Большая Советская Энциклопедия (РА)

Лит.: Балклавс А. Э., Радиоастрофизическая обсерватория АН Латв. ССР «Изв. АН Латв. ССР». 1971, № 3, с. 69—79.

Радиобиология

Радиобиоло'гия (от радио... и биология), наука о действии всех видов ионизирующих излучений на живые организмы, их сообщества и биосферу в целом. Р. граничит с научными дисциплинами, исследующими биологическое действие электромагнитных волн инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазонов (см. Фотобиология) и радиоволн миллиметрового и сантиметрового диапазонов. Специфика Р. обусловлена большой энергией квантов и частиц (a-частиц, электронов, позитронов, протонов, нейтронов и др.), значительно превосходящей энергию ионизации атомов, и способностью частиц проникать в глубь облучаемого объекта, воздействуя на все его структуры, составляющие их молекулы и атомы.

Исследование биологического действия ионизирующих излучений началось почти тотчас за открытием этих излучений В. К. Рентгеном (1895), А. Беккерелем(1896) и открытием радия М. Склодовской-Кюри и П. Кюри (1898). В 1896 русский физиолог И. Р. Тарханов опубликовал работу о возможном влиянии рентгеновских лучей «на ход жизненных функций». В начале 20 в. в России влияние ионизирующих излучений на живые организмы изучал Е. С. Лондон, опубликовавший в 1911 монографию «Радий в биологии и медицине». В Германии в 1904 Г. Петерс обнаружил нарушение деления в облученных клетках, а П. Линзер и Э. Хельбер в 1905 — появление токсических веществ в крови облученных животных. В 1906 французские исследователи Ж. Бергонье и Л. Трибондо обратили внимание на зависимость радиочувствительности клеток от интенсивности и длительности их делений (митозов), а также степени дифференцировки. К 20-м гг. накопилось много разрозненных наблюдений о действии рентгеновского и гамма-излучений на разные биологические объекты. Однако эти исследования проводились различными специалистами — физиологами, зоологами, ботаниками, медиками—в рамках своих наук.

20—30-е гг. принесли ряд крупных открытий и новых идей, ускоривших становление Р. как науки. В 1925 сов. учёные Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов открыли на низших грибах мутагенное действие рентгеновских лучей; работы по радиационному мутагенезу осуществили в США в 1927 Г. Меллер (на дрозофиле) и в 1928 Л. Стедлер (на высших растениях). Эти открытия легли в основу радиационной генетики. В 1920 Г. А. Надсон и в 1925 П. Анцель и П. Винтембергер (Франция) пришли к выводу, что наблюдаемые радиационные повреждения клетки — результат двух противоположных процессов: развития повреждения и одновременно идущего процесса восстановления. Работами Ф. Дессауэра в Германии (1922), Дж. Кроутера в Великобритании (1924, 1927), Ф. Хольвека во Франции (1928—38) и др. были развиты представления о дискретности ионизирующих излучений, о процессе поглощения энергии как сумме единичных актов взаимодействия фотона или частицы с отдельными молекулами или структурами клетки. Общий закон фотохимии (см. Гротгуса закон), согласно которому химическую реакцию в веществе может вызвать только поглощённая часть падающего на него света, распространяется и на ионизирующие излучения. В конце 20 — начале 30-х гг. Дж. Кроутер, а также Ф. Хольвек и А. Лакассань, анализируя кривые зависимости эффекта (гибель клеток) от дозы облучения, для объяснения его вероятностного характера вводят представление о наличии в клетке особого чувствительного объёма — «мишени»; попадание ионизирующей) частицы в «мишень» и вызывает наблюдаемый эффект. Мишени теория как формальное обобщение многих наблюдаемых явлений была окончательно сформулирована английским учёным Д. Ли (1946), Н. В. Тимофеевым-Ресовским и немецким учёным К. Циммером (1947).

В 40-е — начале 50-х гг. благодаря быстрому развитию ядерной физики и техники, а также в результате радиоактивного загрязнения окружающей среды вследствие испытаний ядерного оружия резко возрос интерес к последствиям биологического действия ионизирующих излучений. Именно в эти годы Р. формируется как самостоятельная область науки. Перед Р. возникают новые проблемы: всестороннее исследование радиационного поражения многоклеточных организмов при их тотальном облучении, познание причин различной радиочувствительности организмов, роли радиации в возникновении вредных мутаций, изучение закономерностей и причин возникновения отдалённых последствий облучения (сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей, снижение иммунитета). Актуальными для Р. становятся такие практические задачи, как изыскание различных средств защиты организма от излучений и путей его пострадиационного восстановления от повреждений, прогнозирование опасности для человечества повышающегося уровня радиации окружающей среды, изыскание новых путей использования ионизирующих излучений в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и микробиологической промышленности.

