Хроническое радиационное воздействие нарушает закономерности развития и генетическую структуру растений, хотя и не сказывается на их способности к размножению. К такому выводу пришел коллектив ученых из Всероссийского института радиологии и агроэкологии (ВНИИРАЭ) и Обнинского института атомной энергетики НИЯУ МИФИ (ИАТЭ НИЯУ МИФИ), который в течение 14 лет изучает биологические эффекты в популяциях сосны обыкновенной на радиоактивно загрязненных территориях.
«Хорошо известно, что высокие уровни радиоактивного загрязнения способны нарушать фундаментальные экологические процессы, оказывать существенное влияние на жизнь растений и животных, менять среду их обитания. Однако, несмотря на многочисленные исследования, проведенные в загрязненных зонах, отдаленные последствия хронического облучения для популяций растений и животных остаются предметом острых дискуссий в научном сообществе»,
— рассказал профессор ВНИИРАЭ, доктор биологических наук Станислав Гераськин.
В результате многолетних наблюдений ученые пришли к выводу, что длительное существование популяций в условиях радиационного воздействия в малых дозах может изменить временную динамику цитогенетических нарушений в популяции, но при этом не влияет на репродуктивные показатели. Результаты исследований опубликованы в авторитетном международном журнале «Environmental Pollution».
Большинство хвойных растений очень чувствительны к радиационному воздействию, поэтому высокие дозы облучения могут вызывать их массовую гибель. Это произошло, например, в ближней зоне Чернобыльской аварии и на Восточно-Уральском радиоактивном следе после аварии на ПО «Маяк».
Однако даже после серьезных радиационных аварий летальные эффекты наблюдались на незначительной территории. Уровни загрязнения гораздо более обширных территорий не приводят к летальным эффектам и дают ученым уникальную возможность изучать хроническое радиационное воздействие на живую природу.
Исследователи из ВНИИРАЭ и ИАТЭ НИЯУ МИФИ решили посмотреть, что происходит в природных популяциях, испытывающих длительное время воздействие низких доз радиации. Объектом исследований была выбрана сосна обыкновенная. Как ни удивительно, но это дерево – потомок древнего рода голосеменных растений – проявляет такую же высокую чувствительность к ионизирующей радиации, как и человек – вершина эволюции в сегодняшнем понимании.
Для исследования были выбраны четыре участка в наиболее радиоактивно загрязненных районах Брянской области, примерно в 200 км от Чернобыля. На протяжении всего периода исследований частота клеток с аберрациями хромосом в потомстве деревьев (проростках семян) с загрязненных радионуклидами участков значимо превышала контрольные уровни. Однако наблюдалась ясно выраженная тенденция к снижению частоты цитогенетических аномалий со временем, прошедшим после Чернобыльской аварии. Это связано со снижением загрязнения из-за радиоактивного распада нуклидов и их перераспределения по компонентам экосистем.
Дальнейший анализ выявил интересный эффект. Оказалось, что в контрольных популяциях частота цитогенетических нарушений изменяется со временем циклически, волнообразно.
Как рассказала один из авторов публикации, профессор отделения ядерной физики и технологий ИАТЭ НИЯУ МИФИ, доктор биологических наук Алла Удалова,
«этот результат подтверждает гипотезу о наличии периодических изменений биологических параметров в природных популяциях под действием естественных причин, которые являются способом поддержания динамического равновесия в живых системах. Наиболее известный пример таких колебаний – популяционные волны численности хищников и жертв (например, зайцы и волки)».
В противоположность контрольным, в популяциях сосны, испытывающих хроническое радиационное воздействие, обнаружено нарушение циклических процессов. Это означает, что хроническое радиационное воздействие способно изменять закономерности саморазвития, присущие природным популяциям.
Помимо этого, в популяциях сосны с загрязненных территорий были обнаружены отличия в генетической структуре и в спектре активных генов. В частности, в хронически облучаемых популяциях была изменена активность генов, отвечающих за антиоксидантный статус сосны и контроль активности мобильных генетических элементов.
В тех же популяциях сосны были изучены репродуктивные показатели – один из самых важных индикаторов здоровья и благополучия популяции, в то же время наиболее чувствительный к повреждающему воздействию (также как у людей и у других организмов).
Несмотря на драматические и интригующие изменения на молекулярно-клеточном уровне, на уровне организма и популяции ученые не выявили зависимости репродуктивных показателей от уровней радиационного воздействия. В то же время, на тех же участках исследователи обнаружили влияние погодных условий на качество семенного потомства сосны. Таким образом, важность погодных факторов для существования растений гораздо выше, чем радиоактивное загрязнение территорий.
Все обитающие на Земле биологические виды, включая человека, испытывают неуклонно возрастающее антропогенное воздействие на окружающую среду. Полученные данные расширяют наше понимание отдаленных последствий такого рода воздействий для природы и человека.