Основные исторические этапы развития радиобиологии

Три великих открытия конца XIX столетия в области физики послужили рождению радиационной биологии.

В 1884 году украинским учёным Иваном Павловичем Пулюем, доктором физики, профессором электротехники в Немецкой политехнике г. Праги, занимавшимся конструированием и производством вакуумных электронных трубок, были открыты Х-лучи. При работе с ними он обнаружил явление флюоресценции под воздействием этого излучения, о чём и сообщил в своей статье в виде отдельно изданной брошюры под названием "Сияющая электронная материя и четвёртое состояние вещества".

С помощью сконструированных электронно-лучевых трубок И.П. Пулюй сделал самые первые фотоснимки. Это были изображения кисти руки девочки, а позднее и морской свинки. Причём качество их было выше, чем у В.К. Рентгена. По-видимому с этого момента и следует вести отсчёт времени возникновения такого предмета как рентгенология, в том числе человека и животных.

И.П. Пулюй (1845 - 1918)

Позднее в Страсбургском университете о сделанном открытии И.П. Пулюй поделился своими размышлениями с доцентом кафедры физики Вильгельмом Конрадом Рентгеном, когда по обмену опытом прослушал у последнего цикл лекций.

И.П. Пулюй на одной из этих лекций с помощью открытого им излучения демонстрирует изображение кисти руки, в том числе и доктору электротехники из Вюрцбурга Лехеру, работавшему с В.К. Рентгеном.

Об открытии И.П. Пулюя в то время неднократно писали в прессе, но приоритет был отдан В.К. Рентгену, прочитавшему 23 января 1995 года в Вюрцбурге на заседании физико-математического общества публичную лекцию "О невидимых лучах", в которой имя Ивана Пулюя не было упомянуто, а открытие излучения было датировано 8 ноября 1895 года, т.е. через 11 лет после знакомства с открытием и его автором.

В.К. Рентген (1845 - 1923)

Как долго В.К. Рентген изучал свойства Х-лучей или как долго он шёл к скрупулёзному описанию их свойств остаётся загадкой, ибо по его завещанию все архивы были сожжены. Ясно одно, что для такого всестороннего изучения свойств Х-лучей должны были сформироваться соответствующая теоретическая, техническая и методическая подготовка исследователя.

Следует отметить, что И.П. Пулюй не смог рационально объяснить суть происходящего в электронновакуумной трубке, тогда как В.К. Рентген дал детальную характеристику свойств Х-лучей, хотя, как и И.П. Пулюй, неверно трактовал их природу.

В 1901 году за это открытие В.К. Рентген получает первую в мире нобелевскую премию, а излучения в Германии и России стали называть рентгеновскими, а в англо-франко-испаноязычных странах х-лучами.

В 1896 году французским физиком Анри Беккерелем была открыта естественная радиоактивность, а в 1898 году французскими физиками супругами Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри радиоактивные свойства полония и радия, за что им также была присуждена Нобелевская премия.

Анри Беккерель Пьер Кюри Мария Склодовская-Кюри

(1852 —1908) (1859 - 1906) (1867 - 1934)

В 1919 году Е. Резерфорд (Англия) осуществил первую ядерную реакцию, в 1934 г. супруги Ирен Кюри и Фредерик Жолио-Кюри (Франция) открыли искусственную радиоактивность, а в 1934 г. О. Ган и Ф. Штрасоман (Германия) – принудительное деление ядер урана и в 1940 г. Г.Н. Флеров и К.О. Петржак (СССР) - спонтанное деление ядер урана. Наконец, в 1942 г. - Е. Ферми осуществил цепную реакцию деления ядер урана и уже в 1945 г. были произведены первые взрывы ядерных зарядов, а в 1954 г. - И.В. Курчатов и сотрудники (СССР) создали первую в мире атомную электростанцию.

Оценивая значение научных открытий, известный немецкий учёный, создатель теории относительности Альберт Эйнштейн сказал: „Явление радиоактивности – наиболее революционная сила технического прогресса за всё время с тех пор, как человек открыл огонь”.

И действительно, открытие естественной, а потом и искусственной радиоактивности не только коренным образом изменило наши представления о строении материи, но и признало пути использования абсолютно нового вида энергии. В наше время тяжело найти такую сферу хозяйственной деятельности человека, где бы не использовались, или принципиально не могли использоваться источники ионизирующих излучений. Широкое применение они нашли в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, геологии, и в различных других областях науки и производства. Их применение разрешило значительно улучшить качество медицинской диагностики и эффективность лечения многих болезней, увеличить урожайность продовольственных культур и уменьшить потери при сохранении готовой продукции, повысить качество и снизить себестоимость промышленных изделий, улучшить поиск мест нахождения полезных ископаемых, повысить уровень научных исследований.

