Scientific journal

International Journal of Experimental Education

ISSN 2618–7159

ИФ РИНЦ = 0,425

Проблема биологического действия малых дозах радиации на животных и человека остается актуальной. Это связано с интенсивным развитием ядерной энергетики и аварийными событиями, последнее из которых произошло на японской АЭС «Фукусима» в марте 2011 г. В отличие от других радиоактивно загрязненных территорий, зона Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС, Челябинская обл.), сформировавшегося в 1957 г. в результате Кыштымской аварии на ПО “Маяк”, представляет узкую протяженную территорию с резко падающим градиентом радиоактивного загрязнения. Здесь долговременную опасность представляет стронций-90, который имеет длительный (около 30 лет) период полураспада, депонируется в костной ткани позвоночных животных и является источником внутреннего облучения организма в малых дозах. Одним из проявлений действия малых доз радиации является феномен адаптивного ответа (АО) – механизм защиты клеток (тканей организма) от воздействия радиации (и других агентов химической и физической природы) в высоких дозах после их предварительного облучения в малых дозах [6]. АО проиллюстрирован во многих работах на разных объектах – преимущественно, на системах it vitro, отличающихся реакциями на внешние воздействия от живых организмов. Исследования in vivo немногочисленны, подчас противоречивы, выполнены на лабораторных животных. В литературе отсутствуют данные по исследованию АО у мелких млекопитающих из природных популяций, обитающих в зонах радиоактивного загрязнения, хотя именно этот аспект может иметь принципиальное значение в изучении адаптаций животных к радиоактивной среде. Ранее нами [1] у обыкновенной слепушонки (Ellobius talpinus Pallas), из зоны радиоактивного неблагополучия зарегистрирован АО (у особей из контрольной выборки АО не выявлен), который является доказательством завершенной генетической радиоадаптации, развившейся у животных в чреде поколений при длительном воздействии малых доз радиации. Успешной радиоадаптации способствовали эколого-физиологические характеристики вида – подземно-колониальный образ жизни и низкая миграция, что привело к изоляции поселения слепушонок в зоне радиоактивного загрязнения.

Цель настоящего исследования – изучение АО у грызунов вагильных видов, т.е. видов, характеризующихся высокой миграционной активностью, населяющих в зону ВУРСа и сопредельную территорию.

Материалы и методы исследования

Объекты исследования – малая лесная мышь (Sylvaemus uralensis Pallas) и полевая мышь (Apodemus agrarius Pallas) – наземные грызуны с высокой миграционной активностью. Участок отлова мышей расположен в 13 км от эпицентра взрыва к югу от оз. Бердениш на выровненной площадке с мелкобугристым рельефом, умеренным увлажнением, представлен разнотравно-крапивной ассоциацией, исходная плотность загрязнения 90Sr – 18.5 МБк/м2 (500 Ки/км2). Работа выполнена на однородных по функциональному статусу особях, отловленных в осенний период, когда популяция представлена несозревшими в год рождения сеголетками, функция которых пережить неблагоприятный зимний период с минимальными потерями. Эти зверьки характеризуются низкой интенсивностью процессов метаболизма и скоростью старения, самцы и самки не воспринимают друг друга как половые партнеры, половой диморфизм по большинству показателей не выражен. Контрольный участок (окрестности пос. Метлино) находится за пределами радиационного заповедника на расстоянии 10-12 км от импактного, характеризуются фоновым уровнем загрязнения.

Радиобиологический эксперимент на грызунах из природной среды проведен по cхеме, представленной в работе [4]. Были сформированы группы сравнения: фон (ВУРС – контроль); D1 (ВУРС – контроль) – облучены адаптирующей дозой (20 сГр); D2 (ВУРС – контроль) – облучены повреждающей дозой (2.0 Гр); D1+D2 (ВУРС – контроль) – подвергнуты воздействию γ–излучения (137Cs) на установке ИГУР-1 (Россия) (мощность дозы 1.30 сГр/мин.) по схеме изучения АО – сначала адаптирующей (D1), затем через 4 часа повреждающей (D2) дозами. Для определения уровня цитогенетического повреждения по микроядерному тесту (МЯ) в полихроматофильных эритроцитах (ПХЭ) костного мозга зверьков забивали методом цервикальной дислокации на 7-е сутки после облучения. По данным [4] АО сохраняется до 2-х мес. после облучения. Мазки костного мозга готовили по стандартной методике. Во всех группах на каждую экспериментальную точку использовано не менее 5 особей. Общий объем выборок (ВУРС-контроль): S. uralensis – 27 и 22 особи, A. agrarius – 24 и 22 особи, соответственно. От каждого животного в препаратах проанализировано не менее 2000 ПХЭ для подсчета числа клеток с МЯ. Частота событий выражена в процентах. Межгрупповые различия оценены по t-критерию Стьюдента, при проверке статистических гипотез был принят 5 %-й уровень значимости.

