2. Радиационная биогеоценология (радиоэкология)

Действие ионизирующих излучений на организмы (включая отдельные клетки, органы, ткани) стало предметом специальной научной дисциплины - радиобиологии, зародившейся вскоре после открытия лучей Рентгена и явлений радиоактивности, т. е. в конце XIX в. Резюмируя достижения "количественной радиобиологии", один из ее основоположников, К. Г. Циммер, писал: "Главное в этих поразительных наблюдениях состояло (и еще состоит) в том, что при передаче энергии биологическому материалу путем облучения ионизирующей радиацией поглощение чрезвычайно малого количества энергии может сопровождаться заметным биологическим действием. Для усиления впечатления достаточно сказать, например, что в чашке чая содержится такое количество тепловой энергии, которое оказалось бы смертельным для человека, если бы ее удалось передать в виде рентгеновских лучей" (1962, с. 8). Популяционные эффекты воздействия ионизирующих излучений исследованы преимущественно в рамках радиационной генетики. Воздействие ионизирующей радиации на биогеоценозы и биосферу в целом - предмет исследования радиационной биогеоценологии, или радиоэкологии. Постановка и разработка проблем радиационной биогеоценологии связаны с именем Н. В. Тимофеева-Ресовского (1957, 1962а, 19626). Это научное направление зародилось именно у нас в стране под влиянием идей В. В. Докучаева, В. И. Вернадского и В. Н. Сукачева. В числе важнейших прикладных задач именно радиоэкологии можно рассматривать разработку методов биологической борьбы с радиоактивными загрязнениями биосферы.

Жизнь на Земле с момента зарождения протекала и, более того, эволюционировала под воздействием ионизирующих излучений. Многие ученые считают, что естественный фон ионизирующих излучений на поверхности Земли в прежние геологические эпохи был неизмеримо более высоким, чем сейчас. Источниками естественной радиоактивности являются радиоактивные элементы в земной коре и космические излучения. Содержание радиоактивных изотопов (радионуклидов) в земной коре варьирует в зависимости от региональных геологических условий.

Степень радиоактивности вещества (активность) выражается в кюри (Ки). 1 Ки соответствует такому количеству вещества, в котором за одну секунду распадается 3,7·10¹⁰ атомов (с образованием ионизирующего излучения). 1 Ки обозначает очень высокую активность, которой обладает, например, и 3 т урана-238, и 1 г радия или 10 мг радиоактивного йода. Степень воздействия ионизирующего излучения называется дозой излучения или облучения и выражается в радах. 1 рад соответствует дозе, при которой на 1 г ткани приходится 100 эрг энергии. Доза гамма- или рентгеновского излучения выражается еще в рентгенах (Р). 1 Р соответствует приблизительно 1 раду. Наконец, доза излучения, отнесенная к единице времени, называется интенсивностью дозы (излучения). Фон естественных ионизирующих излучений на поверхности Земли составляет в среднем 0,1 - 0,5 рад в год (Ильенко, Криволуцкий, 1971). Эта величина очень небольшая. Для сравнения достаточно заметить, что при ядерных испытаниях интенсивность излучений достигает нескольких миллионов рад в час. Следовательно, предметом заботы радиоэкологов являются главным образом последствия инженерной деятельности человечества. Радиационные аспекты этой деятельности становятся уже необозримыми, поэтому рассмотрим лишь один пример, имеющий лишь весьма косвенное отношение к состоянию радиационного фона Земли.

Американские радиофизики М. Мендильо, Дж. Хоукинс и Дж. Клобучар (1975), изучая эффекты в ионосфере, сопровождающие полет ракеты-носителя "Сатурн-5" 14 мая 1973 г., установили, что в результате прохождения ракеты в ионосфере Земли образовалось "отверстие" диаметром 1800 км. Площадь такой "дырки" достигает соответственно более 2,5 млн. км². Для сравнения напомним, что площадь поверхности Земли составляет около 510 млн. км². В 1979 г. аналогичные наблюдения при выведении на орбиту астрономической обсерватории с помощью ракеты "Атлас-Центавр" показали, что определенные изменения в ионосфере происходили вдоль траектории ракеты на расстоянии 2000 - 3000 км к востоку от мыса Канаверал и в полосе шириной 600 - 1000 км. Эта "дырка" сохранялась в течение трех часов, и площадь ее достигала 0,1% от площади всей ионосферы. Даже если допустить, что все эти изменения и нарушения являются недолговременными и обратимыми, нельзя забывать, что только ионосфера и защищает жизнь на Земле от губительного коротковолнового (жесткого) космического излучения. Здесь напрашивается определенная аналогия с различиями в подходе советских и американских специалистов к оценке влияния ЭМП - ЛЭП, обсуждавшимися в предыдущем разделе. Достаточно проследить за хроникой запусков космических ракет и выведения на орбиты спутников, чтобы убедиться, что над определенными точками земного шара "эфемерные дырки" в ионосфере "подновляются" с завидной регулярностью, а это не может не сопровождаться какими-то пусть сначала и не очень заметными радиобиологическими эффектами на прилегающей к этим точкам земной поверхности.

Исследуя воздействие дополнительного коротковолнового и длинноволнового ультрафиолетового излучения на жизнедеятельность растений в естественных условиях высокогорной местности, А. С. Султанбаев и Ю. Л. Соколов (1982) пришли к выводу, что такой специфический режим при некоторых оптимальных дозировках обладает мощными биостимулирующими свойствами. Предполагается, что таким способом можно получить новые формы культивируемых растений. В опыте использованы пшеница, ячмень, овес, картофель, люцерна, сахарная свекла, томаты и соя. Но что происходит при этом с десятками и сотнями видов сорных и "диких" растений?