Однако дорогой ценой расплатилось человечество за открытие и использование тайн природы. Погибли почти все первые исследователи, которые не знали, какую опасность представляют собой ионизирующие излучения и работали без всяких предостережений. В их числе Мария Кюри, её дочь Ирен и зять Фредерик Жолио. В Гамбурге напротив рентгеновского института 4 апреля 1936 г. был открыт памятник погибшим в связи с работой в сфере влияния ионизирующих излучений. На передней стороне четырехугольной колонны, которую венчает лавровый венок, выбита надпись: «Памятник посвящен рентгенологам и радиологам всех наций, врачам, физикам, химикам, техникам, лаборантам и сестрам, которые пожертвовали свою жизнь в борьбе против болезней их ближних. Они героически прокладывали путь для эффективного и безопасного применения рентгеновских лучей и радия в медицине. Слава их бессмертна. Немецкое общество рентгенологов». На других сторонах колонны в алфавитном порядке выбиты фамилии 169 мужчин, которые работали с источниками ионизирующих излучений и умерли вследствие лучевых повреждений.

Позднее, в 1941 г. этот памятник был дополнен еще двумя колоннами, с фамилиями 17 жертв, а «Книга славы» Майера, которая вышла в 1959 г. вторым изданием, насчитывала уже 360 фамилий, в том числе 13 фамилий наших соотечественников.

В том же 1896 г. появились публикации о лучевом дерматите у больных, которым проводились рентгеновские исследования и у врачей, которые проводили эти исследования.

Русским физиологом И.Р. Тархановым, учеником И.М. Сеченова, в Петербургском университете в 1896 г. были провёдены первые опыты по изучению реакции нервной системы на рентгеновское облучение и установлено их выраженное биологическое действие. В том же 1896 г. И.Р. Тарханов и О.О. Кулябко установили, что под воздействием ионизирующих излучений приостанавливается развитие зародышей из оплодотворённой икры миноги.

В 1896 г. уже было выполнено около 1000 работ, посвящённых влиянию рентгеновского излучения на биологические объекты. На их основании И.Р. Тарханов сделал первые радиобиологические обобщения: «Х-лучами можно не только фотографировать, но и влиять на ход жизненных функций…». Он показал их повреждающую способность и первым высказал предположение о возможности их применения в медицине.

29 января 1896 г. американцы врач Джиллман и физик Груббе стали первыми исследователями, применившими рентгеновские лучи при лечении больных раком, в частности раком молочной железы.

В 1901 г. появились первые сообщения Анри Беккереля, Пьера Кьюри и других исследователей, работающих с радиоактивными минералами, о лучевых ожогах кожи. Позднее, когда погибли многие техники, врачи-рентгенологи и исследователи, стало ясно, что рентгеновские и радиоактивные излучения опасны и могут приводить к роковым последствиям.

Е.С. Лондон

(1869 — 1939)

В начале XX века известным русским патофизиологом и биохимиком Е.С. Лондоном в Институте экспериментальной медицины г. Петербурга на животных и растениях были проведены фундаментальные исследования повреждающего действия рентгеновых лучей и лучей радия. В 1903 г. Е.С. Лондон описал летальное действие лучей радия на мышей через 4-10 дней после облучения. Он же в 1904 г. ввёл понятие о радиочувствительности различных органов и тканей и описал метод ауторадиографии. В 1911 году он издал первую в мире монографию по радиобиологии: "Радий в биологии и медицине".

В 1903 г. Альберс-Шонберг в эксперименте в результате облучения морских свинок и кроликов, а в 1905 г. Осгоуд и Броун при обследовании бесплодных рабочих завода по производству и испытанию рентгеновских трубок обнаружили азооспермию - состояние, при котором в сперме отсутствуют сперматозоиды..

В 1904 г. немецкий исследователь Г. Петерс обнаружил нарушение клеточного деления (его подавление) под воздействием ионизирующего излучения, а в 1905 г. его ученик М. Кёрнике на растениях установил, что наиболее повреждаемой частью клетки является ядро. Последний первым описал типы нарушений деления ядра и хромосом и по сути является основоположником радиационной цитологии.

У облучённых животных в 1905 г. Линзером и Хельбером были обнаружены в крови вещества, разрушающие лейкоциты – «лейкотоксины», а в 1908 г. Бенжаменом и Слюком - угнетение антителообразования, и в 1909 г. Вернером – усиление аутолитических процессов.

Французские естествоиспытатели И. Бергонье и Л. Трибондо в 1906 году обнаружили неодинаковую чувствительность различных семяродных клеток к ионизирующему излучению. На основании результатов облучения клеток на разных стадиях дифференцировки они сформулировали зависимость: «ионизирующее излучение тем сильнее действует на клетки, чем интенсивнее их деление и чем менее законченно выражены их морфология и функции».

В 1902 г. Г. Фрибен и в 1924 г. Г. Уокли выявили рак кожи у людей, контактировавших с радием и рентгеновыми лучами, а в 1924-1926 г.г. появились первые публикации о возникновении остеосарком у рисовальщиц циферблатов, использовавших в своей работе соли радия и других радиоактивных элементов.

В 1903 г. Хейнике (Германия) впервые описал лучевую анемию и лейкопению, а несколько позднее – летальное действие Х-лучей.

М.И. Немёнов начиная с 1910 г. проводит цикл исследований по изучению обменных процессов при лучевом поражении и в результате пришёл к выводу, что их изменение соответствует состоянию патологического старения.

Анцель и Витембергер в экспериментах с куриным эмбрионом, который после облучения выдерживался при различных температурах, показали роль обмена веществ и их интенсивности в развитии лучевого поражения:

· первичное радиационное повреждение;

· факторы, способствующие проявлению этого повреждения:

· восстанавливающие факторы.

