4. БІОЛОГІЧНІ ЕФЕКТИ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НА РОСЛИН І ТВАРИН

2. Радіаційна стимуляція

Радіаційна стимуляція – це прискорення росту і розвитку організму при дії на нього іонізуючого випромінювання в дозах, в десятки,  а іноді й сотні разів нижчих за ті, що викликають гальмування цих процесів.

Радіаційна стимуляція рослин. Описаний вперше французькими дослідниками М. Мальдінеєм і К. Тувіненом в 1898 р., тобто лише через три роки після відкриття рентгенівських променів, ефект прискорення проростання опроміненого рентгенівськими променями насіння привернув увагу багатьох дослідників, які працювали з іонізуючими випромінюваннями. І в наступні роки з'явилась велика кількість робіт, присвячених радіаційній стимуляції рослин. Більшість їх проводилась на чисто емпіричній основі без знання і розуміння чисельних факторів, суттєвих для проявлення стимулюючої дії  випромінювання, що, звичайно, часто приводило до суперечливих результатів.

Експериментальний матеріал, одержаний в останні десятиліття з використанням нових методичних підходів, детальним обліком величини дози, типу випромінювання, індивідуальної радіочутливості об'єкту та ряду інших супутніх факторів беззаперечно довів існування ефекту радіаційної стимуляції. І в умовах звичайної радіобіологічної лабораторії можна підібрати для будь-якого виду насіння, проростків, пилку дозу рентгенівського або γ-випромінювання, при якій вдається спостерігати ефект радіаційної стимуляції в тій чи іншій формі, наприклад, прискорення росту рослин.

Ці дози варіюють в досить широких межах як для насіння, так і для проростків, що залежить не тільки від виду культури, а і від сорту і навіть партії насіння. При цьому для проростків і вегетуючих рослин вони, як правило, в декілька разів, а іноді і на порядок нижче, ніж для насіння. 

Стимулюючу дію радіації за швидкістю росту рослин реєструють, як правило, тільки протягом перших 4–6 днів. Ріст рослини – це відображення процесів поділу і розтягнення його клітин. Тому при стимулюючих дозах повинно спостерігатися прискорення цих процесів. Дійсно,  в  періоди  максимальної  стимуляції росту відзначається збільшення кількості мітотичних клітин у меристемах.

Ефект радіаційної стимуляції спостерігається не тільки при одноразовому опроміненні насінин або рослин, а й при хронічному, коли рослина опромінюється протягом всього вегетаційного періоду. Так, американські дослідники із Брукхейвенської Hаціональної лабораторії  у США спостерігали в умовах гамма-поля стимуляцію росту рослин левової пащі (ротики садові) при потужності дози 2,3–2,85 Гр/доб. Потужність дози досить висока. Не дивно, що при трохи більшій – 3,3–4 Гр/доб – вони відмічали пригнічення росту,

Група російських дослідників під керівництвом Л.П. Бреславець при опроміненні рослин кукурудзи і гречки протягом всього вегетаційного періоду спостерігали стимулюючий ефект при значно меншій потужності випромінювання – лише 0,00019–0,025 Гр/доб. Якщо вважати, що, як згадувалось у розділі 3, потужність природного радіаційного фону в середньому складає величину порядку 10 мкР/год, тобто 0,0000024 Гр/доб, то збільшення його в 100 разів може привести до стимуляції росту рослин.

Є підстави вважати, що незвичайно високий урожай озимих зернових культур в Україні, особливо у північній частині, в 1986 р. був наслідком радіаційної стимуляції за рахунок підвищеного радіаційного фону, викликаного аварією на Чорнобильській АЕС. Такої думки дотримуються і деякі радіобіологи інших країн, зокрема Білорусі, Угорщини, Болгарії, де також того року був відмічений різкий стрибок врожайності деяких сільськогосподарських культур, який важко пояснити іншими причинами.

Які ж механізми ефекту радіаційної стимуляції у рослин, чому під впливом малих доз іонізуючої радіації їх клітини швидше діляться, зумовлюючи в подальшому прискорення росту і розвитку рослин? На жаль, дати однозначну відповідь на це питання непросто. Радіобіологи, які вивчали радіаційну стимуляцію на молекулярно-біохімічному рівні, показали, що опромінення рослин веде до активації багатьох процесів обміну: посилюється синтез нуклеїнових кислот, білків, гормонів, підвищується активність деяких ферментних систем, посилюється надходження в рослини елементів живлення, підвищується інтенсивність фотосинтетичного фосфорилювання і відповідно фотосинтезу та багатьох інших. Але все це наслідок. Що ж первинне?