Упомянутые виды культурных растений прошли за сравнительно короткий срок испытание весьма жестким отбором. В результате они превратились (в генетическом смысле) почти в чистые линии, т. е. в совокупность особей, обладающих сходными наследственными задатками, поддерживаемыми в их жизнедеятельности селекционными и агротехническими мероприятиями. На этом фоне отдельные генотипические уклонения культурных растений от нормы достаточно очевидны и даже "тиражируемы" в массовых масштабах. Реакции популяций "диких" видов в данной ситуации практически непредсказуемы, поскольку на их и без того огромную генотипическую изменчивость накладывается новый, весьма влиятельный мутагенный внешний эффект. Поэтому положительные результаты этих экспериментов уместно сопроводить определенными экологическими опасениями: из опыта сельскохозяйственной практики должно быть ясно, что вредители и паразиты сельскохозяйственных культур эволюционируют вообще чрезвычайно бурно...

Экспериментальных данных по радиоэкологии очень много. Обзоры их можно найти в книгах Н. В. Тимофеева-Ресовского (19626), Г. Г. Поликарпова (1964), Н. В. Куликова и И. В. Молчановой (1975), а также в сводке Ю. Одума (1975). Основные эмпирические обобщения радиоэкологии, на наш взгляд, следующие:

1. В воздействиях ионизирующих излучений на живые организмы не существует низшей пороговой дозы, а следовательно, ее в принципе не существует и для экосистем: малые дозы не оказывают "заметных и установимых действий", но это не значит, что они не оказывают действия вообще. Как показал Дарвин, вся эволюция протекает под контролем именно малых и незаметных воздействий, а катаклизмы всех типов лишь усиливают этот процесс.

2. В биогеоценозах любого типа первый "удар" ионизирующих излучений воспринимает фитоценоз, т. е. автотрофный элемент экосистем. Фитоценоз накапливает в себе радионуклиды и способствует их вертикальному и горизонтальному перераспределению. Радиочувствительность в целом повышается от низших к более высокоорганизованным формам (как в мире растений, так и в мире животных).

3. Ионизирующие облучения вызывают перестройку структурно-функциональной организации экосистем, способствуя обеднению их видового состава и ускорению сукцессионных превращений. Концентрированные дозы облучений более эффективны, чем протрагированные (растянутые во времени).

4. Более высокой радиоустойчивостью отличаются экосистемы аридной зоны, высокогорий, а также ландшафтов с повышенным естественным радиофоном.

5. Способность биологического накопления радионуклидов в цепях питания может быть практически использована не только для дезактивации очагов радиоактивных загрязнений, но и для "добывания" некоторых редких и рассеянных элементов.

Наибольшую актуальность с точки зрения радиоэкологии в настоящий момент имеют проблемы глобальных загрязнений атмосферы, гидросферы и литосферы веществами, образующимися в результате ядерных испытаний и аварий, а также проблемы захоронения отходов атомной промышленности.

Ядерные испытания или аварии - события разовые и непредсказуемые. Развитие атомной энергетики - явление закономерное и неотвратимое. Прогнозируется, что к 2000 г. число энергетических атомных реакторов достигнет 5,0 - 5,5 тыс. и более половины всей электроэнергии в мире будет вырабатываться именно в них. Вот почему ядерная энергетика с момента ее зарождения находится под пристальным наблюдением экологов. К настоящему времени накоплено огромное количество данных о том, что само по себе ядерное производство электроэнергии является наиболее "чистым" и безотходным. Достаточно заметить, что 500 г урана-235 энергетически замещают 1500 т угля (Говард, Ремсон, 1982). Центр внимания, таким образом, перемещается от пункта непосредственного ядерного производства в область радиоэкологии водоемов-охладителей АЭС и прилегающих к ним наземных экосистем.

Советский биолог Н. Н. Смирнов (1981) опубликовал сведения, полученные различными международными научными организациями, о военном разрушении биосферы: в мире, где ежегодные расходы на вооружение достигли уже 500 млрд, долл., где на одного человека еще к 1976 г. было накоплено по 15 т ядерного взрывчатого вещества (в тротиловом эквиваленте), где с 1945 по 1978 г. было произведено 1165 ядерных взрывов, вероятность глобальных катаклизмов радиационного порядка весьма велика и все более возрастает. Эта информация должна послужить мощным стимулом в борьбе народов за мир и разоружение. Радиационная биогеоценология в состоянии выработать прогноз глобальных, зональных и региональных экологических последствий ядерных катаклизмов, т. е. радиационных эффектов на уровне биогеоценологического покрова Земли и отдельных ее частей.

В серии новейших научных публикаций советских ученых (см., например: Феоктистов Л. П. Современное вооружение приобретает характер абсолютного. - Природа, 1983, № 9, с. 3 - 10; Баев А. А., Бочков Н. П. Ядерная война поставит под сомнение существование человека как биологического вида. - Природа, 1983, № 10, с. 3 - 10) приведены последние известные данные об уровне мировых военных приготовлений и сделан прогноз медико-биологических последствий глобального термоядерного конфликта. Эти сведения не оставляют места наивным надеждам где-нибудь и как-нибудь "пережить" катастрофу. Что касается биосферы в целом, то она, безусловно, "переживет" любой мыслимый катаклизм, но всесторонний прогноз неизбежных, радикальных и бурных видоизменений биогеоценологического покрова Земли потребует еще беспрецедентных усилий от специалистов.