В середине 20-х годов было сделано крупное открытие в радиационной биологии – обнаружено мутагенное действие Х-лучей.

Мутагенное действие ионизирующих излучений на низших грибах в 1925 году открыли Г.Н. Надсон и Г.С. Филиппов, а в 1928 г. Л. Стадлер - на высших растениях. Обширные и содержательные эксперименты по влиянию рентгеновских излучений на мутагенный процесс были проведены Г. Мёллером на культурах дрозофил. Классические в этом направлении работы Г. Мёллера, Н.В. Тимофеева-Ресовского и др. послужили толчком к бурному развитию радиационной генетики.

И в дальнейшем шло накопление такого рода в основном описательной информации о влиянии радиоактивных излучений на живое, но ещё не была создана теория, объясняющая механизм их биологического действия.

С открытием мутагенного действия ионизирующих излучений радиобиологи перешли к изучению единичных реакций дискретных биологических структур (генов, хромосом) на эти действия.

В это же время отрабатываются методы дозиметрии и вводится ионизационная единица дозы – рентген, что дало возможность количественно оценивать действие ионизирующих излучений. В результате чего были выявлены:

· вероятностный характер проявления единичной реакции объекта в ответ на облучение данной дозой,

· экспоненциальный характер кривой «доза-эффект», которая экстраполируется к нулевой точке.

Для объяснения радиобиологических феноменов и создания общей теории биологического действия ионизирующих излучений потребовалось привлечь фундаментальные физические концепции, использовать теоретические положения квантовой механики и ядерной физики.

Одним из первых это сделал немецкий физик Ф. Дессауэр. В начале 20-х годов он приступил к исследованиям причин радиобиологического парадокса, состоящего в громадном несоответствии между ничтожной поглощённой дозой энергии ионизирующего излучения и выраженностью его биологического действия. В результате возникла теория прямого действия, согласно которой при поглощении энергии ионизирующего излучения локально выделяется тепловая энергия с резким повышением температуры. В своей теории «точечного нагрева», исходя из положения, что ионизирующие излучения обладают малой объёмной плотностью, но при этом отдельные фотоны несут громадный запас энергии, Ф. Дессауэр предположил, что при поглощении системой небольшой общей энергии локально её дискретные микрообъёмы поглощают эту энергию в таком большом количестве, что их нагрев приводит к глубоким структурным изменениям, т.е. к локальному повреждению структур клетки, в частности хромосом, и к поражению всей клетки. Вероятностный характер этого эффекта он объяснил статистическим распределением «точечного тепла».

Дальнейшее развитие этой гипотезы получило в работах Дж. Кроутера, Д. Ли, Р. Циммера, Н.В. Тимофеева-Ресовского, В.И. Корогодина. Математический аппарат, развитый в этих работах, дал возможность судить с достаточной степенью надёжности о пусковых моментах возникающих биологических реакций и оценивать параметры «мишени», в которой наблюдаются эти радиобиологические эффекты.

Далее, работами Д. Кроутера в 1924-1927 г.г. в Англии и Ф. Хольвека в 1928-1938 г.г. во Франции, а также и другими исследователями, были развиты представления о дискретности (прерывистости) действия ионизирующих излучений, о процессе поглощения энергии, как сумме единичных актов взаимодействия фотонного или корпускулярного излучения с молекулярными микроструктурами клетки, что в итоге реализовалось в сформулированной в 1946-1947 г.г. Н.В. Тимофеевым-Ресовским (Россия), Д. Ли (Англия) и К. Циммерманом (Германия) теории мишени.

В 1935 г. К. Кельнер первым показал возможность изменения биологической эффективности облучения под воздействием химических веществ. Ему принадлежит и открытие «кислородного эффекта».

При анализе физико-химической природы происходящих процессов в период между первичной абсорбцией энергии излучений и конечным биологическим эффектом в 40-е годы было обнаружено зарождение в облучаемом растворе высокоактивных продуктов радиолиза воды – свободных радикалов, диффундирующих на значительные расстояния и поражающих биологические структуры. Таким образом, встал вопрос о непрямом действии ионизирующих излучений. Были изучены физико-химические свойства первичных продуктов радиолиза воды и характер их взаимодействия с макромолекулами клетки. В результате полученных данных возникли гипотезы о возможном ослаблении лучевого поражения за счёт введения в систему веществ, конкурирующих с биологическими структурами за продукты радиолиза воды, т. е. перехватчиков свободных радикалов.

В 1942 г. с помощью перехватчиков радикалов В. Дейлу удалось снизить действие излучений на ферменты, в 1948 г. аналогичный результат получен на бактериофагах. В 1949 г. на млекопитающих была получена способность ряда веществ защищать их от лучевого поражения: цистеина на крысах (Х. Патт и соавт.), цианида на мышах (З. Бак и А. Эрв) и др. Во многих лабораториях мира начинается интенсивный поиск эффективных радиозащитных препаратов, так называемых радиопротекторов. В связи с чем были изучены многие физико-химические процессы, протекающие в живых организмах, в том числе и роль молекулярного кислорода в лучевом поражении (Л. Грей, Д. Кейтер, Х. Лангендорф, Н.Н. Суворов, П.Г. Жеребченко, С.П. Ярмоненко и др.).

