Ионизирующее излучение — тоже
Проектная работа по биологии.
Тема: «Беззвучное эхо Чернобыля».
Подготовила:
Ученица 11 класса
Картавцева Софья
Руководитель: учитель биологии
Дымовских Людмила Александровна
Г.
Содержание
1.Введение в проект: Проблема, гипотеза, цели, исследования……………………стр. 3;
2. Предисловие:
А) Авария на Чернобыльской АЭС……………………………… …………………стр. 4-5;
Б) Общие сведения о радиации и ионизирующем излучении………………………………………………………. ………………………стр. 5-6;
I глава.
3. «Куда делись мутанты?»………………………………………………………….. стр. 6-9;
4. Не все гены хороши для новых условий………………………. ……………… стр. 9-11;
5. Первый вывод……………………………………………………………………….. стр. 11;
II глава.
6. Ранние последствия для здоровья: острая лучевая болезнь………………. стр. 12-13;
7. Отдаленные последствия для здоровья у лиц, перенёсших ОЛБ….. ……...стр. 13-15;
8. Отдаленные последствия для здоровья: онкологические и неонкологические заболевания………………………………………………………….……………….стр. 15-18;
9. Общие (второй вывод) выводы и мнения экспертов………………………... стр.20-23;
10. Общие выводы по проекту……………………………………………………….. стр. 23;
11. Приложение: список литературы……………………………………………….. стр. 24;
Введение.
Проблема: Как влияет радиационное (ионизирующие излучение) на человека.
Цель: Узнать о влиянии радиационного излучения на человека. Узнать проблемы неприспособленности человека к ионизирующему излучению.
|
|
|
Гипотеза: Ионизирующее излучение влияет на ДНК и изменяет функции клеток, желез, и других жизненоважных органов.
Исследование: На основе аварии на Чернобыльской АЭС выяснить на сколько сильно влияет радиационное излучение на человека.
Предисловие: авария на Чернобыльской АЭС.
26 апреля 1986 года произошла самая тяжелая в истории атомной промышленности авария на 4-м блоке Чернобыльской АЭС в бывшей Украинской Республике Советского Союза.
Взрывы, разрушившие корпус реактора Чернобыльской АЭС, и последовавший за ними пожар, продолжавшийся 10 дней, привели к значительному выбросу радиоактивных материалов в окружающую среду. Облако, образовавшееся от горящего реактора, разнесло различные радиоактивные материалы, и прежде всего радионуклиды йода и цезия, по большей части территории Европы. Радиоактивный йод-131, дающий основной вклад в дозы облучения щитовидной железы, имеет короткий период полураспада (8 дней), и в течение первых недель после аварии в основном распался. Радиоактивный цезий-137, являющийся источником внешнего и внутреннего облучения, имеет гораздо больший период полураспада (30 лет), и измерения все еще показывают его присутствие в почве и некоторых пищевых продуктах во многих районах Европы, см. рис. 1. Наибольшие выпадения отмечались на значительных территориях в Советском Союзе, расположенных вблизи реактора и относящихся теперь к территориям Беларуси, Российской Федерации и Украины.
|
|
|
Рис. 1. Выпадение 137Cs в Европе в результате аварии на Чернобыльской АЭС.
Около пяти миллионов человек проживает на территориях Беларуси, России и Украины, классифицированных как «загрязненные» радионуклидами вследствие чернобыльской аварии (свыше 37 кБк/кв.км 137Cs)1.
1 Беккерель (Бк) – это международная единица измерения радиоактивности, соответствующая одному ядерному распаду в секунду.
Из этого числа около 400 000 человек проживали на более загрязненных территориях – классифицированных как территории строгого радиационного контроля (свыше 555 кБк/кв.км 137Cs).
Из этого населения 116 000 человек были эвакуированы весной и летом 1986 года из района, прилегающего к
Чернобыльской АЭС (названного «зоной отчуждения»), в незагрязненные районы. Еще 220 000 человек были переселены в последующие годы. К сожалению, тогда в Советском Союзе люди, пострадавшие от этой аварии, не могли получить надежной информации об аварии и о вызванном ею радиоактивном загрязнении, и информация была недостаточной в течение ряда лет после аварии. Такие ограничения и задержки привели к широкому распространению недоверия к официальной информации и к ошибочному ассоциированию многих болезней с воздействием облучения.
|
|
|
Общие сведения о радиации.
Радиация бывает разная
Радиацией ученые называют разные вещи, среди которых та самая, рукотворная и смертоносная, не столь уж заметна. В широком смысле радиация — это любое излучение, включая почти безобидный солнечный свет. Например, метеорологи употребляют термин "солнечная радиация" для оценки количества тепла, которое получает поверхность нашей планеты.
