За несколько минут до начала 2001 года

За несколько минут до начала 2001 года

И в небе, и в земле сокрыто больше,
Чем снится вашей мудрости, Горацио. 

В. Шекспир

Надо уметь предвидеть, чтобы планировать развитие науки даже на ближайшие годы. Прогнозирование будущего науки на десятилетия вперед - трудная задача. Истории известны случаи, когда прогресс, казалось бы, в далекой от биологии отрасли знаний приводил к ее бурному развитию.

Радиобиология сначала развивалась под лозунгом: достижения биохимии, биофизики, математики и медицины - для радиобиологии. Следующим этапом ее развития было: радиобиология - для медицины, биологии, сельского хозяйства, биохимии, генетики...

Сейчас, когда радиобиология возмужала и окрепла, наступило творческое равновесие: успехи в одних областях знаний вызывают развитие в других. И наоборот. Например, разгадка строения дезоксирибонуклеиновой кислоты позволит в будущем "оперировать" эту молекулу микроскопически тонким пучком квантов энергии.

Жизнь вносит существенные изменения в любые прогнозирования. Некоторые проблемы решаются быстрее, другие проявляют удивительное "упрямство". "Отвратительная тайна",- сказал однажды Чарлз Дарвин про одну из таких проблем. "Отвратительно" то, чего мы не можем разгадать, несмотря на очевидность факта.

Итак, будущее радиобиологии. Какое оно?

Молекулярная радиобиология - это как раз то направление современной радиобиологии, чьи успехи в ближайшие три десятилетия будут, пожалуй, наиболее поразительными. К началу третьего тысячелетия нашего летосчисления интенсивно разовьется новое научное направление - генетическая инженерия. Что это такое и каковы будут успехи молекулярной радиационной радиобиологии в связи с этим?

Сравнительно недавно появились первые обнадеживающие работы, связанные с проблемами молекулярной инженерии. Хорошо известно, что существуют бактерии, способные усваивать азот из воздуха и переводить его в состав органических молекул. У этих бактерий имеется ген, ответственный за процесс усвоения азота из воздуха. В этой же группе бактерий есть организмы, которые не способны усваивать азот, они лишены соответствующего гена. Однако если выращивать вместе те и другие микроорганизмы, то способность усваивать азот воздуха передается от одних бактерий к другим. Значит, микроорганизмы способны обмениваться своей генетической информацией. Но если микробы проделывают это сами, то, наверно, это можно делать и по желанию человека, искусственным путем. Сегодня специалисты по молекулярной биологии постигают механизмы этого явления. Молекулярная инженерия делает свои первые робкие шаги.

К 2000 году специалисты по молекулярной радиобиологии не только найдут ген радиоустойчивости и радиочувствительности, но, вполне возможно, научатся легко пересаживать эти гены от одного организма к другому.

Можно утверждать, что во всех будущих космических кораблях, отправляющихся в отдаленные уголки нашей Галактики, будет создана замкнутая система жизнеобеспечения. В таких системах ничего "не пропадает". Углекислота, которую выдыхают космонавты, поглощается растениями, растения же нарабатывают кислород. Белок, углеводы и жиры растений используются как пищевой продукт. И так далее. Иными словами, будет создан "круговой цикл". Так вот, во всех таких кораблях водоросли, которые будут использоваться как пищевой продукт,- возможно, будут детищем ионизирующей радиации. Не исключено, что им всем будет пересажен и ген радиоустойчивости. А высокая скорость роста, необыкновенно большее содержание белка, углеводов и жировых веществ - все это будет результатом радиоселекции.

Основой успехов радиоселекции послужат достижения молекулярной радиобиологии, понимание механизмов различной радиочувствительности клеток.

Радиобиологи уже давно обнаружили интересное явление. Оказалось, что все живые организмы обладают совершенно различной радиочувствительностью. Например, большинство млекопитающих животных погибают, если их облучают в дозе 1000 рентген, а многие растения эту дозу переносят сравнительно легко. Среди живых организмов обнаружили настоящих "чемпионов радиоустойчивости". Некоторые виды инфузорий выживали в 50 процентах случаев при дозе 300 000 рентген!

Следовательно, в радиоустойчивых организмах существуют биохимические, биофизические и генетические системы, которые обеспечивают их устойчивость к проникающей радиации. Может быть, это мощные ферментные системы восстановления повреждений. Ферменты, работающие как "скорая помощь" или "аварийная бригада".