В 60-е г.г. З. Бак и П. Александер сформулировали гипотезу «биохимического шока», согласно которой различные радиопротекторы стереотипно изменяют метаболические процессы, повышающие устойчивость клеток к облучению. Экспериментальные данные также показали, что существуют альтернативные пути реализации защитного эффекта даже для одного и того же радио­протектора.

В 70-е гг. Ю.Б. Кудряшов и Е.Н. Гончаренко предложили гипотезу «эндогенного фона радиорезистентности», основанной на установленном ими факте, что различные радиозащитные агенты к моменту своей максимальной эффективности снижают в тканях животных уровень продуктов перекисного окисления липидов – природных радиосенсибилизаторов, и увеличивают содержание биогенных аминов – природных радиопротекторов. Исследования в этом направлении привели к накоплению большого фактического материала и в первую очередь по изучению динамики физико-химических процессов лучевого повреждения клеточных структур, в том числе и под влиянием различных модификаторов (кислорода, температуры и др.).

Выдвинутая в 60-е гг. Б.Н. Тарусовым теория физико-химического механизма усиления начального радиационного повреждения позволила объяснить дальнейшее развитие этого процесса во времени, в зависимости от температуры, газового состава атмосферы, влажности и других факторов.

В 30-е годы возникла теория непрямого действия, которая базировалась на радиационно-химических исследованиях О. Риссе (1929) и Г. Фрика (1934), установивших, что под воздействием рентгеновых лучей в присутствии кислорода происходит радиолиз воды и водных растворов с образованием короткоживущих химически активных радикалов, перекиси водорода и органических перекисей. Эти продукты интенсивно вступают в химические реакции со специфическими биологическими структурами, нарушая их строение и функцию вплоть до гибели клеток.

Мутагенное действие рентгеновых лучей на растениях впервые в 1928 году описал Л. Стадлер, а для селекции растений использовали украинские исследователи Л.Н. Делоне (1932) и А.А. Сапегин (1934). В 1934-1935 гг. под руководством П.Ф. Рокицкого были выполнены работы по радиационной генетике сельскохозяйственных животных. К сожалению работы носили спорадический характер и относительно широкое развитие это направление получило только в конце 40-х годов и позднее.

Открытия в области ядерной физики привели к созданию ядерной энергетики и ядерного оружия.

В середине 1909 г. академик (акад. РАН России с 1912 г., акад. и первый президент АН УССР с 1919 г., организатор и первый директор радиевого института (1922-1939 г.г.) в России) Вернадский Владимир Иванович (1863-1945) в результате упорных теоретических размышлений пришёл к пониманию как и каким образом из атомного ядра можно извлечь громадную энергию и высказал идею цепной реакции и ядерного синтеза. 18 апреля 1913 года он сделал доклад «О радии и его возможных месторождениях в России» и тем самым положил начало русской атомной программе.

В.И. Вернадский в начале прошлого века первым осознал масштабы скрытых в атомном ядре сил, что заставило его задуматься о совершенствовании социального контроля над этими силами. В 1913 г ученый предпринял попытку остановить Первую Мировую войну. Для этого по его инициативе была начата программа создания мощного ядерного оружия на деньги, предоставленные Российской Академией Наук, миллионерами Рябушинскими и, впоследствии, Главным штабом Русской армии. В осуществление этой идеи он в помощники себе взял молодого талантливого физика-ядерщика М.И. Соболева, прошедшего в том же году стажировку в парижской лаборатории Кюри.

В феврале 1917 года в Петрограде было положено начало прикладной радиохимии, началась подготовка к созданию атомного реактора и, следовательно, атомной бомбы.

Подтверждением тому служат воспоминания Игоря Ивановича Сикорского: «В последнее время Главный Штаб Русской армии всё время требовал от меня создания аэроплана огромных размеров для несения новой, особо тяжёлой и мощной бомбы». …Экипажи данного аэроплана уже на предварительных тренировках предупреждались о том, что они – потенциальные смертники, поскольку управляемые ими летательные аппараты ещё не имеют достаточной скорости, чтобы избежать воздействия «ударной волны от разрыва тех снарядов, которые им нужно будет сбрасывать в неприятельские окопы». А такие громадные аэропланы уже в 1915 году строились на рижском авиастроительном заводе в тогдашней Лифляндской губернии. Возможность выхода России на новый уровень военной технологии заставил врагов страны ускорить её крах в октябре 1917 г.

На одной из первых публичных лекций В.И. Вернадский сказал пророческие слова: "Мы подходим к великому перевороту в жизни человечества, с которым не может сравниться все им пережитое. Недалеко то время, когда человек получит в свои руки атомную энергию – такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь так, как он этого захочет. Сумеет ли человек воспользоваться данной силой, направит ли её на добро, а не на самоуничтожение? Дорос ли он до умения использовать ту силу, которую неизбежно даст ему наука? Ученые не должны закрывать глаза на возможные последствия научной работы, научного прогресса. Они должны себя чувствовать ответственными за последствия их открытий. Они должны связать свою работу с лучшей организацией человечества". Трудно поверить, чтобы это было сказано еще в 1922 г.

