Излучения помогают переделывать природу живых организмов

Есть еще одна область, в которой ядерные излучения, чью разрушительную силу мы уже рассмотрели подробно, могут принести человеку большую пользу. Выше было указано, что естественный радиоактивный фон, являясь одним из активных двигателей прогресса органического мира, обеспечивает возникновение мутаций, новых признаков у организмов, из числа которых механизм естественного отбора сохраняет лучшие.

Но ведь человечество располагает сейчас в миллионы раз более мощными источниками ядерных излучений, чем природа. А вместо естественного отбора может быть применен искусственный. Таким образом, существует принципиальная возможность выведения новых пород растений и животных с помощью излучений. Правда, нельзя не учитывать того обстоятельства, что, пользуясь этим методом, желаемых результатов можно достичь лишь при очень большом объеме исследований и при условии, что гибель тысяч облученных организмов не нанесет ущерба исследованиям.

Честь открытия мутагенного действия лучей Рентгена принадлежит советским ученым Г. А. Надсону и Г. С. Филиппову. Исследованиями этих ученых доказано, что под влиянием ионизирующей радиации в культуре дрожжей появляются клетки, резко отличающиеся от обычных и передающие особенности своего строения по наследству. Последующими работами зарубежных ученых была реально осуществлена задача искусственного получения новых признаков у грибов, одноклеточных, у мушки дрозофилы и других организмов. Но лишь в последние годы радиационная селекция начинает развиваться по-настоящему. Несмотря на столь молодой возраст, новая наука может уже продемонстрировать и первые серьезные достижения.

Известно, что многие мощные антибиотические средства (пенициллин, стрептомицин, ауреомицин, тетрациклин и др.) до сих пор получают биосинтетическим путем при культивировании плесневых и лучистых грибков. Важное значение имеет увеличение "производительности труда" этих мельчайших помощников врача, выведение новых, более продуктивных штаммов грибков. Эта задача успешно решается именно благодаря применению методов радиационной селекции. Из бесчисленного множества грибков-мутантов, полученных в результате облучения, ученые бережно отобрали самых полезных, самых производительных, размножили их и получили новые высокоэффективные штаммы грибков. С получением новых радиационных мутантов и внедрением их в промышленность стоимость пенициллина снизилась в 100 раз, а урожайность штаммов и общий объем производства возросли в 1000 раз. Радиоселекционная работа в этой области продолжается. В нашей стране ее ведет профессор С. И. Алиханян с сотрудниками.

Рис. 19. Колос пшенично-пырейного гибрида - 99 (а) и радиационного крупноколосого мутанта (б)

С помощью методов радиационной селекции ученые добиваются повышения производительности микроорганизмов, синтезирующих не только антибиотики, но и другие биологически активные вещества: аминокислоты, лизин, метионин, глутаминовую кислоту (крайне необходимые для нужд медицины, животноводства, пищевой промышленности), витамины (В₁₂, В₁₅, В₆ и др.), ростовые вещества типа гиббереллина, ферменты и т. п.

Большие исследования по выведению новых высокоурожайных сортов зерновых, бобовых и овощных культур методами радиационной селекции проводятся в Москве, В Сибирском отделении АН СССР, в Академии наук УССР и других научных центрах. В результате этих исследований выявлены так называемые критические дозы (дозы, вызывающие заметное угнетение развития) для большинства культурных растений и ведутся работы по отбору хозяйственно-ценных мутантов (рис. 19).

Благодаря широким многолетним радиоселекционным исследованиям зерновых в Швеции получены новые высокоурожайные сорта ячменя, улучшены хлебопекарные качества зерна и т. д. Шведским ученым с помощью методов радиоселекции удалось в 1000 раз усилить естественный мутационный процесс, а из каждой 1000 мутаций можно отобрать одну-две благоприятные.

В США с помощью радиоселекции получены сорта пшеницы и овса, устойчивые к ржавчине - весьма распространенной и опасной болезни растений, выведены более раннеспелые сорта зерновых и т. п. Достижения радиационной генетики во всем мире столь значительны, что ныне уже ни у кого не вызывают сомнений. Генетики и селекционеры нашей страны, широко пользуясь методами радиационного и химического мутагенеза, получили уже сотни новых хозяйственно ценных мутантов. Большинство из них дает начало новым высокоурожайным сортам пшеницы, ячменя, ржи, кукурузы и других культур. Радиационная генетика и селекция в нашей стране могут записать в свой актив и новые сорта картофеля, устойчивые к заболеваниям, и хлопчатник с крупными коробочками, дающий на 15% больше волокна, и сорта пшеницы с толстым неполегающим стеблем, устойчивые против ржавчины и других вредителей. Работы в области радиационной селекции только еще разворачиваются, и в ближайшем будущем от этой науки следует ждать новых больших достижений.

Радиация и некоторые химические мутагены типа колхицина обладают способностью в определенных условиях так нарушать деление клетки, что оно остается незаконченным: хромосомы разделились, а клетка нет. С помощью воздействий удается получить растения, все клетки которых содержат в два-четыре раза больше хромосом, чем исходные формы. Искусственное или естественное увеличение числа наборов хромосом получило название полиплоидии. Растения-полиплоиды обычно бывают более выносливыми и жизнеспособными, дают более высокий урожай. Интересно, что такие культурные растения, как пшеница, картофель, хлопчатник, многие плодовые растения - это естественные полиплоиды. Очевидно, наши предки подметили ценные свойства некоторых растений - "уродов", появившихся в результате естественного мутирования, и вывели на их основе новые культурные сорта. Современная генетика, получающая искусственно полиплоидные организмы и выводящая таким образом высокоурожайные сорта сахарной свеклы, пшеницы и других культур, в сущности следует законам и возможностям природы.

Достижения радиационной генетики применительно к животным гораздо скромнее. Здесь менее удобно воздействовать на половые клетки, труднее культивировать и искусственно скрещивать их. Животные развиваются и растут гораздо медленнее, чем культурные растения, поэтому отбор полезных мутантов, их выращивание и испытание требуют нередко десятков лет. И все же некоторые успехи достигнуты и в этой области.

Последние годы большим успехом на международном рынке пользуется мех норки, особенно мех необычной окраски - белой, зеленой, ярко-желтой и т. п. Исследования сибирских генетиков позволили в короткий срок создать ферму по размножению норки и выведению новых ее - пород с экзотической окраской меха. Закономерности наследования цвета шерсти хорошо изучены, и это облегчило задачу ученым.

Применяя малые дозы рентгеновских и гамма-лучей (порядка 1 - 2 р), ученые сумели увеличить с их помощью выводимость птенцов сельскохозяйственной птицы. Очевидно, как и при облучении семян, небольшая степень дезорганизации обмена веществ способствует усилению и ускорению процессов развития. Интересно, что куры, развившиеся из облученных зародышей, обладают более высокой (на 10 - 13%) яйценоскостью, что может дать большой экономический эффект.

С помощью ядерных излучений удастся достичь нового значительного прогресса и в сельском хозяйстве - отрасли, казалось бы, бесконечно далекой от физики и радиобиологии. Есть все основания надеяться, что в ближайшие годы с помощью методов радиационной селекции будут получены новые породы не только растений, но и животных, что ядерные излучения еще не раз проявят себя как друг и помощник человека.