Що вивчає радіобіологія

Іонізуюча радіація оточує нас усюди. Потужний розвиток ядерної енергетики створило умови для широкого отримання штучних радіоактивних ізотопів. Радіоактивні речовини утворюються також в результаті атомних вибухів і випадають у вигляді радіоактивних опадів. Радіобіологія - наука, що вивчає дію іонізуючих випромінювань на біологічні об`єкти, способи захисту від її шкідливої дії і можливості практичного використання випромінювань в різних областях медицини, сільського господарства та біології.

У деяких районах земної кулі зустрічаються місця, де рівень радіаційного фону дещо підвищений. Це пов`язано з тим, що тут з різних причин відбувається концентрація природних (уран, радій, торій) або штучних (стронцій, цезій) радіоактивних речовин на поверхні Землі. Особливий розділ радіобіології - радіоекологія - вивчає розподіл радіоактивних елементів в природних умовах, їх накопичення, переміщення і дію на тварини і рослинні організми.

Іонізуючі випромінювання, що виникають при радіоактивному розпаді, мають різні властивості. Альфа-частинки являють собою двічі іонізовані ядра гелію. Вони складаються з двох протонів і двох нейтронів, несуть два позитивних заряду і мають масу 4. Бета-частинки, що представляють собою потік електронів, мають негативний заряд і дуже малу масу. Гамма-кванти - це фотони жорсткого електромагнітного випромінювання. Вони не мають заряду. Маса спокою гамма-квантів дорівнює нулю.

При опроміненні живих організмів альфа-, бета-частинками і гамма-квантами в їх тканинах відбувається іонізація, яка приводить в подальшому до великих змін в обміні речовин, в спадкових властивостях. Найважливіша особливість радіаційних випромінювань в тому, що альфа-частинки, бета-частинки і гамма-кванти, володіючи однаковою енергією, мають різну довжину пробігу і здатні викликати різну ступінь іонізації:

Біологія вивчає реакції, що відбуваються в організмі, облученном іонізуючоїрадіацією. Радіобіології встановили, що біологічна дія іонізуючої радіації в великій мірі залежить від виду частинок і їх енергії, поглиненої в живу речовину. Ось чому в радіобіології приділяється велика увага точному виміру інтенсивності і дози іонізуючого випромінювання здійснюватиме.

Для вимірювання радіоактивності служить одиниця, звана кюрі - на честь французьких дослідників, які відкрили явище радіоактивності. 1 кюрі - це така кількість радіоактивної речовини, в якому відбувається 3,7 * 10¹⁰ розпадів в секунду. Є і менші одиниці: мілікюрі, мікрокюрі. Кількість гамма-квантів і рентгенових променів вимірюється в інших одиницях - рентгенах (Р). Для вимірювання енергії іонізуючої радіації, поглинутої одиницею маси речовини, що опромінюється, використовується особлива одиниця - рад. Доза в 1 рад відповідає кількості поглиненої енергії в 100 ерг / г. Для повітря при експозиційній дозі в 1 Р поглинена доза дорівнює 0,88 рада.

Таким чином, перед радіобіологією стоять важливі завдання: по-перше, точно виміряти дозу іонізуючого випромінювання, що потрапляє в організм-по-друге, вивчити сама дія іонізуючих променів на живі організми- по-третє, знайти засоби і методи для захисту живих організмів (в особливості людей) від шкідливої дії радіаціі- по-четверте, знайти способи для використання іонізуючих випромінювань в народногосподарських і лікувальних цілях.

Відео: Дубно

Радіобіології виявили, що опромінення викликає різні зміни в організмі тварин, рослин і мікроорганізмів. Причому велике значення має тривалість опромінення, його енергія, а також фізіологічний стан організму (чи будуть це насіння або проростки рослин, молоді або дорослі тварини).

В основі біологічної дії іонізуючої радіації лежить її здатність викликати утворення іонів в організмі. При цьому в клітинах і тканинах організму, і особливо в їх генетичних структурах - хромосомах ядра, відбуваються великі зміни (див. Ст. «Спадковість»). Вчені встановили, що чутливість організмів до радіації дуже різна. Так, середня доза, при якій організм гине, у тварин складає 200- 1000 рад (у комах -1000 - 100000), у рослин - 1000 - 150000, у мікроорганізмів - До 1000000 рад.

Під дією радіації змінюються клітини і тканини організму, порушується обмін речовин, в результаті чого пригнічується ріст, з`являються організми, відмінні від нормальних, звані мутантами. Велика частина мутантів гине, але у що залишилися в живих можуть спостерігатися властивості, корисні для людини (див. Т. 6 ДЕ, ст. «Нові шляхи в селекції рослин»).

Отримувати радіомутанти можна при опроміненні сухого насіння в лабораторії або при тривалому опроміненні рослин на спеціальному полі (гамма-поле), де встановлено джерело іонізуючої радіації. На такому полі висаджують різні культури - пшеницю, ячмінь »горох, суницю, яблуні, груші - і опромінюють їх безперервно протягом усього вегетаційного періоду. За час такого тривалого опромінення рослини отримують різні дози радіації. Оскільки радіоактивне випромінювання дуже небезпечно для людини, гамма-поле огороджують, охороняють і встановлюють спеціальні щити зі знаком, що вказує, що там знаходиться радіоактивна зона. При необхідності джерело іонізуючої радіації автоматично закривається і за допомогою особливого пристрою занурюється в глибокий підземний колодязь. У цей час дослідники збирають зразки рослин для аналізу, урожай насіння і плодів.