В начале Второй Мировой войны И.В. Сталину доложили, что американцы и немцы готовят атомную бомбу. Учёные И.Ф. Иоффе и В.Г. Хлопин на его вопрос, возможно ли создание такой бомбы, ответили, что для её создания потребуется много новых технологий, решение большого комплекса сложнейших задач и что создание такой бомбы реально в начале 21-го века. Позднее приглашённый Вернадский заявил, что бомбу можно создать в течение 5-7 лет и дал подробный план действий. На первом месте по значению стояла даже не ядерная физика, а радиохимия. П.Л. Капица подтвердил реальность плана В.И. Вернадского и предложил превосходную кандидатуру молодого и тогда еще мало известного профессора И.В. Курчатова, т.к. возглавить работы В.И. Вернадский уже не мог в силу преклонного возраста. Он стал консультантом правительства И.В. Сталина и под его руководством были созданы основные институты, ставшие костяком системы военно-промышленного комплекса (ВПК) и были заложены основы создания и производства ядерного оружия.

В.И. Вернадский (1863 —1945)

Таким образом, задолго до американских и германских работ основные идеи в области ядерной физики, радиохимии были намечены В.И. Вернадским и его учениками.

В.И. Вернадский не дожил шести месяцев до первого боевого применения атомной бомбы в Хиросиме.

Атомная бомба в военных целях была применена лишь два раза, а водородная - никогда, и есть надежда, что не будет применена впредь. В этом - одно из проявлений законов ноосферы, о которых размышлял В.И. Вернадский.

Размышления В.И. Вернадского о ноосфере дополняли его прикладные работы. Философия ученого состояла в том, что чем большими разрушительными силами овладевает человечество, тем совершеннее должны стать механизмы социального контроля над этими силами. Совершенствование этого контроля невозможно без философской платформы, которая может возникнуть в рамках теории ноосферы. Создание такой теории - первоочередная задача науки 21-го столетия.

Атомные бомбардировки, гонка ядерного оружия и многочисленные испытания его, аварии на предприятиях ядерной энергетики и их последствия локального и глобального масштаба побудили к изучению действия ионизирующих излучений на живые организмы.

В 50-е годы в передовых странах мира, владеющих ядерными технологиями, при атомных центрах создаются многочисленные радиобиологические лаборатории и институты, а в 60-е годы уже был сформирован мощный отряд высокопрофессиональных радиобиологов.

В 1949 г. были открыты радиозащитные свойства аминокислоты цистеина и цианида натрия, а в 1951 г. бельгийский радиобиолог З. Бак обнаружил высокую протекторную эффективность синтезированного им цистеамина (меркаптоэтиламина). Последний и сейчас является практически наиболее действенным среди противорадиационных препаратов.

В 50-е годы Н.В. Лучник, Н.В. Корогодина и В.Б. Парибока экспериментально доказали явление пострадиационного восстановления клетки.

В связи с глобальным загрязнением Земли продуктами испытаний ядерного оружия перед радиобиологией встала задача изучения миграции радиоактивных веществ в биосфере, путей проникновения в растения и животных, человека, распределения в органах и тканях, особенностей их биологического действия, длительности нахождения в живых организмах и путей выведения, а, следовательно, возможность повторного загрязнения окружающей среды. В.И. Вернадский фактически был одним из создателей научной экологии, сформулировав основные философские принципы этой науки, создав учение о биосфере. Таким образом, как составляющая радиобиологии, сформировалась и получила бурное развитие радиационная экология.

Глубокое проникновение в радиобиологию идей молекулярной биологии, а также биофизических и биохимических методов исследования характерны для 60-70 годов.

Окончательно формируются теории прямого и непрямого действия ионизирующих излучений на биосубстрат и утверждается положение, что основной мишенью для радиационного поражения является ДНК, формируется схема лучевого поражения организма. Одновременно было показано явление молекулярной репарации ДНК. Однако, поиски новых эффективных радиопротекторов оказались безуспешными.

В последующие 80-е и 90-е годы в развитии радиобиологии принципиально нового почти ничего не получено. В результате наметилась тенденция к свёртыванию исследовательских работ и постепенно на первый план вышли профилактика радиационных поражений и лечение при них, а также радиоэкологические проблемы.

Развитие сельскохозяйственной радиобиологии является зеркальным отображением развития всей радиобиологии. И только, используя достижения последней для решения своих частных задач, дополнила её результатами собственных исследований в области агрономии и зоотехнии.

Так, большую актуальность приобрела проблема воздействия на живые организмы малых доз ионизирующих излучений.

Уже в начале 20-го столетия были сделаны первые попытки применения ионизирующих излучений в сельском хозяйстве с целью радиостимуляции для увеличения продуктивности культурных растений. А в 1910 году немецкий испытатель Г. Шмидт описал значительное увеличение урожайности растений после воздействия на семена и проростки сравнительно небольших доз рентгеновых лучей. В 30-е годы в бывшем СССР Н.В. Чеховым были проведены широкие исследования по действию рентгеновых лучей на семена и растения ряда зерновых, зернобобовых, льна, редиса и др. культур.

