и торий. При радиоактивном распаде этих веществ образуется газообразное радиоактивное вещество - радон Rn²²². Этот газ растворяется в слабоминерализованной воде. Когда она наполняет ванны или ее пьют больные, в ней содержится радон. Именно в этот момент - в источнике наибольшая целительная сила. Разлейте эту воду в бутылки, развезите ее в отдаленные края - и никаких лечебных свойств вода иметь не будет! Происходит это потому, что, во-первых, радон - газ с плохой растворимостью: как только вода выходит на поверхность, он выделяется в виде пузырьков в воздух. Во-вторых, радон имеет очень короткий период полураспада - всего 3,8 дня. При хранении вода теряет свои радиоактивные свойства, так как радон распадается.

При радиоактивном распаде радона выделяются так называемые а-лучи с большой энергией (5,48 МэВ). Эти лучи не глубоко проникают в ткани, так что облучению (при принятии ванны) подвергается в основном только поверхностный слой тела. Правда, в силу газообразных свойств немного радона (как газа) проникает через поры кожи в кровь и с кровью быстро разносится по всему организму, α-лучи радона будут облучать стенки сосудов, артерий, по которым стремительно гонит кровь постоянно работающее сердце.

Еще одно замечательное свойство радона надо иметь в виду: быстро распадаясь, он дает целую серию полупродуктов распада, которые, в свою очередь, оказываются радиоактивными. В отличие от радона это твердые вещества, а период их полураспада еще короче, чем у радона. Вот почему, когда человек выйдет из ванны, на поверхности его тела оседает тончайший радиоактивный слой из продуктов полураспада радона, которые будут еще около 3 ч продолжать бомбардировать кожу α-частицами, электронами и γ - квантами. Через 3 ч все распадается, и, следовательно, облучение организма заканчивается.

В среднем за месячный курс лечения принимают 15-20 радоновых ванн, что дает общую облученность не выше 70-80 мрад. От естественного фона человеческий организм получит 8-33 мрад, т. е. и здесь мы имеем дело с облучением, сопоставимым с естественным фоном. Однако при различных процедурах (ванны, питье радоновой воды у источника, вдыхание радона) облученность различных органов нашего тела будет сильно варьировать. Так, при приеме ванн основной радиоактивный "удар" принимает кожа (до 300-400 мрад) и очень небольшой - внутренние органы (желудок, почки - около 10 мрад; легкие - только 1 мрад).

Питье воды из радоновых источников обусловливает значительно большую дозу на внутренние органы. Для питья рекомендуются наиболее радиоактивные источники. Желудочно-кишечный тракт получает за месяц около пяти годовых норм естественного радиационного фона. Наиболее облучаемые ткани не получают за месяц более 1 рад, т. е. это величина из области малых доз, обусловливающих стимулирующий эффект в экспериментах на животных.

Наконец, при вдыхании радона во время общего облучения организма в дозе, близкой к той, которую он получает при приеме ванн, значительная ее часть приходится на органы дыхания. Доза на эпителиальную ткань альвеол легкого за курс лечения (по 1 ч в день за 15 дней) достигает 16-48 рад, что уже близко к верхним пределам диапазона малых доз.

Как показала многолетняя клиническая практика, использование радоновых вод (в первую очередь радоновых ванн) оказывает положительный эффект при подагре, усиливает выведение из организма мочевой кислоты и уменьшает гиперуремию при ранних стадиях атеросклероза, нормализует холестериновый, липидный и углеводный обмен в организме человека. Хороший терапевтический эффект наблюдается при различных заболеваниях суставов, ревматоидном полиартрите и др. Под влиянием радоновых ванн интенсифицируется основной обмен. Питье радоновых вод повышает желчно-секреторные функции печени, моторные и секреторные функции желудка, двигательную функцию толстой кишки, снижает кровяное давление. Радопотерапия, усиливая неспецифический иммунитет организма, обладает противовоспалительным действием. Уже одно только перечисление (еще далеко не полное) весьма разнообразных эффектов, наблюдаемых клиницистами при использовании радоновых вод, приводит к выводу, что здесь проявляется неспецифическое общее стимулирующее действие малых доз радиации на организм в целом, при котором мобилизуются естественные защитные силы, что и помогает организму справляться с тем или иным заболеванием.

