Природный радиационный фон и эволюция (по Кузьмину, 1991)(55)

Согласно гипотезе А.И.Опарина и др., возникновению жизни на Земле предшествовал длительный период абиогенного синтеза простых и высокополимерных веществ, на основе которых произошел переход от неживого к живому. Речь идет о веществах, в основе которых лежит углерод. Только углерод, благодаря своим уникальным свойствам, способен образовывать линейные и пространственные каркасы углеродных цепей, а также прочные ковалентные связи с водородом, азотом и кислородом. Углеводороды, ставшие источником углерода, могли образовываться в результате геологических процессов в большом количестве. Но для синтеза веществ, предшествующих образованию жизни, необходимы мощные источники энергии, т.к. сами по себе углеводороды достаточно инертны. Согласно традиционным представлениям, таким источником явился коротковолновый ультрафиолет. Но существует гипотеза о том, что ведущую роль в нарушении инертности углеводородов сыграла ионизирующая радиация. Предполагается, что эволюция шла не по всему земному шару одновременно, а была приурочена к разломам земной коры, где возникали источники ионизирующих излучений значительной мощности. Ионизирующее излучение обладает самой большой энергией, значительно превышающей энергию любой химической связи. Таким образом, образовывались свободные радикалы, обладающие свободными валентностями и имеющие высокую реактивность, давая богатый материал для последующего синтеза аминокислот, полипептидов, нуклеотидов. Не меньшую роль играла ионизирующая радиация естественного радиационного фона и в дальнейшей эволюции живых организмов. Как известно, мутации, изменения структуры ДНК и связанное с этим изменение свойств организма дают исходный материал для последующего естественного отбора – основного фактора эволюции жизни. Мутагенное действие ионизирующего излучения было открыто у нас в стране в 1925 году советскими учеными Г.А.Надсоном и Г.С.Филипповым.

Естественно, встал вопрос: какой вклад ионизирую­щая радиация окружающей нас среды вносит в естественно наблюдаемый темп спонтанного мутагенеза?

Исходя из данных различных лабораторных экспериментов, естественный фон радиации может вызывать до 25% общего числа спонтанных мутаций.

Если мы примем во внимание, что в первый миллиард лет развития простейших форм жизни радиоактивный фон был вы­ше современного, а временами (на протяжении десятка тыся­челетий) из-за вспышек сверхновых звезд повышался в сотни, а может быть, и в тысячи раз, то нам будет ясно, что вклад радиации как постоянно действующего мутагенного фактора, в начальный период эволюции трудно переоценить. Весьма вероятно, что первичные формы жизни, еще эволюционно не выра­ботавшие современных систем защиты и восстановления гене­тических структур от мутагенного действия радиации, были зна­чительно радиочувствительней, чем современные виды, что так­же повышало роль этого фактора в развитии жизненных форм.

Чтобы получить правильное представление о роли ионизи­рующей радиации в эволюции жизни на нашей планете, нельзя забывать, что радиационная обстановка претерпевала значитель­ные изменения и во времени (2,5 млрд лет) и в простран­стве нашей планеты. По-видимому, с этим были тесно связаны вспышки повышенной мутабильности, ведущие к усиленному но­вому видообразованию и вымиранию видов, не выдерживающих высоких уровней радиации.

На основании своих обширных ботанико-географических ис­следований Николай Иванович Вавилов пришел к выводам, что видообразование как диких, так и культурных растений при­урочено к определенным регионам земли, что в прошлом оно происходило не равномерно в пространстве, а было локализо­вано в определенных мировых центрах. В своей работе «Ученые о происхождении культурных растений после Дарвина» Н. И. Вавилов пишет, что, рассматривая вопрос об эволюции видов с географической точки зрения, Дарвин без колебания пришел к признанию связи возникновения видов с определенной единой областью. Систематизируя огромный мате­риал своих экспедиций, Н.И.Вавилов дает географическую картину первичных областей видообразования и подчеркивает, что эти области приурочены преимущественно к горным и пред­горным районам. Если сравнить карту месторождений урана с картой, на которую нанесены центры происхождения культурных растений, то можно наблюдать ряд совпадений, которые, по-видимому, не слу­чайны. Особенно оно впечатляет в Центральной и Южной Аме­рике. Вавилов выявляет центр видообразования в Центральной Америке — горный южномексиканский, и мы видим, что как раз в этом районе расположены крупные урановые провинции Лайв-Ок, Карнс, Буэна-Виста, Британской Колумбии и Сьерра-Пена-Бланка.