Ефект стимуляції зовсім не є якоюсь унікальною властивістю іонізуючої радіації. І за допомогою деяких інших як фізичних, так і хімічних чинників можна індукувати  прискорення ростових процесів. В рослині існує дуже чутливий до всякого роду факторів фітогормональний комплекс речовин-активаторів і інгібіторів росту, зміна вмісту яких або зміна співвідношення між якими може приводити до стимуляції або гальмування ростових процесів. І вплив на ріст рослин пов'язаний в першу чергу з впливом на цей комплекс. Іонізуюча радіація в цьому відношенні не є винятком. Доведено, що під впливом стимулюючих доз в рослинах збільшується вміст фітогормонів-активаторів росту – ауксинів, гіберелінів і цитокінінів, які зумовлюють активацію метаболічних процесів, що зрештою  приводить до прискорення росту і розвитку рослин. Посилення ж активності фітогормональної системи є, на думку О.М. Кузина (1977), результатом неспецифічної дерепресії і активації під впливом іонізуючої радіації певної групи генів.

В останні роки в радіобіологічній  літературі все частіше став з'являтися новий термін "радіаційний гормезис", яким позначається не що інше, як радіаційна стимуляція. Акцентування уваги в позначенні ефекту на стані гормональної системи (термін "гормезис" утворений від слова "гормон") вказує на те, що саме змінам в роботі цієї ланки метаболізму під впливом малих доз іонізуючої радіації приділяється головна роль.

Радіаційна стимуляція тварин. Про стимулюючу дію іонізуючих випромінювань на тваринний організм можна судити за тими ж критеріями, що і при опроміненні рослин, тобто прискоренню чи посиленню під впливом опромінення таких функцій як ріст, розвиток, продуктивність.

Найбільш цікавими слід вважати досить чисельні дослідження з опромінення у стимулюючих дозах курячих яєць, курчат і курей. Показано, що опромінення яєць до інкубації в дозах від 0,01 до 0,05 Гр веде до помітного збільшення виводжування курчат, зменшення відходу курчат в подальшому, прискорення на 10–12 днів початку періоду яйценосності, збільшення яйценосності в цілому. Опромінення курчат в дозах до 0,25 Гр приводить до збільшення їх виживання, прискорення процесів росту, статевого дозрівання, початку яйцекладки. Опромінення   дорослих курей в дозі 0,05 Гр за даними деяких дослідників веде до збільшення яйценосності на 18%.

Достовірних даних про радіаційну стимуляцію ссавців небагато. Показано, що хронічне опромінення щурів при потужності дози 0,002 Гр/год веде до підвищення їх плодючості: кількість народжених щуренят більш ніж в два рази перевищувала таку в контрольній групі. Спостерігали також прискорення росту, збільшення абсолютної маси тіла і стимуляцію функції відтворення у мишей, які протягом всього життя одержували їжу, що містила деяку кількість радіонуклідів.

Більш визначені результати по стимуляції плодючості під впливом опромінення у малих дозах були отримані в експериментах зі спермою риби, ікрою та личинками. На великому матеріалі показана стимуляція розвитку ембріонів прісноводних риб, культивованих в умовах γ-опромінення: личинки накльовувались на 9–11 днів раніше, ніж в контролі.                       

Даних про радіаційну стимуляцію людини як цілісного організму немає. Але є дані про прискорення швидкості поділу і росту клітин людини, зокрема широко відомого штаму HeLa в умовах культури при опроміненні в дозах 0,05–1 Гр. Це дає певні підстави вважати, що малі дози іонізуючої радіації і у людини можуть викликати стимуляцію роботи деяких систем.

Радіаційна стимуляція мікроорганізмів. Є дані про те, що хронічне γ-опромінення кишкової палички, аспергілюса, азотобактера при потужності дози 0,03–0,6 Гр/год стимулює їх ріст і діяльність. При гострому опроміненні стимуляція проявляється при дозах порядку декількох десятків і сотень грей.

Завершуючи розділ про радіаційну стимуляцію, варто відзначити, що не дивлячись на досить великий експериментальний матеріал, який однозначно доводить існування цього явища, далеко не всі радіобіологи вважають його достатньо очевидним. Деякі, враховуючи незадовільну відтворюваність результатів стимулюючого ефекту, відсутність достатньо аргументованих пояснень його механізмів, ставлять під сумнів його існування, розцінюючи це явище як артефакт. Інші вважають, що при опроміненні в малих дозах не відбувається прямого стимулювання, а ефекти, які спостерігаються, є результатом певних пошкоджень і подальшої ініціації процесів, які мають компенсаторний характер.

Буквально з дня відкриття протягом вже більш як століття інтерес до радіаційної стимуляції систематично переживає підйоми і спади. В найостанніші роки знову відмічається черговий спалах інтересу до проблеми. Разом із введенням нового терміну "радіаційний гормезис" знову з'явилась велика кількість робіт про вплив малих доз іонізуючої радіації на прискорення росту, розвитку, збільшення маси різних органів у рослин, на активацію окремих сторін метаболізму, активність різних систем у тварин та інші. На жаль, глибоких робіт, щоб пояснювали причини гормезису, так і немає.