Загрязнение и здоровье окружающей среды (стр. 9 из 11)

Фиг. 224. Зависимость между объемом интерфазных хромосом и острой летальной' дозой в килорентгенах (1 кР = 103Р) (по Спарроу, Шейрср и Спарроу, 1963),

Представлены данные по следующим видам: / — Trilliumgrandiftorum; 2 — PodophyLlumpeltatum-. 3 — Hyacinthus Ь. v. Innocence; 4 — Litium longiflorum; 6 —- Chlorophytutn elatum; 6 — Zea mays; 7 — Aphanostephus sklrrobasis; 8 — Crepis capillaris; 9 -~ Sedum ternatum; 10 — Lt/copersicum esculenfum; !I — Gladiolus v. h. Friendship; 12 — Men/ha spicata; 13 ~ Sedum oryztfollum; 14 — Sedum tricarpum; 15 — Sedum alfredi var. nagasakianum; 16 — Sedum rupifragum. Объем Хромосом определялся делением среднего объема ядра па число хромосом. Объем хромосом (#>• и острая летальная доза (у) связаны уравнением JgJ/= 1,69422 — (0,93025) Igx,

Здесь нам нужно обратить внимание на порядок величины доз естественного, или фонового, излучения, к которым организмы, так сказать,, привыкли. Радиационный фон имеет три основных источника: 1) космические лучи; 2) калий-40 invivo (входящий в состав живых тканей) и 3) внешнее облучение от радия и других природных радиоактивных изотопов, встречающихся в горных породах и почве. Дозы, создаваемые каждым из этих трех источников, в пяти разных участках оцениваются следующим образом (в миллиардах в год).

Осадочные породы на уровне моря: Гранитная скала на уровне моря: Гранитная скала на высоте 3000 м: Поверхность моря: Море на глубине 100 м:

35+17+23= 75

35 + 17+90=142

100+17+90 = 207

35 + 28+ 1= 64

1+28+ 1= 30

Возможно, что для радиационных эффектов нет никакого порога. Генетики пришли к выводу, что для мутагенного действия излучения1 пороговой дозы не существует. В настоящее время мы прибегаем к временным мерам, устанавливая «минимальные допустимые уровни» для дозы облучения и для количества разных радиоактивных изотопов в среде. Это неплохая практика, если при этом помнить, что такие допустимые уровни фактически не соответствуют никаким известным порогам. На самом деле в течение последних десяти лет «допустимые уровни» для человека дважды пересматривались в сторону снижения. В общем все понимают, что, поскольку человек, по-видимому, обладает самой высокой из всех живых существ чувствительностью к [излучению, все мы должны постоянно контролировать уровень радиации и сохранять ее на низком уровне в той микросреде, где человек фактически живет. Лаутит (1956) резюмирует эту точку зрения следующим образом: «Мы убеждены, что если человек обеспечит радиобиологическую защиту самому себе, то в остальном природа, за немногими исключениями, также позаботится о себе сама». Это очень опасное переупрощение. Радиоактивное загрязнение почвы, океанов и других сред, в которых человек фактически не живет, будет тем не менее влиять на необходимую человеку систему жизнеобеспечения. Больше того, в разд. 4 и 5 этой главы приводятся данные, которые показывают, что любое радиоактивное вещество с большим периодом полураспада, попавшее в среду в любом месте биосферы, рано или поздно попадет в организм человека. Чтобы оградить человека от радиобиологической опасности, мы должны достаточно заботливо относиться и к экосистеме.

Дифференциальная чувствительность к излучению в пределах одного вида используется для борьбы с насекомыми. Как отмечалось в гл. 16, разд. 7, радиационная стерилизация является одним из видов оружия в арсенале «интегральной» борьбы с вредителями. Самцов Ludliamacillaria, например, стерилизовали острой дозой около 5000 Р, что мало влияло на жизнеспособность и поведение этих мух. Стерилизованные самцы, выпущенные в дикую шпуляцию, нормально спаривались, но никакого потомства, конечно, от этого не получалось. Наводнив природную популяцию большим количеством стерильных самцов, удалось подавить численность этого основного врага животноводства на юге Украины.

РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ НА ЭКОСИСТЕМНОМ УРОВНЕ

Сейчас во многих местах изучают влияние гамма-излучения на целые сообщества и экосистемы. В качестве источников гамма-излучения используют кобальт-60 или цезий-137 с активностью 10000 Ки или больше, которые помещались на полях и в лесу—,в Брукхейвенекой национальной лаборатории на Лонг-Айленде (Вудвелл, 1962 и 1965), в тропическом дождевом лесу в Пуэрто-Рико (Г. Одум и Пиджин, 1970 и в пустыне в Неваде (Френч, 1965). Влияние реакторов без защиты (которые испускают нейтроны и гамма-лучи) на поля и леса изучали в Джорджии и в Окриджской национальной лаборатории в Теннесси. В экологической лаборатории Саванна Ривер (Южная Каролина) использовали переносный источник гамма-излучения для изучения кратковременных влияний на самые разные сообщества. В Окриджской лаборатории много лет изучали сообщества озера, подвергавшегося слабому хроническому облучению от радиоактивных отходов.