50—60-е гг. характеризуются глубоким проникновением в Р. биофизических и биохимических методов исследования. К этому времени становится ясно, что в поражении клеточных структур и макромолекул, помимо прямого попадания в них квантов и частиц, участвуют радикалы воды и др. низкомолекулярных веществ, перекиси, гидроперекиси, семихиноны, хиноны и др. вещества, образующиеся в клетке при облучении в присутствии кислорода (косвенное действие радиации; см. также Кислородный эффект).

Вслед за работами, показавшими ведущее значение для ряда радиационных эффектов поражения клеточного ядра (Р. Циркл, П. Хеншоу в США; Б. Л. Астауров в СССР, и др.), последовали многочисленные исследования возникающих в результате облучения нарушений структуры и метаболизма дезоксирибонуклеиновой кислоты, радиационное поражение которой (прямое и косвенное) лежит в основе генетического действияизлучений. В эти годы были открыты радиозащитные средства (т. н. радиопротекторы) — вещества, защищающие животный организм от действия радиации, разработаны теоретические предпосылки для эффективных методов лечения лучевой болезни.

В связи с интенсивными испытаниями ядерного оружия и повсеместным загрязнением Земли радионуклидами, в первую очередь долгоживущими нуклидами ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, перед Р. встают новые задачи изучения особенностей действия проникших внутрь организма (инкорпорированных) излучателей с их специфическим распределением по тканям, различной длительностью выведения из организма и хроническим облучением клеток. Проблемы хронического действия малых доз радиации приобретают большую актуальность и в связи со всё убыстряющимися темпами развития ядерной энергетики.

Строительство ускорителей ядерных частиц, применение в медицине плотноионизирующих излучений, проникновение человека в космос поставили перед Р. ряд новых проблем, в том числе исследование относительной биологической эффективности нейтронов и протонов больших энергий, многозарядных ионов, пи-мезонов; изучение одновременного действия радиации и др. факторов космического полёта (невесомости, вибрации и т.п.); исследование действия радиации на высшую нервную деятельность человека в условиях космоса и др. Интенсивно развивающаяся ветвь Р. — космическая Р. — решает эти вопросы как в земных условиях (эксперименты с использованием современных ускорителей, специальных стендов и т.д.), так и при полётах в космос.

Преимущества работы с микроорганизмами при проведении радиобиологических исследований способствовали быстрому развитию и оформлению др. самостоятельной ветви Р. — радиационной микробиологии, основы которой были заложены в 20-е гг. 20 в. работами Г. А. Надсона. Микроорганизмы широко используются для выяснения общих закономерностей воздействия ионизирующих излучений на клетки или различные внутриклеточные структуры — органоиды и др., для выяснения механизмов радиационного мутагенеза и многих др. проблем Р. Исследования по радиочувствительности микроорганизмов, показавшие поразительную устойчивость некоторых из них к облучению, значительно изменили наши представления о возможных границах существования жизни в экстремальных радиационных условиях.

Конец 50-х — 60-е гг. ознаменовались в Р. открытием явлений восстановления — репарации — облученных клеток, осуществляемых специальными ферментными системами, которые быстро ликвидируют радиационные повреждения молекул ДНК. Эти открытия побудили пересмотреть прежние выводят о формировании радиационных эффектов, об опасностях поражения при хронических облучениях в малых дозах, а также по-новому оценить причины устойчивости генетического аппарата клетки. Значительно расширились представления о причинах различной радиочувствительности клеток, значении для радиочувствительности объёма хромосом, числа сульфгидрильных групп, активности репарирующих ферментов и др. факторов. формальные обобщения новых фактов и представлений нашли отражение в стохастической (вероятностной) концепции биологического действия излучений. Исследования биохимических сдвигов в облученных клетках и тканях, радиационных повреждений ядра, митохондрий, биологических мембран и др. органелл клетки позволили обосновать структурно-метаболическую гипотезу действия радиации. Согласно этой гипотезе, вероятностный характер радиационных эффектов является результатом взаимодействия процессов, возникающих в молекулярных и надмолекулярных структурах, обмене веществ в регуляторных системах облученного организма.

Многогранность задач, стоящих перед современной Р., привела к развитию радиоэкологии, радиационной генетики и др. разделов Р. Исследования в области Р. лежат в основе практического применения ионизирующих излучений в лучевой терапии злокачественных новообразований; на их базе разработаны эффективные методы лечения лучевой болезни, они послужили теоретическим фундаментом для использования ионизирующих излучений в борьбе с с.-х. вредителями, для выведения новых сортов с.-х. растений (радиационная селекция), повышения урожая путём предпосевного облучения семян, продления сроков хранения с.-х. сырья, для лучевой стерилизации медицинских препаратов. Данные космической Р. необходимы для прогнозирования и обеспечения безопасности полётов человека в космос. Многие открытия в Р. (например, открытия радиационного мутагенеза, а также ферментов, репарирующих радиационные повреждения ДНК и др.) способствовали существенному развитию знаний об общих законах жизни.