Итак, на ряде примеров убедительно показано, что очень малые дозы, имитирующие небольшие повышения естественного радиоактивного фона, не только не оказывают вредного действия, но, напротив, усиливают сопротивляемость организма неблагоприятным факторам внешней среды, повышают жизненный тонус организма, способствуют его активной деятельности. В свете этих наблюдений все с большей остротой встает вопрос: а не оказывает ли естественный радиоактивный фон полезное влияние на биосферу нашей планеты?

С того времени как были открыты природные радиоактивные вещества и их широкое распространение в почве, минералах, горных породах, обнаружено проникновение космических излучений в биосферу, показано присутствие радиоактивных веществ в организме, тканях, в каждой клетке (радиоактивный изотоп калия К⁴⁰, углерода С¹⁴ и др.). Не раз высказывались предположения, что ионизирующие излучения естественного фона, быть может, играют и некоторую положительную роль в явлениях жизни, однако непосредственные, убедительные экспериментальные доказательства этих предположений до недавнего времени отсутствовали.

Большое внимание с этих позиций привлекал калий. Как известно, калий обязательно входит в состав живых организмов. Без него не могут существовать ни растения, ни животные. Калий не может быть заменен никаким другим элементом. Между тем природный калий состоит из трех изотопов: К³⁹, К⁴⁰ и К⁴¹, из которых К⁴⁰ радиоактивен. Он имеет большой период полураспада (1,3 ⋅ 109 лет) и является β- и γ- излучателем. Правда, его содержание в естественной изотопной смеси очень невелико (около 0,01 %), но возможно это-то и необходимо для поддержания жизненных процессов.

В 50-х годах нашего столетия академик А. П. Виноградов поставил, казалось бы, решающие эксперименты, чтобы ответить на эти вопросы. Он получил калий, обогащенный радиоактивным изотопом (содержание последнего было повышено с 0,0119 до 1,34%), и калий, содержавший в 50 раз меньше К⁴⁰ (вместо 0,0119% всего лишь 0,0002 %). Приготовили три питательные среды для роста простейшего грибка Aspergillus niger, одна из которых содержала обычный калий, другая - обогащенный и третья - обедненный. На эти среды высеяли грибок и в течение четырех суток визуально определяли роет грибка, а по прошествии четырех суток устанавливали вес сухой массы и количество щавелевой кислоты, выделенной грибком в окружающую среду.

Ни визуально, ни по сухому весу не удалось выявить различия в росте. Автор делает категорический вывод, что радиоактивность К⁴⁰ не влияет на рост и развитие грибка. Можно ли полностью согласиться с автором? В статье приводятся данные о продукции щавелевой кислоты растущим грибком.

Эти определения приведены в табл. 15.

Если эти данные верны, можно сделать вывод о том, что даже небольшие вариации условий облучения сказываются на скорости обменных процессов, а это неизбежно связано со скоростью роста и развития.

Для проверки правильности такого предположения автор этой книги поставил серию экспериментов по наблюдению за развитием и образованием органических кислот грибком Aspergillus niger, растущим при повышенной мощности дозы от 0,1 до 76 рад/ч. Данные о сухой массе культуры и продукции щавелевой кислоты на седьмые сутки представлены на рис. 9, из которого видно, что если облучение при мощности дозы 0,1 рад/ч мало влияет на скорость роста, то облучение при мощности дозы 1,6-4,1 рад/ч более чем в два раза увеличивает сухую массу культуры и в 1,8 раза продукцию щавелевой кислоты; увеличение мощности дозы до 14 рад/ч резко снижает эффект стимуляции.