На фиг. 225 показано влияние источнинка гамма-излучения, помещенного в дубово-сосновом лесу в Брукхейвене (это тот же самый лес, продуктивность и биомасса которого отражены на фиг. 16). Каждые сутки источник излучения «работал» по 20 ч, а в течение остальных 4 ч производились наблюдения и брались пробы (на это время источник опускали в заэкранированый шурф). Градиент хронического облучения изменялся от 1000 рад в 10 м от источника до неулавливаемого приборами превышения над фоном — в 140 м (кривая на фиг. 225, А). Самыми устойчивыми оказались осоки, несколько менее устойчивыми — некоторые верески и злаки. Сосны значительно более чувствительны, чем дубы (у клеток сосен ядра более крупные, и они не дают новых побегов, если погибли терминальные почки). Замедление роста растений и уменьшение видового разнообразия животных отмечались даже при таких низких уровнях, как 2—5 рад в сутки. Хотя дубовый лес и продолжал существовать при достаточно высоком уровне облучения (10—40 рад в сутки), деревья были угнетены, а на некоторых участках стали восприимчивы к насекомым. Так, например, на второй год эксперимента на участке, получавшем ежесуточно около 10 рад, произошла вспышка численности дубовой тли; в этом участке тлей было более чем в 200 раз больше, чем в обычном (необлучавшемся) дубовом лесу.

В общем вдоль градиента облучения можно выделить 5 зон: 1) центральная зона, в которой ни одно ,из высших растений не выживает; 2) зона осоки; 3} зона черники и паслена; 4) угнетенный дубовый лес и 5) интактный дубово-сосновый лес, в котором заметно некоторое угнетение роста, но нет погибших растений.

Фиг. 225. Влияние на дубово-сосновый лес градиента гамма-облучения от высокоактивного неподвижного источника.

Облучение производилось в течение 2 лет по 20 ч в сутки (объяснения — в тексте). А. Влияние длительного Y-излучения на состав растительного сообщества. Б. Доминирующие формы в сообществе насекомых, населяющих облученный лес.

Сходные результаты получены в других исследованиях, где лесную растительность подвергали действию ионизирующего излучения. После кратковременного интенсивного облучения, как у реактора без защиты в Джорджии, деревья верхнего яруса на вид казались мертвыми и появилась залежная растительность, состоявшая из однолетних трав и злаков. Однако в последующие годы

(если облучение не повторяли) многие из лиственных деревьев восстановились, дав вверх плотную поросль от корней и стволов (это говорит о том, что убиты были только надземные части). Возник некий вариант низкоствольной растительности, 'которая вскоре затенила всю залежную растительность.

Хотя, как мы отметили в предыдущем разделе, относительную чувствительность разных видов высших растений можно предсказать, зная объем хромосом, другие факторы, такие, как форма роста или взаимодействия между видами, могут модифицировать реакцию вида в интактном сообществе. Травянистые сообщества и ранние стадии сукцессии в общем случае более устойчивы, чем зрелые леса. Это происходит не только потому, что у первых многие виды имеют более мелкие ядра, но также и потому, что у них гораздо меньше «незащищенной» биомассы над грунтом; к тому же мелкие травянистые растения восстанавливаются гораздо быстрее, прорастая из семян или из защищенных подземных частей (фиг. 178). Следовательно, такие признаки сообщества, как биомасса и разнообразие, играют роль в восприимчивости к облучению совершенно независимо от объема хромосом у отдельных видов.

Как и при всех других типах стресса, радиационный стресс вызывает уменьшение видового разнообразия. В другом эксперименте, проведенном в Брукхейвене, на залежную растительность действовали дозой 1000 рад в день. Продукция сухого вещества в облученном сообществе оказалась выше, чем в необлученном контроле, но видовое разнообразие катастрофически понизилось. Вместо обычной смеси многих видов разнотравья и злаков на облученной залежи вырос почти чистый травостой Panicumsanguinale (это, вероятно, не удивило бы горожан, которые борются с этой травой на своих газонах!).

СУДЬБА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Попадая в окружающую среду, радиоактивные изотопы достаточно часто рассеиваются и разбавляются, но они .могут также различными способами накапливаться в живых организмах и при продвижении по пищевой цепи. Эти способы мы ранее объединили под рубрикой «Биологическое накопление» (см. стр. 99—100). Если скорость поступления радиоактивных веществ выше скорости их распада, то они могут просто накапливаться в воде, почве, осадках или воздухе. Иными словами, мы можем поставлять «природе», казалось бы, безобидное количество радиоактивности и получать ее обратно летальными порциями!