Дуже важливо, що іонізуюча радіація використовується для боротьби з шкідниками сільськогосподарських рослин. Виявилося, що дорослі комахи-шкідники стійкі до опромінення і смертельні дози радіації для них складають сотні тисяч радий. Однак їх яйця і личинки гинуть при значно менших дозах опромінення. Наприклад, якщо зерно перед завантаженням в елеватор на зберігання опромінити дозою 10 000 радий, то яйця і личинки довгоносика комори НЕ будуть розвиватися і зерно можна зберігати без втрат. Опромінене зерно безпечно для людини, і його можна використовувати в їжу, але для посіву воно не годиться. У радіобіології використовуються не тільки великі, а й малі дози іонізуючої радіації. Виявилося, що малі дози радіації в деяких випадках прискорюють ріст рослин і тварин, т. Е. Мають стимулюючий вплив. Є дані, що у рослин в результаті стимуляції збільшується вміст вітамінів, прискорюються процеси обміну, підвищується врожайність, скорочуються терміни дозрівання плодів. Стимулюючі дози радіації для різних видів і сортів сільськогосподарських рослин не однакові і коливаються від 100 до 4000 рад. Всі ці явища ще вимагають ретельного і всебічного вивчення.

Стимулююча дія невеликих доз радіації відзначається не тільки для рослин, але і для інших організмів. Але тварини дуже чутливі до опромінення, і тому стимулюючі дози для них в сотні разів менше, ніж для рослин. Наприклад, при опроміненні яєць, які перебувають в інкубаторах птахофабрик, дозою 1-2 рада вже відзначається позитивний ефект: збільшується кількість вилупилися курчат, а виросли з них кури мають більшу яйценоскостью - за рік вони дають більше яєць, ніж неопромінені.

Особливе значення в радіобіології мають мічені атоми, або ізотопні індикатори. Таку назву дано ізотопів, головним чином радіоактивним, тому що, розпадаючись, вони як би самі себе виявляють, відзначають свій шлях. Якщо радіоізотопи в складі якого-небудь речовини ввести в організм, то по часткам, що випускаються під час розпаду ізотопу, можна дізнатися про перетвореннях і переміщеннях в організмі даного речовини. Тому вчені широко використовують радіоізотопи, щоб дізнатися, що відбувається в організмі з різними солями, поживними речовинами, як засвоюються добрива рослинами і молоко молодняком тварин і багато інших процесів, що відбуваються в живих організмах. Розповімо лише про деяких роботах, проведених за допомогою радіоізотопів.

Так, наприклад, з`ясовані деякі особливості в життя бджіл. Бджіл мітили радіоактивним фосфором (<sup>32</sup>Р), який додавали в цукровий сироп, що з`їдається комахами. Отлавливая бджіл на різних відстанях від вулика, можна було встановити дальність і швидкість польоту бджіл, розподіл їх на дослідній ділянці, де вони відвідують квіти, і т. Д. Якщо ж з усього вулика метілась лише одна бджола, то лічильник, поставлений біля входу у вулик, відзначав кожен раз момент її появи. так вдалося з`ясувати, скільки вильотів в день робить робоча бджола і як довго вона відсутня.

За допомогою радіоізотопів вдалося вивчити багато процесів, що відбуваються в живому організмі. Наприклад, було встановлено, що при фотосинтезі кисень виділяється не з вуглекислого газу, як думали раніше, а в результаті розкладання молекул води. При цьому було виявлено, що фотосинтез йде з великою швидкістю, так як вуглекислота, мічена вуглецем, відразу ж виявляється в десятках різних органічних сполук. Вдалося встановити, що швидкість пересування органічних речовин в клітинах зеленого листа теж дуже велика - до 100 мм / год.

Було встановлено, що і швидкість відновлення тканин в організмі тварин дуже велика. так, білки м`язів в організмі замінюються наполовину за 80 днів, а в печінці ще швидше - за 8 днів. За допомогою радіоізотопа ¹⁴З встановили, що цукор засвоюється організмом відразу і негайно ж використовується в диханні клітин.

За допомогою ізотопів вдалося встановити, що рослини засвоюють поживні речовини не тільки через кореневу систему, а й при так званій позакореневого підживлення. Цей метод виявився дуже ефективним, так як рослини відразу отримують через лист елементи, необхідні для росту і розвитку. Лісівники за допомогою радіоізотопів дізналися, що дерева можуть обмінюватися поживними речовинами через кореневу систему. Для цього в одне з дерев в дубовому гаю вводили радіоактивний бромистий калій. Через кілька днів цей радіоізотоп був виявлений в сусідніх деревах, які росли на відстані 4 м від першого.

Радіоізотопи широко використовуються в медицині для постановки діагнозу і лікування деяких захворювань.