Физические мутагены: общие сведения
Первые физические мутагены, открытые учеными,- это разные виды излучений. Еще в 1925 г. российские генетики Г.А.Надсон и Г.С.Филиппов показали, что при облучении дрожжей лучами радия возникают разнообразные новые формы. Но генетические особенности дрожжей тогда были исследованы слабо и было трудно доказать, что под действием излучения возникают наследуемые мутации. Однако уже в 1927 г. Г.Меллер показал на дрозофиле , хорошо изученной к тому времени генетиками, что под действием рентгеновских лучей у дрозофил возникают мутации. Один из методов, которым было доказано возникновение летальных мутаций в Х-хромосомах, состоял в следующем. Рентгеновскими лучами облучали половозрелых самцов дрозофил. От этого у части облученных самцов в гаметах в единственной Х- хромосоме возникали летальные мутации. (Конечно, мутации возникали и в аутосомах , но там их было труднее выявить: если в каком-то аллеле возникала мутация, в гомологичной хромосоме был нормальный аллель, который маскировал эту мутацию) ( рис. 120 , А, II). Тогда дочери от скрещивания облученных самцов с нормальными самками получали дефектную Х-хромосому. Они были гетерозиготны по летальному аллелю и сами не погибали; однако при скрещивании этих самок с самцами "дикого" типа половина рожденных самцов погибала ( рис. 120 , Б, II). И тогда отношение числа самок к числу самцов в потомстве от этого скрещивания было 2:1, а не 1:1 как обычно.
Рентгеновские лучи - это, как и свет, электромагнитные волны, только с очень маленькой длиной волны. Электромагнитные волны испускаются в виде отдельных порций ( квантов ), причем энергия кванта тем выше, чем короче длина волны. Некоторые другие виды электромагнитных волн с маленькой длиной волны - гамма лучи и ультрафиолетовое излучение - тоже вызывают мутации. Мы не будем рассматривать механизмы, в результате которых излучение вызывает мутации; они достаточно сложны. Упрощенно суть дела можно описать так: кванты с высокой энергией глубоко проникают в ткани и там поглощаются компонентами клетки, в том числе и ДНК. Высокая энергия этих квантов приводит к тому, что они повреждают молекулы ДНК или так видоизменяют другие молекулы, что те вызывают повреждения ДНК.
Ультрафиолет сильно поглощается тканями и вызывает мутации лишь в поверхностно расположенных клетках многоклеточных животных, однако на одноклеточных он действует эффективно. (Мутагенное действие ультрафиолета было установлено в 1931 г. А.Н.Промптовым ).
Другими физическими мутагенами являются частицы разной природы, имеющие высокую энергию: это альфа- и бета-излучения радиоактивных веществ ( альфа-частицы - ядра гелия, а бета-частицы - электроны) и нейтронное излучение .
Мутации может вызывать также высокая температура (в 1928 г. Меллер показал, что повышение температуры на 10 градусов по С повышает частоту мутаций у дрозофил в 2-3 раза).
Зная способ действия этих мутагенов, можно было предположить, что они должны действовать на ДНК любых организмов. И действительно, вскоре было обнаружено, что например, рентгеновские лучи вызывают мутации у самых разных животных, растений и микроорганизмов. При этом было выяснено, что мутации, вызванные излучениями, могут затрагивать любые признаки организма. Это тоже неудивительно, ведь квант излучения или частица с высокой энергией чисто случайно может повредить любой участок ДНК. Число возникающих мутаций тем больше, чем выше интенсивность излучения, т.е. чем больше квантов или частиц попадало в клетку в единицу времени ( рис. 121 ).
Было показано также, что физические факторы вызывают те же мутации, которые возникают и при спонтанном мутагенезе .
Все эти работы, с одной стороны, дали в руки исследователей инструмент для получения разнообразных мутантов, которые использовались селекционерами. А с другой стороны, показали опасность разных видов излучений. Даже небольшие дозы излучения, которые не представляют прямой угрозы для организма, могут приводить к возникновению разнообразных врожденных уродств в потомстве организмов, подвергшихся облучению. Эти результаты послужили одной из причин борьбы за запрещение испытаний атомного оружия. Строительство атомных электростанций, использование радиоактивных веществ в разных приборах, а также радиоактивных изотопов в исследовательских целях заметно увеличило вероятность воздействия на людей разнообразных физических мутагенов. Это потребовало разработки приборов для измерения уровня излучений и разнообразных средств защиты.
Таким образом, работы Г.Дж.Меллера, который начал изучать действие рентгеновских лучей на дрозофилу, положили начало новой науке - радиобиологии . После взрыва атомной бомбы в 1945 г. стала ясна особая важность этой науки, и не случайно в 1946 г. Г.Дж.Меллеру была присуждена Нобелевская премия за исследование мутаций, вызываемых рентгеновскими лучами.