Величина АО рассчитана по формуле [4]:

R = N1 + N2 / N1+2,

где N1 – выход ПХЭ с МЯ, индуцированных облучением в дозе D1; N2 – выход ПХЭ с МЯ, индуцированных облучением в дозе D2; N1+2 – выход ПХЭ с МЯ, индуцированных облучением в дозах D1+D2, использованы значения за вычетом спонтанной частоты ПХЭ с МЯ.

Результаты исследования и их обсуждение

Спонтанный уровень частоты ПХЭ с МЯ в интактных группах малой лесной мыши достоверно различался (p<0.05) (табл. 1).

Таблица 1

Выход полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) с микроядрами (МЯ) в костном мозге S. uralensis из зоны ВУРСа и сопредельного участка, облученных in vivo

Примечание. В табл. 1 и 2: * – значения за вычетом спонтанной частоты ПХЭ с МЯ;

** – достоверность между фоновыми группами, p<0.05.

*** – достоверность между одноименными группами, p<0.05.

Облучение зверьков обеих групп адаптирующей дозой (D1) практически не изменило значений показателя. Повреждающая доза (D2) достоверно (в 3-5) раз увеличила процент выхода ПХЭ с МЯ в клетках костного мозга в обеих группах по сравнению с фоновыми значениями. В группах D1+D2 (ВУРС–контроль) зарегистрирован АО в костном мозге мышей – частота ПХЭ с МЯ по сравнению с таковой в варианте D2 в одноименных группах была достоверно снижена (на 48 % и 52 %, соответственно). Во всех вариантах эксперимента различия в парных выборках незначимы. Рассчитанные по формуле величины АО для S. uralensis групп ВУРС–контроль составили 3.61 и 2.97, соответственно.

Аналогичную по динамике картину цитогенетического АО наблюдали у полевой мыши (табл. 2). Фоновые частоты ПХЭ с МЯ на сравниваемых участках также достоверно различались (p<0.05). Адаптирующая доза не изменила значений частоты ПХЭ с МЯ в обеих группах, в то время как воздействие в высокой дозе привело к значимому (в 2-4 раза) увеличению частоты ПХЭ с МЯ в клетках костного мозга. В варианте (D1+D2) обнаруженный АО количественно был не столь велик (33 % в обеих группах) но достоверен. Величины АО для A. agrarius (ВУРС-контроль) составили 2.72 и 1.95, соответственно. Для сравнения, у лабораторных линейных мышей величина АО, оцененного в условиях данной методики, соответствовала 1.8 [4].

Таблица 2

Выход полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) с микроядрами (МЯ) в костном мозге A. agrarius из зоны ВУРСа и сопредельного участка, облученных in vivo

Обращает на себя внимание практически одинаковая способность к формированию радиационно-индуцированного АО в клетках костного мозга у животных обоих видов из зоны ВУРСа и фонового участка. Однако степень выраженности АО у лесной мыши была несколько выше, чем у полевой, что, возможно, обусловлено различиями в видовой радиочувствительности (ЛД50/30: 7.0±0.4 Гр и 10.0±0.2 Гр, соответственно, p<0.05) [3]. Отметим, что средняя частота клеток с хромосомными аберрациями (ХА) в костном мозге грызунов в вурсовской выборке S. uralensis была также выше, чем у A. agrarius – 4.20+1.25 % и 2.87+0.37 %, в контроле – 0.55+0.28 % и 1.33+0.39 %, соответственно [8].

В работе [5] было показано, что через 20 лет после Кыштымской радиационной аварии, однократное облучение лесных мышей с радиоактивно загрязненной и чистой территорий γ-лучами 60Co в дозе 2 Гр вызывало увеличение процента клеток селезенки с хромосомными нарушениями на различную величину – 4.7 % и 8.9 % соответственно, что авторы связали с повышенной радиорезистентностью животных, развившейся по воздействием хронического облучения. При анализе разного рода показателей у животных, обитающих в зонах радиоактивного загрязнения, следует учитывать, что наряду с повреждающим воздействием, ионизирующие излучения индуцируют в популяциях адаптивные процессы. Согласно [7], радиоадаптация это феномен увеличения радиоустойчивости особей, входящих в хронически облучаемые популяции к дополнительному облучению в высоких дозах. При этом отсутствие корреляции между общей радиочувствительностью и радиочувствительностью хромосомного аппарата клеток указывает на сложность и неоднозначность процессов адаптации животных к хроническому облучению, а радиоустойчивость отдельной ткани организма вовсе не является показателем адаптации животных к облучению.