Начиная с 1935 г. Л.П. Бреславец по предложению Н. И. Вавилова систематически длительное время проводила работы по стимуляции малыми дозами ионизирующих излучений урожайности растений.

В 50-70-е годы Н.М. Березина активно пропагандировала предпосевное облучение семьян. В условиях эксперимента П.А. Власюк с сотрудниками и Н.Г. Жежель и В.Н. Лысиков с сотрудниками в результате получали прибавку урожая различных культур до 30-40 %. Однако это направление так и не получило широкого распространения и не сколько из-за ограничения технических возможностей, а из-за снижения иммунитета и в связи с этим значительно возрастающей заболеваемости растений в естественных условиях, ведущей, следовательно, к значительным потерям урожая.

Более успешно в сельскохозяйственное производство была внедрена технология радиационного мутагенеза для выведения новых сортов сельскохозяйственных растений.

Успешно внедряются общие достижения, а также приёмы и технологии радиобиологии для преодоления тканевой несовместимости растений при прививках, увеличения сроков хранения продуктов растениеводства, стерилизации и консервации продуктов растениеводства и животноводства, для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, обеззараживания отходов животноводства и т.д.

Значительное место в сельскохозяйственной радиобиологии занимает радиоэкология. Основная цель её – предупредить загрязнение радиоактивными веществами сельскохозяйственной продукции и, следовательно, человека. В этой связи радиоэкологические работы направлены на изучение естественной радиоактивности почв, растений и животных, путей миграции радионуклидов в биосфере.

Радиоэкологи бывшего СССР В.М. Клечковский, И.Н. Верховская, Р.М. Алексахин, Ф.А. Тихомиров, Н.В. Куликов, Н.А. Корнеев, И.В. Гулякин, Е.В. Юдинцева в 50-80 годы сделали немалый вклад в развитие этих исследований.

Касаясь развития сельскохозяйственной радиобиологии необходимо отметить имена крупнейших радиобиологов советского периода: А.М. Кузина, Д.М. Гродзинского, В.В. Рачинского, Н.Ф. Батыгина, внёсших определённый вклад в разработку теоретических основ общей и сельскохозяйственной радиобиологии, в сельскохозяйственное производство путём внедрения различных радиационно-биологических технологий, Е.И. Преображенскую, обобщившую свой и мировой опыт по изучению радиочувствительности семян и растений в монографии "Радиочувствительность семян растений", вышедшей в 1971 году и до настоящего времени остающейся основным справочным пособием селекционеров.

Большой вклад в изучение радиочувствительности растений внесли различные научные центры мира, среди которых прежде всего необходимо отметить возглавляемую А.Х. Спэрроу Брукхейвенскую национальную лабораторию США, где изучалась роль ДНК в поражении растений и была разработана теория мишени.

В агрофизическом институте ВАСХНИЛ Н.Ф. Батыгиным и его сотрудниками были выполнены фундаментальные работы по изучению радиочувствительности растений в разные периоды онтогенеза и возможности управления изменчивостью их с помощью ионизирующих излучений.

В институте биофизики АН СССР под руководством А.М. Кузина в 1981 году были проведены исследования влияния ионизирующих излучений на основные регуляторные системы клетки и биохимические процессы в них.

Член-корреспондент Российской АН О.М. Кузин создал обобщённую теорию биологического действия ионизирующих излучений.

В институте физиологии растений НАН Украины в 1989 г. Д.Н. Гродзинским проводились работы по изучению проблемы защиты растений от лучевого поражения, включая применение радиозащитных и радиосенсибилизирующих факторов.

Основоположниками ветеринарной радиобиологии в СНГ являются А.Д. Белов, Б.Н. Анненков, Г.Г. Воккен, В.А. Киршина, А.Н. Сироткина.

Разносторонни исследования по изучению биологического действия ионизирующих излучений на организмы сельскохозяйственных животных. Так, уже в 50-е годы в Ок-Риджской национальной лаборатории штата Теннесси в США Д.Г. Броуном, Б.Ф. Трамом, Д. Растом, Б.Х. Эриксоном, Е. Свенсоном, Р. Краге и др. Была развёрнута крупная программа радиобиологических исследований по изучению радиочувствительности сельскохозяйственных животных, их воспроизводительной способности в ранние и отдалённые периоды после гамма-облучения, возможности использования продукции животноводства от смертельно поражённых животных и т.д.

Там же и в те же годы М. Белл, Л. Сассер, Л. Вайде и др. провели экспериментальные работы в области радиационной токсикологии, которые имеют важное значение в оценке возможных последствий радионуклидных загрязнений в зонах выпаса животных и разработки эффективных мер защиты.

В СССР такого рода исследования в 1973 г. провели Е.А. Фёдорова, Б.С. Пристер, Г.Н. Романова, Л.А. Булдакова, И.Я. Панченко и Д.П. Осипова, которые проследили воздействие продуктов деления урана-235 на молочный скот и переход их в продукцию животноводства.