Можно с достаточным основанием предполагать: примерно к 1990 году ученые проведут работы по сравнительной радиационной биохимии. Иными словами, они выяснят, в чем состоит особенность дезоксирибонуклеиновой кислоты у животных и растений, отличающихся различной радиочувствительностью. Что характерно в их строении, обмене, синтезе и распаде. Все эти данные будут закодированы на специальных карточках и переданы для математического анализа. И через некоторое время счетно-решающие машины дадут исчерпывающий ответ. Генетический "секрет" радиоустойчивости будет разгадан.

Несколько позже закончатся исследования по расшифровке механизма действия "починочных" ферментов. Ученые уже установили: у более "радиоустойчивых" животных действуют более мощные ферментные системы восстановления. А если это так, значит, должны существовать и гены, отвечающие за образование этих ферментов восстановления. Поэтому не исключено, что пересадка генов радиоустойчивости простейшим организмам к 2001 году станет довольно обычным методическим приемом радиационной молекулярной радиобиологии.

К началу третьего тысячелетия или несколько позже возникнут новые научные направления, которые будут разрабатываться в международных научно-исследовательских центрах. И среди них будет Международный центр по изучению проблем космической радиобиологии. К этому времени станет близкой проблема биологического освоения планет Солнечной системы. И в первую очередь Марса и Венеры. Давайте пофантазируем и представим себе, как эту проблему смог бы изложить будущий космический радиобиолог.

"Лет тридцать тому назад,- начнет свой рассказ этот ученый, - в научно-исследовательских институтах существовало много различных по научному профилю лабораторий, каждая из которых разрабатывала "свою" научную тематику. В нашем Международном центре по изучению проблемы космической радиобиологии действует другой принцип научной организации труда. У нас имеются научные работники всех без исключения специальностей. И когда возникает какая-либо научная проблема, Совет экспертов выясняет, специалистов каких профилей необходимо привлечь для ее решения. Конечно, при разработке космических проблем стараются в первую очередь привлечь специалистов, знакомых с космосом. Когда назрела необходимость биологического освоения Марса, Совет экспертов привлек к работе и космических радиобиологов. Я читал в старых фантастических рассказах, написанных лет сорок назад, что на планете Марс жители Земли мечтали создать микрогорода или поселения под огромными колпаками, полностью изолированные от марсианских внешних условий. Надо признать, что возможность создания таких поселений на Марсе сегодня в принципе имеется. Более того, вы знаете, что поисковые отряды там уже живут. Но проблема "очеловечения" Марса так решена быть не сможет. Она неосуществима даже по экономическим соображениям. Мы избрали другой путь - биологическое завоевание Марса. И для нас это сделают микробы. Вот посмотрите. В этих куполообразных зданиях, похожих на ангары, созданы условия, предельно близкие к марсианским. Марсианская атмосфера, марсианский климат и почва, марсианская смена дня и ночи, и именно тот радиационный фон, который существует на этой планете. Даже марсианские затяжные пылевые бури... И несмотря на все эти неземные условия, бактерии живут и стремительно размножаются. Но эти бактерии не обычные, на нашей планете вы их не найдете. Они - результат длительной работы специалистов по радиационной селекции, генетической инженерии и теоретической биологии. Подсаживая соответствующие гены к старым, земным формам бактерий, а затем с помощью радиоселекции удалось создать новые микроорганизмы, которые способны выделять кислород непосредственно из марсианских почв. Для этих марсианских бактерий кислород представляет собой нечто вроде "отходов производства", как говорили наши прадеды и прабабушки. Эти бактерии, выращенные на Земле, будут затем забрасываться космическими кораблями на Марс и рассеиваться над его поверхностью. Лишенные биологической конкуренции, земные пришельцы начнут бурно размножаться и выполнять работу, которая сейчас непосильна человеку. Я думаю, что в самое ближайшее время Совет экспертов будет располагать информацией о сроках, когда содержание кислорода в марсианской атмосфере будет приближаться к земной.

Теперь взгляните на эти сферические корпуса экспериментальных лабораторий. В них созданы условия другой планеты - Венеры. Пожалуй, условия существования для микроорганизмов здесь еще более далекие от земных. И несмотря на это, наши специалисты-радиоселекционеры и генетики создали микроорганизмы, способные жить и развиваться в условиях высоких температур и давлений и генерирующие кислород из углекислого газа. Правда, работа еще не вышла из стен лаборатории, и главное усилие специалистов по радиационной селекции направлено на повышение скорости роста этих бактерий. Эти организмы созданы искусственным путем: собраны из различных составных частей, принадлежащих различным видам, к которым подсаживали соответствующие гены. Например, гены, ответственные за синтез белков-ферментов, способных работать при высоких температурах. И наши ученые с уважением вспоминают одного из пионеров генетической инженерии Джеймса Даниэлян, который еще в 1969 году вместе со своими сотрудниками сделал блестящую по мастерству работу. Он брал одноклеточный организм - амебу, разделял ее на составные части - ядро, оболочку, внутриклеточное содержимое. Взятые порознь, эти части не обладали функциями живых организмов. Но Даниэлян удалось снова собрать живой организм из составных частей клеток, принадлежащих различным амебам! И вот сегодня,- закончит свой рассказ будущий космический радиобиолог,- метод пересадки составных частей клеток стал обычным методическим приемом работы специалистов по радиационной селекции и космической радиобиологии".