Следует подчеркнуть, что различие в росте стало выявляться лишь на 6-7-й день культивирования. Уникальные опыты А. П. Виноградова не позволяют сделать общих выводов по двум обстоятельствам: первое - это кратковременность наблюдения, второе (и, пожалуй, самое существенное) - снижение содержания К⁴⁰ в питательной среде очень мало должно сказаться на общей облученности организма, так как окружающий естественный радиоактивный фон не был снят. Радиация от К⁴⁰ составляет лишь 16% от естественного радиоактивного фона, и, конечно, снижение облученности растущей культуры Aspergillus niger лишь на 16% могло не сказаться в кратковременном эксперименте.

Более радикально подошел к решению, вопроса о роли естественного радиоактивного фона в жизнедеятельности организмов французский исследователь Г. Планель. В 1966 г. на III Международном конгрессе до радиационным исследованиям в Кортино Д'Ампеццо (Италия)

Рис. 9. Влияние мощности дозы у-облучения на развитие Aspergillus niger. (1 - сухая масса, 2 - продукция щавелевой кислоты)

он впервые сообщил о своих экспериментах по наблюдению за темпом размножения простейшего организма парамеции (Paramecium caudatum) при экранировании от естественного фона радиации. Для экранирования он применил свинец толщиной в 5 и 10 см. Измерение активности γ-лучей сцинцилляционным счетчиком в области от 0 до 2 МэВ " показало, что толщина свинца в 5 см снижает естественный фон облучения в 10 раз, а 10 см - примерно в 25 раз. В этих условиях за 10 дней наблюдения Планель с сотрудниками отметил снижение размножения парамеций. Оно было уже достоверно при 5 см свинца, и эффект увеличивался при защите в 10 см.

Чтобы убедиться в том, что снижение деления связано с экранированием от ионизирующей радиации, а не с какими-либо другими неучтенными факторами, были поставлены контрольные опыты, в которых за свинцовый экран толщиной 10 см вносили слабые источники радиации, восстанавливающие естественный уровень облучения. В этих условиях парамеции делились с той же скоростью, что и неэкраыированные в контроле. Автор делает вывод, что ионизация, вызываемая природной радиацией, необходима для размножения клеток.

Свои эксперименты Планель продолжил в подземной лаборатории, расположенной на глубине 200 м в доломитовом массиве, что значительно снижало интенсивность космической радиации. В качестве защиты от слабой γ-радиации использовали свинец толщиной 5 см. Измерения интенсивности γ-радиации различной энергии показали значительное снижение естественного фона как высокоэнергетичных лучей (космический компонент), так и низкоэнергетичных от окружающих пород по сравнению с лабораторными условиями на поверхности Земли.

Рис. 10. Рост культуры Paramecium Aurelia: 1 - в надземной лаборатории без защиты, 2- в подземной лаборатории со свинцовой (5 см) защитой

Сравнивали скорость размножения Paramecium aurelia в надземной и подземной лабораториях. Результаты, полученные за двое суток наблюдения, представленные на рис 10, свидетельствуют о замедлении размножения. Оно еще более усилилось при использовании свинцового экрана. Удлинялось время, нужное для деления клеток. С шести часов оно удлинялось до восьми при наиболее полном экранировании от естественного фона, т. е. эффект достигал 33%. Экранирование от естественного фона сказывалось и на скорости развития более сложных организмов.

Планель с сотрудниками поставил эксперименты по выяснению роли радиационного фона в развитии яиц дрозофилы. Стеклянные пробирки с яйцами Drosopkila melanogaster на обычной питательной среде помещали в контейнер со свинцовыми стенками толщиной 10 см. Контрольные яйца находились в нормальных условиях. Температура и аэрация были строго идентичными. В случае экранирования от внешнего облучения вылупление личинок задерживалось на 24 ч. Авторы пришли к выводу, что естественный радиационный фон влияет на скорость прохождения определенных стадий развития дрозофил.

Чтобы подтвердить этот вывод, эксперименты были повторены, причем за развитием яиц наблюдали как в свинцовом контейнере, так и в контейнере с радиоактивным кобальтом, имитировавшим естественный радиационный фон (мощность дозы 125 мрад/год). Было показано, что задержка развития при защите от внешнего облучения свинцом полностью снимается в случае внесения Со60.