Вопросы ветсанэкспертизы мяса, полученного от смертельно поражённых ионизирующим излучением животных, исследовались В.А. Макаровым, П.А. Карташовым и Ю.И. Кудряшовым в Московской ветеринарной академии, В.С. Усатенко и др. - в Казанском ветеринарном институте, Н.Ф. Щуклиным и др. - в Алма-Атинском зооветеринарном институте.

Выдающийся вклад в изучение метаболизма радионуклидов у сельскохозяйственных животных сделали француз Ф. Дабарон, американцы С. Комар, В. Ленгеман, Р. Вассерман, англичане Р. Гарнер и Б. Сансон.

В 60-е годы в Военно-морской лаборатории защиты от ионизирующих излучений в штате Калифорния США на больших группах животных (козы, овцы, свиньи, ослы) был проведен цикл крупномасштабных исследований радиочувствительности и восстановления после облучения с широким обобщением полученных результатов.

Следует отметить содержательную работу П.Я. Рыбака "Основы радиационной патологии у животных" (1959), где обобщены данные мировой литературы и представлены собственные наблюдения лучевых поражений и лучевой болезни, клиника, диагностика и лечение различных сельскохозяйственных и домашних животных.

А.А. Кудрявцев, П.А. Карташов, М.И. Андреев и др. во Всесоюзном институте экспериментальной ветеринарии (Россия) изучали у различных животных клиническую картину острой лучевой болезни. Впервые на животных была проведена сравнительная оценка радиочувствительности при внешнем гамма-облучении в зависимости от суммарной дозы и мощности дозы ионизирующих излучений.

Н.И. Архипов, И.А. Чистяков и др. во ВНИИ ветеринарной вирусологии и микробиологии, а также А.И. Вертунов, В.С. Дуранов, В.А. Горбунов и Л.Г. Бурба изучили влияние ионизирующего излучения на формирование активного иммунитета к различным заболеваниям.

Большую роль в решении проблемы почвенной химии радионуклидов (радиоагрохимия) миграции их из почвы в растения, разработку методов снижения поступления радионуклидов в растения сыграли английские учёные Р.С. Рассел и Е.М. Сквейра, американцы Р.Г. Мендала, Е.М. Ромини, Х. Нишипа и сотрудники, швед Л. Фредриксон и др.

В 1948 г. в Тимирязевской сельскохозяйственной академии начала работать биофизическая лаборатория по изучению закономерностей поведения радионуклидов в цепочке почва-растение-животные. Так, В.М. Клечковский и его сотрудники выполнили фундаментальные исследования по выяснению процессов сорбции радионуклидов различными почвами и поступления их в растения, разработали агротехнические и агрохимические мероприятия по снижению этого перехода радионуклидов из почвы в растения. Группа физиологов, руководимая А.К. Викторовой, изучила на животных закономерности поступления, накопления и распределения радионуклидов в короткий и длительный интервалы времени.

Большой вклад в решение проблемы кормопроизводства и рационального ведения луго-пастбищенского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения внесли Н.А. Корнев и его сотрудники из института кормов им. В.Р. Вильямса.

В конце 50-х и начале 60-х годов Г.Г. Воккеном и сотр. из Ленинградского ветеринарного института на территории бывшего СССР, а именно Украины, Белоруссии и Грузии, были проведены значительные работы по изучению подвижности катионов в почве, детально исследовались геохимические аспекты поведения ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, их миграции в организмах сельскохозяйственных и диких животных.

Учёными Ленинградского НИИ радиационной гигиены МЗ Российской федерации М.А. Невструевой, Л.И. Ильиным, П.В. Рамзеевым и др. сделан значительный вклад в оценку радиационно-гигиенической значимости продуктов животноводства как источников поступления в организм человека радионуклидов.

В.А. Киршиным и сотр., из ветеринарного Казанского института и А.Д. Белова и В.В. Пак из Московской ветеринарной академии отмечено положительное действие малых доз гамма-излучения на рост цыплят и яйценоскость кур.

Использование меченых атомов в сельском хозяйстве было начато в СССР в середине 40-х годов в Тимирязевской сельскохозяйственной академии. Здесь под руководством академика Д.Н. Прянишникова, а затем и в других НИИ с помощью радиоиндикаторов были изучены различные способы внесения удобрений и отобраны эффективные.

Также с помощью радиоиндикаторов успешно проведены исследования обменных процессов в организмах сельскохозяйственных животных, механизмов образования молока, формирование яиц, рост шерсти.

Были проведены исследования по обезвреживанию ионизирующими излучениями навоза и сточных вод, в том числе и для борьбы с гельминтами. Разработаны технологии с использованием радиоактивных излучений по производству вакцин, повышению усвояемости грубых кормов.

Итак, к настоящему времени радиобиология как наука, прочно заняла свои позиции. Накоплен большой фактический материал, разработаны всевозможные технологии применения радионуклидов и их излучений в различных областях науки и производства.

Однако механизм биологического действия этих излучений пока еще полностью не раскрыт. Технологические же сложности и достаточно высокая стоимость, а также психологический шлейф неудач вследствие неграмотного и в части случаев халатного и по сути преступного отношения к чёткому выполнению технологий в ядерной энергетике ограничивают использование радионуклидов и ионизирующих излучений в сельском хозяйстве и ветеринарии.

На Украине радиобиологические исследования охватывают почти все аспекты влияния ионизирующих излучений на биологические системы.

