реакции. Все это может иметь глубокие последствия для жизнедеятельности клетки, ткани, организма. Ввиду сходства воздействия на вещество корпускулярных и таких электромагнитных излучений, как рентгеновские и γ-лучи, их часто объединяют в группу ионизирующей радиации.
Для биолога, исследующего последствия действия ионизирующей радиации на живые организмы, их сообщества и биосферу в целом, первостепенное значение имеет количественная характеристика поглощенной дозы. В качестве единицы измерения поглощенной ионизирующей радиации в современной единой системе единиц принято такое ее количество, которое соответствует энергии в 1 Дж, поглощенной 1 кг ткани. Эта единица получила название грей (Гр) в честь крупного английского радиобиолога Л. Грея. Однако она принята сравнительно недавно и еще прочно не вошла в радиобиологию. В качестве единицы измерения ионизирующей радиации чаще используют величину в 100 раз меньшую — рад[2].
Теперь, когда известно, о какой радиации пойдет речь, и каково ее воздействие на живые организмы, читателю интересно узнать, где и в каком количестве присутствуют эти невидимые лучи в окружающем нас мире. Как их воспринимают вирусы, бактерии, растения, насекомые, хладнокровные и теплокровные животные, в первую очередь человек? Какую роль сыграли эти излучения в возникновении жизни на нашей планете, в ее эволюции? Как отразятся на развитии будущей жизни человечества создаваемые в глобальном масштабе новые, очень мощные источники этих излучений? Автор посвятил почти всю свою жизнь в науке решению именно этих вопросов. И хотя еще далеко не все ясно, многое уже твердо установлено. Рассказать об этом — задача данной книги.
Глава 1
ЕСТЕСТВЕННЫЙ ФОН
ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Где бы мы ни находились — на знойном юге или на далеком севере, в долинах или высоко в горах, на свежем воздухе или в помещении, на отдыхе в санатории или на работе, окруженные современной техникой, на пароходе, в поезде или в самолете — наше тело постоянно пронизывается высокоэнергетическими фотонами и корпускулами ионизирующей радиации. Падая на организм извне, они проникают во все ткани и органы, где отдают свою энергию молекулам и структурам клеток.
В большом количестве они зарождаются внутри нашего тела от находящихся в нем радиоактивных веществ, и тогда вероятность их поглощения тканями повышается. Речь идет о высокоэнергетических фотонах и частицах. Их энергия во много раз превышает энергию любой химической связи в молекуле. Столкновение таких частиц с молекулами нашего тела — это, как правило, катастрофа для молекулы: она распадается, меняет свою конфигурацию, теряет одни свойства и приобретает совсем иные. В настоящее время можно очень точно учитывать количество таких событий. Расчеты показывают, что каждую секунду в организме человека весом в 70 кг в среднем происходит около 500 тыс. таких молекулярных катастроф, 500 тыс. столкновений молекул с ионизирующими частицами, сопровождающихся временным или постоянным изменением свойств этих молекул.
Облучение от естественных источников ни на минуту не останавливается: секунды, минуты, часы, дни, годы непрерывно идет эта микробомбардировка наших клеток. Ее последствия только за последние годы становятся ясны благодаря многочисленным радиобиологическим исследованиям. И, как часто бывает в науке, то, что казалось очевидным еще несколько лет назад, приобретает новое освещение в свете полученных фактов. Если в 40-х и даже в начале 50-х годов ученые имели вообще очень смутные представления о естественном фоне радиации, то теперь уже ясно, что его нельзя игнорировать, обсуждая такие проблемы, как происхождение жизни, эволюция, старение, канцерогенез и многое другое. Но об этом речь пойдет ниже, а сейчас рассмотрим, чем вызывается постоянное облучение живых организмов и как оно изменяется от условий их существования. Мы различаем внешнее облучение от источников, расположенных вне организма, и внутреннее — от инкорпорированных, т. е. включенных в организм радиоактивных нуклидов[3]. Внешнее облучение слагается из облучения вторичными космическими лучами, достигающими биосферы Земли, и излучениями радионуклидов, рассеянных в окружающих нас земных породах и строительных материалах.
Космическая радиация
Из недр мирового пространства, от звезд нашей галактики, а возможно и других галактик, в межпланетное пространство постоянно направлен поток первичных космических лучей, состоящий из высокоэнергетичных протонов, ионов гелия, тяжелых частиц, электронов, фотонов и нейтрино. Значительный вклад в этот поток вносит и наше Солнце, испускающее, помимо видимого света, мощное ультрафиолетовое излучение и поток высокоэнергетичных протонов.
Первый барьер, с которым сталкиваются космические лучи на пути к биосфере, — магнитное поле Земли, отклоняющее заряженные частицы космической радиации, не дающее им даже достичь верхних слоев атмосферы. Отклоненные магнитным полем частицы как бы обтекают нашу планету на расстоянии от одного до восьми земных радиусов, образуя радиационные пояса с большой интенсивностью облучения. (Радиация в этих поясах обусловлена электронами и протонами с энергиями от десятка КэВ до сотен МэВ.) Радиационные пояса Земли, представляющие большую опасность для космонавтов (полеты с людьми всегда планируются с расчетом минимального пребывания в пространстве радиационных поясов), не влияют на радиационную обстановку на земной поверхности.
Магнитное поле Земли создает мощную защиту нашей планеты от галактической космической радиации. Мощную, но не абсолютную. Часть высокоэнергетичных лучей прорывается через магнитные поля и постоянно бомбардирует верхние слои атмосферы. Исследования, проведенные на ракетах и спутниках, показали, что мощность такого облучения закономерно изменяется в связи с 11-летним солнечным циклом.
Причину подобных изменений выяснил английский исследователь Е. Н. Паркер в 1966–1967 гг. Оказалось, что в годы солнечной активности усиливаются потоки плазмы, низкоэнергетичных протонов и электронов, испускаемых Солнцем, известные в астрономии под названием «солнечного ветра». Солнечный ветер оказывает влияние на магнитные поля Земли, усиливая их способность отклонять галактические космические лучи. Излучения солнечного ветра малоэнергетичны и также не пробиваются через магнитные поля. В результате наблюдается парадоксальная закономерность. В годы усиленной солнечной активности вследствие увеличения магнитной защиты интенсивность космического облучения Земли снижается, и наоборот, наибольшая облученность Земли космической радиацией наблюдается в годы спокойного Солнца.
Высокоэнергетичные (40–100 МэВ) космические лучи, прошедшие через магнитное поле, врываются в атмосферу. Очень немногие из них проникают через всю атмосферу и достигают поверхности Земли. Большинство же, сталкиваясь с атомами азота, кислорода, углерода атмосферы, взаимодействует с ядрами этих атомов, и, образно выражаясь, разбивает их вдребезги, рождая множество новых частиц: протонов, нейтронов, π-мезонов (пионов), μ-мезонов (мионов)[4], образующих вторичное космическое излучение. Так как эти частицы тоже обладают энергией в десятки МэВ, то, сталкиваясь с другими ядрами, они порождают новые потоки излучений, образуя каскад вторичных космических лучей.
Часть нейтронов захватывается ядрами азота, образуя радиоактивный углерод С14. Мионы легко проникают в нижнюю часть атмосферы и доходят до поверхности Земли, составляя космическую часть естественного фона радиации.
На уровне моря вторичные космические лучи в виде потока нейтронов, мионов