Можно думать, что естественный фон радиации имеет особое значение для прорастающих растений, семена которых и начальные проростки получают в почве значительно большую дозу облучения от находящихся в ней естественных радиоактивных нуклидов и выделяемого ими радона. Чтобы подтвердить роль естественного фона радиации в развитии растений, в нашей лаборатории создана подземная камера с водяной защитой (слой в 3 м) от естественного фона радиации. В центре этой камеры был помещен герметически закрытый термостат, в котором проращивались семена редиса. Контрольный эксперимент проводился в аналогичном термостате, находящемся в надземных лабораторных условиях. Измерение радиоактивного фона в контейнере с водяной защитой показало снижение примерно в 20 раз. Чтобы убедиться, что наблюдаемые эффекты обусловлены именно снижением естественного фона радиации, а не какими-либо другими неучтенными факторами, в ряде опытов в экранированную камеру вносился азотнокислый уранил, восстанавливающий естественный фон радиации. Измеряли интенсивность роста проростков за 4 дня развития по длине корня и проростка. Наблюдалось угнетение роста в условиях экранирования от естественного фона и возвращение к норме при внесении в низкофоновую камеру азотнокислого уранила в количествах, создающих нормальный фон радиации.

Все приведенные эксперименты заставляют нас прийти к выводу, что естественный радиоактивный фон не безразличен для нормального течения жизненных процессов на нашей планете.

Описанные в этой главе новые факты заставляют более внимательно отнестись к гипотезе, сформулированной еще в 1932 г. А. Г. Гурвичем - талантливым советским исследователем, открывшим митогенетические излучения в биологии. Гурвич, обнаружив ускорение деления клеток при облучении коротковолновым ультрафиолетом (190-220 нм) очень малой интенсивности (порядка нескольких квантов), пришел к выводу, что деление клетки обусловлено двумя факторами: во-первых, метаболическими процессами, приводящими клетку в состояние, готовое к делению, и, во-вторых, пусковым фактором, роль которого выполняют высокоэнергетичные кванты ультрафиолета. По-видимому, роль "пусковых факторов" могут играть и кванты ионизирующей радиации, что хорошо объясняет результаты опытов, описанных выше.

Весьма вероятно, что в делящейся ткани всегда имеется значительное количество клеток, которые за счет предыдущих метаболических процессов подготовлены к делению. Поглощение одной из этих клеток высокоэнергетического кванта энергии вызовет в ней цепную радикальную реакцию окисления. Это приведет к образованию биологически активных веществ, активирующих определенный участок генома, после чего клетка начинает делиться. Увеличение естественного фона радиации приводит к более частому попаданию квантов в готовые к делению клетки, что вызовет стимуляцию деления, роста и развития, о чем говорилось в начале главы.

Имеется еще один путь решения вопроса о значении естественного радиоактивного фона для жизненных процессов. Это путь установления корреляций между уровнем тех или иных проявлений жизнедеятельности и колебаниями естественного фона радиации. Конечно, это менее надежный путь, так как в природных условиях действуют многие факторы, и установление корреляции с одним из них может лишь указать на соответствие гипотезе, но, конечно, не однозначно решить ее истинность. Приведем несколько примеров.

При подъеме в горы с высотой растет естественный фон радиации. Осадочные породы равнин сменяются базальтом, гранитом со значительно более высоким содержанием урана и тория. Чем выше подъем, тем сильнее влияние космических излучений в общей облученности организмов. Увеличивается интенсивность ультрафиолетовых лучей. И вот на какой-то высоте вы попадаете в зону альпийских лугов. Обычные травы, цветы, растения здесь в два-три раза выше, мощнее, чем в долинах! Вас поражает буйство растительности. Поднимитесь еще на несколько сот метров выше. Уровень радиации окажется еще выше - он превысил оптимум, и пышная растительность пропадает - кругом голые скалы. Объяснение увлекательное, но строго не доказанное.