Часто радиацию отождествляют с ионизирующим излучением, то есть лучами или частицами, способными оторвать от атомов и молекул электроны. Именно ионизирующее излучение повреждает живые клетки, вызывает поломки ДНК. Это та самая радиация, но она далеко не всегда рукотворна.
Ионизирующее излучение — тоже
Ионизирующее излучение бывает разных видов. Это гамма- и рентгеновские лучи (электромагнитные волны), бета-частицы (электроны и их античастицы, позитроны), альфа-частицы (ядра атомов гелия), нейтроны и просто осколки ядер, летящие с огромной скоростью, достаточной для ионизации вещества.
|
|
|
Некоторые виды радиации (далее в тексте она будет синонимом "ионизирующего излучения") — альфа-частицы, к примеру — задерживает фольга или даже бумага. Другие, нейтроны, поглощаются веществами, богатыми атомами водорода: водой или парафином. А для защиты от гамма-лучей и рентгена оптимален свинец. Поэтому ядерные реакторы защищают многослойной оболочкой, которая рассчитана на разные виды излучения.
Источников радиации много
Большая часть ионизирующего излучения возникает при распаде ядер нестабильных (радиоактивных) атомов. Второй источник — реакции уже не распада, а слияния атомов, термоядерные. Они идут в недрах звезд, включая Солнце. За пределами атмосферы Земли и ее магнитного поля солнечное излучение включает в себя не только свет и тепло, но также рентгеновские лучи, жесткий ультрафиолет и разогнанные до внушительной скорости протоны.
Протоны наиболее опасны для оказавшихся в дальнем космосе. В год повышенной солнечной активности попадание под пучок протонов даст смертельную дозу облучения за считаные минуты. Это примерно соответствует фону вблизи разрушенного реактора Чернобыльской АЭС.
Рентгеновские лучи возникают при движении электронов с ускорением, поэтому их, в отличие от всего остального, можно включить и выключить, направив пучок электронов на металлическую пластинку или заставив тот же пучок колебаться в электромагнитном поле.
Радиация ломает технику
Радиация вредна не только для людей и животных. Микросхемы на аппаратах в межпланетном пространстве, где много космических лучей, приходится специально адаптировать для работы в условиях повышенного радиационного фона. Именно из-за этого производительность процессора, скажем, на марсоходе или юпитерианском зонде Juno весьма скромна по земным меркам: за устойчивость к облучению конструкторы расплачиваются габаритами и скоростью работы.
Вокруг Чернобыля сложилось немало легенд. Еще совсем недавно горячо обсуждали появление в зоне отчуждения всевозможных монстров. Речь шла о чудовищных мутациях, ускорении эволюции. Но все это — по слухам. Какие же генетические изменения можно реально связать с Чернобылем?
Куда делись мутанты?
Вся радиобиология выросла из работ Г.А. Надсона, С.Г. Филиппова, Г. Мёллера, Л. Стадлера и Н.В. Тимофеева-Ресовского, которые изучали мутации у дрожжей, дрозофилы и других многоклеточных организмов, возникшие под воздействием ионизирующего излучения. Эти работы положили начало новой дисциплине — радиационной генетике. Благодаря многочисленным исследованиям последних десятилетий теперь уже известно, что элементарные частицы (g-кванты, электроны, протоны и нейтроны), попадая в ядро клетки, вызывают ионизацию молекул воды, что приводит к нарушению химической структуры ДНК и возникновению дополнительных, индуцированных радиацией мутаций(рис.3). Сделаны даже строго обоснованные расчеты, определяющие соотношение между дозой воздействия и количеством мутаций. В лабораторных условиях при высоких дозах облучения появление мутаций и мутантных организмов удается уловить, и частота их появления, в общем, соответствует теоретически ожидаемому эффекту.
Рис. 2
Мутации в соматических клетках не делают организм мутантным, но они могут повышать риск развития онкологических заболеваний. Если же мутации происходят в половых клетках, должна повышаться частота рождения мутантов в следующем поколении. Тем не менее до сих пор не удавалось выявить мутации в кодирующих участках ДНК или доказать, что под воздействием радиации повысилась частота онкологических заболеваний (кроме рака щитовидной железы) у потомков людей, переживших аварию на ЧАЭС. Не удалось это также американским и японским ученым, проводившим многолетние генетические исследования после взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки. В чем же дело?
Как известно, даже при отсутствии в окружающей среде мутагенов генетические нарушения (спонтанные мутации) возникают в организме постоянно, но только малая их часть сохраняется дольше двух-трех клеточных делений. Состояние генома контролируют сложные, комплексные механизмы, обеспечивающие защиту от возникающих ошибок, повреждений генетического материала. Восстановление (репарация) структуры ДНК — обязательное условие существования всех биологических объектов, от простейших одноклеточных до высокоорганизованных многоклеточных. Мутации, которым все же удается уклониться от систем контроля генетического постоянства, события редкие; реальную опасность представляют как раз те, что могут сохраняться в ряду клеточных поколений.