В Южной Америке Н. И. Вавилов отмечает три центра видо-образования, приуроченные к Андийскому хребту, по которому расположены урановые провинции Сантадер в Колумбии, Сьерра-Пампа в Аргентине, в Чили, Альтиплано в Боливии. С урановыми провинциями совпадают и центры видообразования в Иране, Афганистане, Пенджабе, южных отрогах Гималаев, северо-западной Индии. Конечно, не следует думать, что повышенная радиоактивность была единственной причиной бурного видообразования в перечисленных районах, но все, что мы знаем о влиянии ионизирующей радиации на мутагенез, полиплоидию, иммунную несовместимость при гибридизации, делает весьма вероятной гипотезу о значительном вкладе ПРФ в видообразование и эволюцию на нашей планете.

К интересным выводам о роли ионизирующих излучений в эволюции приходит С. Г. Неручев после детального исследо­вания накопления урана в осадочных породах в различные палеонтологические эпохи. На основании этих ис­следований и широкого анализа данных палеонтологии Неручев утверждает, что в течение миллиардов лет эволюции жизни в среде обитания в связи с изменениями тектономагматической активности, развитием рифтовых систем, изменениями климата возникали эпохи повышенного содержания урана на поверхности Земли и в водах Океана. Наиболее мощными радиоактивными эпохами были поздний девон—ранний карбон; поздняя юра—ран­ний мел; поздний карбон; поздний мел; поздняя пермь; сред­ний—поздний эоцен.

Рис. 19. Сопоставление крупных урановых месторождений (1)(129) с выявленными Н.И.Вавиловым очагами видообразования (2) (127).

Как же отражалось повышение концентрации урана в водах Океана на живых организмах? Анализ литературы и собствен­ные исследования позволили нам утверждать, что небольшие дозы радиации оказывают стимулирующее действие на размно­жение и развитие многих простейших организмов. Поэтому начало эпохи уранонакопления знаменовалось усилен­ным размножением фито- и зоопланктона, увеличением биомассы Океана.

Одновременно с размножением живые организмы поглощают, концентрируют в себе урановые соли из окружающей среды, что ведет к их еще большему облучению, сопровождающемуся уси­ленным мутагенезом.

Как проследил С. Г. Неручев, эпохи уранонакопления ха­рактеризуются усиленным видообразованием. В связи с этим он пишет: «Представления Ж. Кювье о наличии в истории Зем­ли кратковременных революционных эпох значительного измене­ния органического мира в принципе оказываются правильны­ми. Ж. Кювье был прав не только относительно революцион­ных переворотов, приводивших к значительной смене фауны и флоры, но и совершенно правильно указал три из них — позднепермский, позднеюрский и позднеэоценовый, т. е. как раз пе­риоды бурного уранонакопления.

Дальнейшая концентрация урана в живых организмах приво­дила к повышению их облучения, что неминуемо должно было привести к массовому вымиранию этих организмов, богатых ура­ном. Благодаря этому осадочные породы, образующиеся после вспышки уранонакопления в водах Океана, характеризутся одно­временно увеличивающимся содержанием урана и органического вещества, что и было прослежено С. Г. Неручевым.

Таким образом, неравномерность развития органического ми­ра, отмечавшаяся в работах наших крупных ученых — В. И. Вер­надского, Л. С. Берга, В. В. Меннера и др., находит рацио­нальное объяснение в свете неравномерных эпох повышения радио­активности на нашей планете.

Следует отметить еще одно важное обстоятельство, связан­ное с меняющимся радиоактивным фоном Земли и образованием новых форм жизни. В настоящее время радиобиологи проследили тесную связь между радиоустойчивостью организма и его спо­собностью выживать в неблагоприятных условиях среды. С дру­гой стороны, показано, что длительное нахождение организмов в среде с повышенной радиоактивностью ведет к появлению радиоустойчивых форм. Отсюда неизбежен вывод, что в эпохи повышенной радиоактивности должно было идти не только мас­совое вымирание радиочувствительных форм, но и образование новых радиоустойчивых, причем последние могли завоевать но­вые ареалы жизнеобитания с менее благоприятными условиями, будучи более резистентными к этим условиям.

Из приведенных материалов ясно, что ЕРФ, претерпевая рез­кие изменения как во времени, так и в пространстве, за мил­лиарды лет существования нашей планеты внес весомый вклад как в абиотическую, так и биотическую эволюции ее биосферы (55).