Так с 1910 г. в г. Одессе начала работать радиологическая лаборатория, где изучались природная радиоактивность, биологическое действие, дозиметрия и радиометрия ионизирующих излучений, радиотерапия опухолей.

О.О. Городецкий, Е.Ю. Чеботарёв и Б.Р. Киричинский провели всестороннее исследование нейтронов на животные организмы. В.А. Барабой предложил новый класс радиопротекторов. И.Н. Гудков установил активную роль клеточных популяций тканей животных на облучение. А.А. Булах обосновал новые радиобиологические технологии. О.П. Дмитриев изучил механизмы радиосенсибилизации клеток. Ю.О. Куглахмедов развил новые идеи в области радиоэкологии. Я.И. Серкиз и Л.Б. Пинчук исследуют влияние малых доз облучения, их канцерогенное воздействие. Создан и работает Национальный Центр радиационной медицины. Проблемами морской радиоэкологии занимается Г.Г. Поликарпов.

В 60-е годы выпускник Белоцерковского сельскохозяйственного института Д.М. Гродзинский организовал кафедру радиобиологии при Киевском государственном университете и по сути является основателем школы украинских радиобиологов – всемирно известный учёный и общественный деятель, академик НАН Украины, заведующий отделом биофизики и радиобиологии института клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, доктор биологических наук, профессор, председатель Национальной комиссии по радиационной защите населения Украины при Верховном Совете Украины, создатель теории надёжности биологических систем, автор более 650 научных работ, в т.ч. 20 монографий по проблемам радиобиологии и биофизики, фундатор известной в мире научной школы в области радиобиологии растений.

И.Н. Гудков - воспитанник Украинской сельскохозяйственной академии (в настоящее время НАУ), ученик Д.М. Гродзинского, известный ученый в отрасли сельскохозяйственной радиобиологии и радиоэкологии, доктор биологических наук, профессор, академик Украинской академии аграрных наук и академик Академии технологических наук Украины, заведующий кафедрой радиобиологии и радиоэкологии Национального университета биотехнологий и природопользования Украины. В 1987 г. И.Н. Гудков становится организатором и руководителем первой узкоспециализированной кафедры радиобиологии и радиоэкологии. Он автор и соавтор ряда учебников по радиобиологии и радиоэкологии, по которым учатся студенты аграрных учебных заведений СНГ, включая Украину, а также Россию, Беларусь и Казахстан. В последние годы ученый работает в отрасли изучения и минимизации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в аграрной сфере и разработки приемов уменьшения перехода радионуклидов в продукцию растениеводства и животноводства.

В сельскохозяйственных вузах страны созданы кафедры и курсы радиобиологии. Так, например, на факультетах ветеринарном, агрономическом и плодоовощеводства, технологическом, лесного и садово-паркового хозяйства в Южном филиале Национального университета биотехнологий и природопользования Украины «Крымском агротехнологическом университете» профессором В.Г. Степановым читается курс сельскохозяйственной и ветеринарной радиобиологии.

Создан и активно работает Институт сельскохозяйственной радиологии, радиобиологическое общество, национальная комиссия радиационной защиты населения Украины (НКРЗУ), отдел радиологии МинАП, в областных центрах и АР Крым работают лаборатории по ветеринарно-санитарному контролю продукции животноводства, птицеводства и растениеводства, проводится мониторинг загрязненных радионуклидами ландшафтов. Таким образом, сельскохозяйственная радиобиология в последние годы, особенно после аварии на ЧАЭС, заняла достаточное место, чтобы в полной мере способствовать изучению влияния радиации на окружающее среду, животный и растительный мир, и значительно снизить содержание радионуклидов в загрязненной ими биосфере пострадавших территорий.

Радиобиология, в частности и сельскохозяйственная, на Украине и во всем мире непрерывно развивается, научные исследования по разработке и практическому применению радиационных технологий в сельском хозяйстве продолжаются!

Таким образом, можно выделить такие этапы в развитии радиобиологии:

Первый этап – конец ХІХ и начало ХХ века, когда были открыты ионизирующие излучения и изучались их свойства, накапливались факты их действия на живые организмы, но не была создана теория, которая бы объясняла механизм этого действия.

Второй этап – 20-50-70-е и более поздние годы XX века, когда шло формирование радиобиологии как самостоятельной науки. В этот период достаточно полно были разработаны теория и практика ядерной физики, созданы ядерная энергетика и ядерное оружие, возникло большинство теорий, объясняющих механизм биологического действия ионизирующих излучений и получены факты этого действия, разработаны методы и способы противорадиационной защиты, накоплены негативные факты воздействия на биосферу Земли в результате человеческой деятельности в области ядерной энергетики и употребления ядерного оружия, произошло осмысление возможного возникновения ядерной катастрофы, созданы радиоэкология и радиогигиена. Произошло становление фундаментальных принципов количественной радиобиологии, характеризующейся стремлением связи эффектов с величиной поглощенной дозы. Открыто мутагенное действие ионизирующих излучений, получила развитие радиационная генетика.

Третий этап – в ХХІ веке рациональное и безопасное использование ядерной энергии и радионуклидов на благо человечества.

Глава 2