Предполагается, что в гаплоидном геноме одной клетки в среднем находится около 100 тыс. потенциальных (пурин/пиримидиновых) сайтов мутирования. Получается, что один такой сайт приходится на 3•104 нуклеотидов в среднем по геному, или на 3•103 нуклеотидных последовательностей структурных генов, кодирующих синтез белков. В то же время в структурных генах человека, по современным данным, частота спонтанных мутаций (нуклеотидных замещений, вставок-делеций и более комплексных изменений), которые могут оставаться нерепарированными, составляет 5•10-11 на одно основание за клеточный цикл. Видно, что потенциальные генетические дефекты реализуются в мутации по структурным генам много реже, чем возникают. Чтобы найти одну мутацию по определенному гену, надо исследовать как минимум 100 тыс. детей. По-видимому, с этим и связаны “неудачи” ученых, работавших в Японии: даже если после взрывов частота изменилась, то обнаружить это можно, изучив не десятки тысяч, как это было сделано, а сотни тысяч детей. Иной путь — поиск новых экспериментальных подходов к изучению генетических последствий радиации.
В 80-х годах прошлого столетия в клетках эвкариот была открыта некодирующая (сателлитная) ДНК, которая не транскрибируется. Она часто встречается в области центромеры и является частью гетерохроматина. Состоит сателлитная ДНК из коротких последовательностей, повторяющихся в тандемном порядке. В зависимости от величины повторов различают микро- и минисателлиты. Мутации в них (изменение числа повторов) происходят с неимоверной частотой, более чем в тысячу раз большей, чем для структурных генов. Микро- и минисателлиты были предложены в качестве потенциальных маркеров для исследования генетических эффектов ионизирующих излучений на уровне ДНК.
Десять лет назад были опубликованы первые результаты экспериментов, выявившие двукратное повышение частоты мутаций по минисателлитным локусам у детей, родители которых участвовали в ликвидации аварии на ЧАЭС, в сравнении с потомками необлученных родителей. Впоследствии были получены новые свидетельства повышения частоты мутаций у детей ликвидаторов, но в качестве праймера в этот раз использовался 19-21 олигонуклеотид, представленный ди- или тринуклеотидным микросателлитным повтором. Кроме того, были получены данные об увеличении мутаций по микросателлитным локусам у птиц, обитающих в зоне отчуждения ЧАЭС.
Естественно, эта проблема заслуживает особого внимания и изучения. Однако пока мини- и микросателлитные тандемные повторы остаются недостаточно исследованной частью генома высших организмов как в отношении их внутренней гетерогенности, скоростей эволюции, факторов, влияющих на их изменчивость, так и в отношении фенотипических проявлений мутирования. Иными словами, результаты этих исследований пока не позволяют прогнозировать последствия произошедших изменений для здоровья будущих поколений. Но уже сейчас ясно, что радиация все же привела к генетическим изменениям среди потомков облученных родителей, и этот процесс, видимо, затронул не только сателлитную ДНК. Возможно, проблема в том, что после взрыва реактора или атомной бомбы популяции живых организмов имеют дело с долговременными (хроническими) низкодозовыми воздействиями, которые трудно смоделировать в лабораторных условиях.
После чернобыльской катастрофы явно повысилась частота встречаемости соматических клеток с хромосомными поломками и у животных, и у людей в разных регионах (в 1987 г. это было зарегистрировано даже у жителей Дании). Правда, до сих пор неясно, связано ли это с тем, что они чаще возникают, или с тем, что защитные системы организма медленнее их устраняют. Судя по всему, всевозможные системы отбора очень эффективно борются и с мутациями, которые появляются в половых клетках, именно поэтому их так трудно зафиксировать.
Учёные из Института молекулярной биологии и генетики Национальной академии наук Украины, С.С. Малюта и А.И. Соломко, выявили повышенную смертность у лабораторных мышей, подвергшихся ионизирующему облучению в зоне отчуждения ЧАЭС, на самой ранней стадии развития эмбриона — до его имплантации в матку. Создалось впечатление, что если все же имплантация удалась, то дальше должна родиться нормальная мышь. В результате искусственного культивирования ранних эмбрионов, полученных от облученных мышей, установлено, что у некоторых из них запаздывают стадии дробления яйца. Хорошо известно, что клеточное деление может задерживаться из-за повреждений генетического материала. По-видимому, в этом кроются причины гибели зародышей, несущих мутации, на ранней стадии развития.
Таким образом, на вопрос о том, куда делись мутанты, видимо, можно ответить следующим образом — мутанты не родились, и произошло это скорее всего потому, что либо не формируются гаметы из поврежденных премейотических клеток, либо несущие их эмбрионы элиминируются на ранних стадиях дробления или оказываются неспособны к имплантации.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 69; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!