По данным А. А. Богомольца и И. В. Базилевича, наибольшее количество долгожителей обнаружено в горах Дагестана и Абхазии. Согласно переписи, количество долгожителей в Дагестане и Абхазии значительно превосходит их количество среди равнинного населения Поволжья. Можно предполагать, что это связано с повышенным радиоактивным фоном в горах, но для утверждения такой связи, к сожалению, еще не хватает более точных данных.

Интересное статистическое обследование было проведено Н. А. Фригерио и Р. С. Стоу в Аргоннской национальной лаборатории в США. Они определили естественный радиоактивный фон в 50 штатах Северной Америки. При этом оказалось, что если в среднем в этих штатах фон был равен 130 мрад/год, то в 14 штатах он был немного понижен (118 мрад/год), в 14 достигал 170 мрад/год и в 7 был значительно повышен - в среднем 210 мрад/год. На основании статистических данных в этих штатах была определена за 15 лет общая смертность, смертность от злокачественных опухолей и частота генетических повреждений. Вместо ожидаемой положительной корреляции была получена отрицательная, т. е. чем выше был естественный фон радиации, тем здоровее было население, уменьшалась смертность, смертность от злокачественных опухолей, от врожденных уродств в детском возрасте. Автор обследовал около 20 других факторов, таких, как годовая температура, выпадение осадков, процент урбанизации, состояние медицинской помощи, характер питания, уровень образования, количество безработных, насыщенность воздуха парами бензина, и нигде не обнаружил той четкой корреляции, которая наблюдалась по отношению к естественному радиоактивному фону. Конечно, и это исследование ввиду множества возвожных действующих факторов (химические мутагены и канцерогены) не решает вопроса, но хорошо согласуется с представлением о положительной роли естественного фона радиации.

В связи с рассматриваемой проблемой нельзя пройти мимо исследований А. Л. Чижевского, показавших наличие определенной связи между размножением патогенных микроорганизмов, возникновением эпидемий и периодической деятельностью Солнца. На примере эпидемий холеры, гриппа, возвратного тифа он выделяет 11-летний период вспышек этих заболеваний, коррелирующих с солнечной активностью.

В 30-х годах нашего столетия А. Л. Чижевский выдвинул гипотезу о "специфических излучениях" в годы, следующие за максимальной деятельностью Солнца, "регулирующих жизнедеятельность патогенных микробов". Следует подчеркнуть, что, по данным Чижевского, максимумы вспышек возвратного тифа, чумы, дифтерии (до введения вакцинации), как правило, возникали на 1- 2 года позже максимума солнечной активности. Сопоставим эти наблюдения с современными данными о влиянии солнечной активности на уровни радиации на Земле.

Согласно теории солнечного ветра (1966-1967 гг.) в годы повышенной солнечной активности усиливается выделение потока плазмы, состоящей в основном из низкоэнергетических протонов и электронов, летящих от Солнца со скоростью нескольких сот километров в секунду. Солнечный ветер создает межпланетное магнитное поле и в значительной мере искажает дипольное распределение магнитного поля Земли. Протоны солнечного ветра, имеющие малую энергию, отклоняются магнитным полем Земли и не влияют на естественный радиационный фон на ее поверхности. Малоэнергетичные галактические космические лучи тоже отклоняются от солнечной системы межпланетным магнитным полем, создаваемым солнечным ветром.

Таким образом, в годы повышенной солнечной активности усиливается солнечный ветер, увеличивается магнитная защита нашей планеты от малоэнергетичных галактических космических лучей и вклад космических лучей в естественный фон радиации на поверхности Земли уменьшается. Космическая радиация составляет около 30% всего естественного фона, причем па поверхности Земли он создается в основном высокоэнергетичными компонентами космических излучений.

Таким образом, облученность земных организмов в зависимости от 11-летнего периода солнечной активности будет колебаться в пределах 10-20% естественного радиационного фона. Это значит, что в годы активного Солнца облученность окажется на 10-20% ниже средней величины, а в период спокойного Солнца - на ту те величину выше.