Близкие величины АО у зверьков обоих видов, выявленные нами на загрязненных и фоновых участках объясняются, прежде всего, миграциями животных. S. uralensis и A.agrarius отличаются высокой вагильностью, для них характерны сезонные миграции и лабильные типы пространственной структуры. Активные миграции лесных мышей связаны с неблагоприятными условиями существования: неполноценностью или дефицитом кормов и неравномерностью их распределения в природе, отсутствием надежных убежищ и усилением пресса хищников. Миграции обусловлены сложным комплексом составляющих, которые имеют наследственную природу и рассматриваются как элемент стратегии оптимальной приспособленности вида к сезонным изменениям окружающей среды [9]. По уровню миграционной активности и перемешивания населения мышевидных грызунов, зона ВУРСа, как и другие техногенные территории подобной конфигурации, принципиально ничем не отличается от фоновых. По данным разных авторов в природе миграции лесных и полевых мышей составляют от 800 м до 2,5 км. В условиях лабораторного вивария (в актографе) зверьки пробегают десятки километров в сутки. Поэтому на узкой и протяженной территории ВУРСа мыши за короткое время могут преодолевать значительные пространства, сопоставимые с поперечными размерами загрязненной зоны. Это приводит к формированию населения с меняющимся составом. Наши материалы, полученные в результате 4-х летнего массового мечения животного населения в зоне ВУРСа тетрациклиновой меткой [2] показали, что миграции за пределы зоны ВУРСа совершали грызуны разной экологической специализации, причем лесные и полевые мыши регистрировались на весьма значительном удалении от участков мечения, их доля в разные годы и сезоны отловов доходила до 30 %. По радиоактивной метке (90Sr – пожизненный естественный маркер) величина миграций варьировала от 17 до 40 % [8].

Заключение

Таким образом, впервые на грызунах вагильных видов (S. uralensis, A. agrarius), обитающих в зоне локального радиоактивного загрязнения (ВУРС) и фоновых участков изучен радиационно-индуцированный АО. Показано, отсутствие достоверных различий по величине АО между группами (ВУРС-контроль) у обоих видов, однако у лесных мышей из зоны ВУРСа АО был более выражен, чем у полевых, что, возможно, связано с видовыми различиями в радиорезистентности. При этом установлена сходная динамика формирования АО в импактной и контрольной выборках, что в совокупности с данными массового мечения тетрациклином убедительно доказывает отсутствие изоляции населения мышевидных грызунов в зоне ВУРСа. Обобщение материалов по АО и миграциям животных свидетельствует, что в зоне ВУРСа проживает население мышевидных грызунов с меняющимся составом. При этом происходит (1) изменение генофонда за счет генных потоков, приносимых в зону загрязнения особями с чистых территорий; (2) вынос биологических эффектов на сопредельные территории, где возможно ожидать увеличения генетического разнообразия, индуцированного мутациями de novo. К примеру, нами [10] на основе анализа микросателлитной ДНК показан более высокий показатель генетического разнообразия, числа уникальных аллелей и аллельного разнообразия в выборке красных полевок с сопредельного с ВУРСом фонового участка по сравнению с этими параметрами в зоне ВУРСа и в географически удаленном (расстояние 220 км) контроле. Это значит, что прилегающие к Восточно-Уральскому заповеднику (собственно следу) территории (зона влияния ВУРСа) представляют собой уникальный полигон для оценки роли повышенной частоты мутаций в процессах эволюции природных популяций. Следовательно, миграции животных на узкой и протяженной территории ВУРСа существенно снижают возможность закрепления и передачи адаптивных изменений в чреде поколений, и являются основой передачи радиоиндуцированных эффектов на сопредельные территории. Так, активно перемещаясь, мыши «ускользают» от постоянного воздействия радиационного фактора, что, препятствует у них развитию радиоадаптации в чреде поколений. Напротив, вышеупомянутые нами обыкновенные слепушонки (Ellobius talpinus), характеризующиеся подземным образом жизни, низкой миграцией и более высокой, по сравнению с мышами радиочувствительностью (ЛД50/30: 5.0±0.7 Гр) [3], являются примером успешной радиоадаптации к радиоактивной среде в чреде поколений, о чем свидетельствуют признаки гормезиса по показателям системы гемопоэза и наличие достоверного АО у зверьков из импактной выборки при отсутствии АО у животных с контрольного участка [1].

Факт непостоянства населения грызунов следует учитывать в широком спектре исследований при анализе отдаленных последствий любого техногенного воздействия. Результаты исследования являются подспорьем для понимания сложных микроэволюционных процессов, происходящих в населении мелких млекопитающих в зонах локального техногенного загрязнения.