Существуют направления радиобиологии, где пульс предстоящих открытий чувствуется сильнее. Например, радиационная генетика. Какие открытия ожидают нас в этой области естествознания к 2001 году?

В ближайшие десять - двадцать лет, опираясь на достижения радиационной генетики, будут выведены сотни сельскохозяйственных растений, устойчивых к заболеваниям и неблагоприятным условиям погоды. Растения, которые вызревают раньше своих родителей. Зерновые культуры, чье потомство имеет больше зерен, чем у родителей. Хлопчатник, устойчивый к заболеванию, называемому "вилтом"; раньше раскрывающий коробочки и теряющий листья. Ионизирующая радиация поможет вывести овощи и фрукты, содержащие больше витаминов, Сахаров, крахмала...

Проникающие лучи помогут не только улучшить существующие сорта растений, цветов, фруктов и овощей, но и создать новые, которых раньше не было. Научившись синтезировать искусственным путем пищевые белки, жиры и сахара из нефти, газа и каменного угля, человек никогда не откажется от даров природы. Можно не сомневаться, например, что будут выведены более медоносные пчелы, более устойчивые к заболеваниям, более неприхотливые.

Вы были в тундре в июле, когда над ней стоит немеркнущее заполярное солнце? В тихую безветренную погоду тундра заполняется зловещим звоном комаров. Тяжело становится геологам и буровикам, ищущим нефть. Клянут гнус - проклятье тундры и тайги - рабочие приисков и оленеводы.

В ближайшие три десятилетия энтомологи - специалисты по насекомым, радиационные генетики и радиобиологи разработают биологические методы борьбы с кровососущими насекомыми. Можно будет искусственным путем, в заводских условиях, вывести самцов насекомых, которых в обиходе называют гнусом или мошкой. Самцов стерилизуют - подвергают ионизирующей радиации, то есть полностью подавят деятельность их половых желез. А потом рассеют из вертолетов над тундрой. Стерильные самцы спарятся с самками, но потомства не будет. Этот вид насекомых окажется обреченным. Фантастично? Пока - да. Беспочвенно? Уже нет. Сейчас таким методом борются с некоторыми видами насекомых - вредителей садов.

В ближайшие два десятилетия радиационная медицина будет располагать большим арсеналом источников ионизирующей радиации. При этом максимальная плотность ионизации будет создаваться только в заданном участке ткани. Только там, где нужно, где расположена злокачественная опухоль. Здоровые участки ткани перед опухолью и за ней будут страдать очень мало. Будут получены соединения - радиосенсибилизаторы, резко ускоряющие и усиливающие действие проникающих радиации. И не только это. Будут найдены именно такие лекарства, которые особенно "предрасположены" проникать в ткань опухоли. В эти лекарства можно будет ввести радиоактивный изотоп. Тогда, замешавшись "в толпе" нормальных молекул, эта молекула-диверсант проникнет в раковую ткань, включится в ее обмен. И радиоактивный изотоп этой молекулы начнет в раковой клетке свою благородную деятельность.

Человек быстро привыкает даже к сенсационным открытиям в науке и технике. Сообщения об очередном запуске искусственного спутника Земли стали занимать всего несколько строчек в газете.

К 2001 году полеты человека в космическом пространстве станут обычным делом. Поэтому важность проблемы химической защиты человека от вредного действия ионизирующей радиации возрастает. Таблетки, продуманный пищевой рацион будут защищать в значительной степени экипаж космических кораблей во время радиационной опасности. А она будет существовать. Во время вспышек на Солнце радиационный фон может возрастать в сотни и тысячи раз!

В ближайшие три десятилетия автоматические космические разведчики детально исследуют все планеты Солнечной системы. Радиационная обстановка на всех планетах станет известной ученым - ее естественный радиационный фон, на который наслаивается космическое излучение. Но автоматы еще не заменят человека. И в случае необходимости экипажи космических кораблей будут пользоваться "таблетками от радиации". Каждая таблетка - это целый набор лекарств. Каждое лекарство - это конкретное химическое соединение, и механизм его действия связан с защитой определенной биологической системы. Например, химическое соединение, защищающее систему кроветворения от поражающего действия проникающей радиации; химические вещества, предупреждающие повреждение молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты. Радиозащитные вещества, способствующие процессам восстановления. А главное, будут найдены противолучевые лекарства, механизм действия которых будет основываться на четких знаниях законов радиационной химии, радиационной физики и радиационной биохимии.