Но в период максимального появления пятен на Солнце наблюдаются солнечные вспышки, приводящие к выбросу огромного количества энергии в форме видимой, ультрафиолетовой и рентгеновской радиации, выброса высокоэнергетических протонов и ?-частиц. Это так называемое солнечное космическое излучение может вызвать увеличение мощности дозы излучения в верхних слоях атмосферы. За 20 лет, с 1942 по 1962 г. было зарегистрировано 13 подобных подъемов облученности и закономерно резко увеличилась мощность радиации; в верхних слоях атмосферы. На высоте 15-20 км над поверхностью Земли мощность дозы излучения может возрастать в 100 и более раз в зависимости от величины вспышки. Мощность дозы космического излучения всегда резко возрастает с высотой, составляя на высоте 15-120 км величины порядка 120 мрад в сутки, поэтому во время солнечной вспышки она может в сутки достигать десятков рад. Из работ Ю. Розена, К. Юнга и других ученых следует, что в тропических широтах Земли мощные потоки нагретого воздуха уносят в стратосферу значительные количества микроорганизмов, бактерий, спор. Они достигают высоты 15-20 км. Именно на этой высоте образуется слой с максимальным содержанием микрочастиц (аэронов), достигающих 10 частиц на 1 см³. На этой же высоте в годы активного солнца под влиянием солнечных вспышек микроорганизмы будут подвергаться облучению (к действию высокоэнергетичных протонов прибавится и действие короткого ультрафиолета) в дозах, достаточных, чтобы вызвать впоследствии стимуляцию их размножения.

Исследования по миграции радионуклидов в атмосфере показали, что микрочастицы стратосферы из экваториальных широт передвигаются к северу и югу и в районах 30-60° широт поступают в тропосферу, а затем через 1-2 года с осадками выпадают на поверхность Земли. Невольно возникает предположение, что максимумы эпидемий, возникающих, по данным Чижевского, спустя 1-2 года после максимума солнечной активности, связаны с облучением микроорганизмов в стратосфере и их последующей миграцией на поверхность Земли.

Как известно, в клетках, находящихся в покое, эффект облучения может длительно сохраняться до начала их активного размножения. Конечно, это только рабочая гипотеза для дальнейших исследований. Однако она основывается на точно установленных фактах.

Подводя итог всему сказанному выше о действии ионизирующей радиации на биосферу, на различные живые организмы на Земле, можно заключить, что "невидимые лучи" в достаточно высоких дозах несут гибель, лучевую болезнь, тяжелые отдаленные последствия всем живым организмам. Облучение сложного биоценоза, включающего различные виды живых организмов с неодинаковой радиочувствительностью, приведет к вымиранию радиочувствительных организмов, сохранению, а возможно, и усиленному распространению радиоустойчивых представителей флоры и фауны.

Для человека дозы порядка 100 рад и выше уже представляют серьезную опасность. По мере снижения дозы облучения уменьшается вероятность проявления вредных радиобиологических эффектов. Для млекопитающих и человека, как мы видели выше, нет строго научных данных о вреде облучения в дозах ниже 20- 10 рад. Можно с уверенностью утверждать, что дозы в пределах колебаний естественного радиационного фона (а тем более составляющие доли такого фона) не несут прямой опасности для живых организмов, включая и человека. Более того, очень низкие дозы ионизирующей радиации могут стимулировать деление клеток, ускорять рост и развитие, повышать иммунную сопротивляемость организма к неблагоприятным факторам внешней среды, усиливать восстановительные процессы, тем самым они могут быть полезными в ряде случаев и для человека.

Не лишена основания гипотеза (пока еще строго не доказанная), что естественный радиационный фон не только не вреден, но даже необходим для нормального существования биосферы. Следует подчеркнуть, что значительные изменения уровня естественного радиационного фона, хотя они и безвредны и даже полезны для отдельных видов биоценоза, все же мало желательны в силу их возможного воздействия на эволюционно сложившиеся экологические взаимоотношения в нем.