В начале шестидесятых годов нашего века в Советском Союзе была пущена первая в мире атомная электростанция мощностью 5000 киловатт. А к 2001 году, как предсказывают ученые, мощность атомных электростанций на нашей планете составит сотни миллионов киловатт. Атомная энергия войдет в наш быт и станет такой же обыденной, как красавец лайнер, проплывающий сегодня в голубом океане неба.

Несмотря на исключительно высокие технические достижения в ближайшее десятилетие, еще нельзя будет полностью исключить возможность поражения человеческого организма ионизирующей радиацией. Конечно, только в результате редкого несчастного случая. Но лучевая болезнь уже будет побеждена.

В ближайшем будущем машины будут ставить диагнозы заболевания

Можно представить несколько подходов к проблеме лечения лучевой болезни и восстановления физиологических функций облученного организма. Если молекулы повреждаются в результате облучения, то всегда можно предполагать, что будут найдены химические соединения, способные восстанавливать эти повреждения.

А вот другая возможность. Как бы много клеток после облучения ни погибло, оставшиеся в живых через некоторое время начинают интенсивно делиться и замещать погибшие. Способность к самовосстановлению, пожалуй, одно из самых примечательных качеств живых организмов. Если это так, то заманчиво создать такие условия в организме, чтобы во время облучения сохранить островки неповрежденных клеток. Кстати говоря, такой тип восстановления очень характерен для кроветворной ткани.

Но может быть, проще хранить отдельно от организма клетки кроветворной ткани и в случае лучевого поражения человека "подсаживать" их пострадавшему?

А тканевая несовместимость? Организм "хозяина" будет в конечном итоге активно бороться с клетками - "чужеземцами". К началу третьего тысячелетия проблема пересадки ткани от одного организма к другому будет в принципе решена. И решение это, вероятно, будет комплексным. Будут найдены химические соединения, которые смогут подавлять способность организма "хозяина" вырабатывать вещества против пересаженных кроветворных клеток. Одновременно с этим научатся неограниченно долгий срок сохранять и консервировать живые клетки кроветворных органов. И, что особенно важно, научатся выращивать и нарабатывать в необходимом количестве кроветворные клетки вне организма. Но и эти методы борьбы с лучевой болезнью будут не единственными. Появятся новые, основанные на других принципах.

В середине семидесятых годов нашего века появились первые экспериментальные работы о биофизических методах лечения облученных животных. Было обнаружено необычное явление. Если мелких животных, облученных ионизирующим излучением в дозах, не приводящих к поголовной гибели, помещать в постоянное магнитное поле и выдерживать там определенное время, то процент выживших животных возрастает. Постоянное магнитное поле каким-то образом нормализует биохимические процессы.

Тонкий физический смысл этого явления будет разгадан в ближайшее десятилетие. В следующее десятилетие биофизические методы лечения лучевых поражений войдут в клиническую практику.

К 2001 году ученые составят подробные биохимические таблицы, в которых будут детально описаны все изменения обмена веществ в зависимости от дозы излучения. Широко будут использоваться бескровные методы биохимического анализа: автоматический анализ всех Соединений в выдыхаемом воздухе, слюне и т. д. Оператор заложит показатели биохимических изменений в счетно-решающее устройство, и через несколько секунд автомат даст четкий ответ о дозе облучения.

Но это будет только небольшая часть полученной информации. Постановка диагноза заболевания с помощью машины станет обычным методическим приемом, используемым в больницах будущего. Машина не только поможет установить степень лучевого поражения, но и посоветует наиболее выгодную схему лечения.

Будущее науки необозримо. И невиданные достижения радиобиологии в ближайшие три десятилетия будут зависеть от прогресса физики и химии, математики и медицины, техники и биологии.

Великий физик Эрнст Резерфорд на лекции, посвященной истории открытия радиоактивности, сказал: "Наука зависит не от идей отдельного человека, а от объединенной мудрости тысяч людей, размышляющих над одной и той же проблемой, и каждый вносит свою небольшую лепту в великое здание знания, которое постепенно воздвигается".

Наш рассказ о радиобиологии подошел к концу. Мы узнали кое-что об этой науке, рожденной атомным веком, и заглянули в ее завтрашний день. Говоря о будущем радиобиологии, мы почти наверняка, но без злого умысла, преуменьшили ее возможности. И если у кого-нибудь в связи с этим возникнут сомнения, тогда давайте встретимся накануне 2001 года и поговорим.