07.06.2012

Как влияет радиация на развитие саранчовых?

Радиоактивное загрязнение среды провоцирует ускорение мутагенных процессов и поэтому активно изучается эволюционными биологами. К сожалению, до сих пор относительно мало хорошо исследованных примеров долговременного воздействия радиации на развитие вида. В недавней работе биологи из США и Франции изучили различные параметры развития у потомства белополосых кобылок, отловленных в нескольких точках вокруг Чернобыля с разным фоновым уровнем радиации, пишет Journal of Evolutionary Biology.

Эффекты воздействия ионизирующего излучения на живые организмы обычно делятся на две категории: cоматические и генетические. Соматические эффекты возникают только в организме животного, которое подверглось облучению, и не передаются по наследству. К ним относятся иммунные нарушения, лучевая катаракта, повышение вероятности возникновения злокачественных опухолей и так далее. Генетические же эффекты связаны с повреждением в результате облучения генетического аппарата и проявляются в последующих поколениях. Причиной их может служить окислительный стресс, которому подвергаются клетки. Дело в том, что ионизирующее излучение приводит к повышению уровня свободных радикалов кислорода, которые губительно воздействуют на живую ткань, вызывая повреждения всех клеточных биомолекул, в том числе ДНК. Поэтому если облучению подверглась половая клетка, она, из-за повреждений ДНК, даст начало генетически дефектному организму. Ионизирующее излучение также может быть причиной изменений в метилировании ДНК, из-за чего меняется экспрессия тех или иных генов. Если такие изменения произошли в половых клетках, это может привести к появлению генетических нарушений у развившегося из них организма.

После аварии на Чернобыльской АЭС область вокруг Чернобыля стала для исследователей своеобразной природной лабораторией, в которой можно изучить мутагенные воздействия долговременной радиации на живые организмы. Например, многолетние исследования на деревенской ласточке Hirundo rustica показали ускоренную частоту мутаций, более частые случаи альбинизма, дефекты спермы, окислительный стресс и повышенный уровень флуктуирующей асимметрии (ФА). Последний показатель (различия в симметрии билатеральных признаков) очень хорошо характеризует степень стабильности индивидуального развития и часто используется для оценки воздействия тех или иных стрессовых ситуаций на формирование организма. В норме правый и левый признаки (например, конечности или крылья) должны быть более или менее одинаковы, тогда как стресс способствует несимметричному их развитию. Изучение флуктуирующей асимметрии у самцов жуков-оленей Lucanus cervus из окрестностей Чернобыля также показало повышенный уровень этого показателя для вторичных половых признаков.

Сильнее всего радиоактивное заражение сказывается на беспозвоночных, которые живут или откладывают яйца в верхних слоях почвы, где в основном сконцентрированы радионуклиды. Американские биологи из Университета Южной Каролины совместно с коллегой из Университета Париж-Юг (он же Университет Париж XI) исследовали особенности развития и ФА у белополосой кобылки Chorthippus albomarginatus, одного из фоновых видов саранчовых в окрестностях Чернобыля. Этот вид, как и многие другие саранчовые, питается различными злаками, а яйца откладывает в почву. Авторы специально взяли шесть точек вокруг Чернобыля с разным уровнем радиоактивного заражения (рис. 1), чтобы изучить влияние радиации на исследуемые признаки. При этом исследователи исходили из того, что индивидуальная доза, полученная кобылками, коррелирует со степенью зараженности местности, где они были собраны.

Зрелых самок Ch. аlbomarginatus собирали в сентябре 2009 года, после чего помещали их в лабораторию и давали им возможность отложить яйца. Эти яйца проводили через искусственную трехмесячную диапаузу, то есть помещали в холодильник, имитируя зиму, иначе личинки не вылупились бы из яиц. Затем подсчитывали процент вылупления личинок из яиц, процент выживаемости личинок и некоторые другие показатели, а также измеряли у взрослых насекомых различные параметры крыльев (рис. 2) для выявления ФА.

Смертность личинок, полученных от самок из наиболее зараженных точек, оказалась достоверно ниже смертности личинок, полученных от самок из менее зараженных мест. В то же время и процент вылупления личинок, полученных от самок из самых зараженных точек, был ниже, хотя эти различия были недостоверны. Уровень радиации совсем не влиял на длительность развития личинок от вылупления до взрослой стадии; этот разброс был везде довольно большим. Интересными, но не очень понятными, оказались результаты измерений размера крыльев относительно размера тела. Эти результаты были различны в зависимости от длительности развития личинок: у особей, которые раньше становились взрослыми, с ростом радиоактивного заражения относительный размер крыльев увеличивался, тогда как у поздно взрослевших особей он, наоборот, уменьшался. Исследования ФА крыльев не показали никакой связи степени билатеральной симметрии с повышенной радиацией.

Известно, что у саранчовых скорость развития и число личиночных линек существенно зависит от степени оптимальности условий. При хороших условиях личинки могут развиваться быстрее и достигать взрослой стадии через меньшее число линек. Можно было бы ожидать, что в исследуемой работе более мелкие особи с более растянутым периодом развития получались бы в потомстве самок из наиболее зараженных мест. Но это оказалось не так.

Есть мнение, что восприимчивость к радиоактивному заражению может варьировать в зависимости от скорости метаболических процессов в организме. Виды с более высоким уровнем метаболизма более уязвимы для радиации, поскольку в этих случаях особенно велика потребность в защите от окислительного стресса. Если это правило работает и на внутривидовом уровне, то наиболее чувствительными к радиоактивному загрязнению могут оказаться те особи, которые быстрее развиваются. Однако в данном случае у тех белополосых кобылок, которые раньше становились взрослыми, относительный размер крыльев увеличивался с ростом радиоактивного заражения. Что это означает? Авторы это не комментируют, что неудивительно, поскольку это объяснить трудно. Вроде бы, более длинные крылья иметь лучше — проще летать. Тогда радиоактивное заражение дает не минус, а плюс. Может быть, дело в том, что несильный стресс — это испытание, от которого организм не умирает, а становится сильнее? Среди мутирующих в чернобыльской зоне живых существ постоянно идет отбор, и вредные мутации отбраковываются, а оставшиеся могут оказаться даже полезны организму и сделать его более приспособленным к условиям внешней среды. С помощью тех же выкладок можно объяснить и пониженную личиночную смертность, наблюдающуюся у потомства самок, подвергшихся более высокой дозе облучения.

Странными выглядят и результаты, посвященные ФА. Во многих предыдущих исследованиях была показана четкая связь между уровнем радиации и ФА, и совершенно непонятно, почему в данной работе этой связи обнаружено не было. Может быть, дело в том, что слишком ассиметричные индивиды оказываются нежизнеспособными на ранних стадиях развития и поэтому просто не доживают до взрослого крылатого состояния? Ту же флуктуирующую асимметрию можно было бы исследовать на личинках, взяв не крыло, которое имеется только у взрослых, а какой-либо иной билатеральный признак.

Данная работа имеет и другие методологические недочеты. Так, хотя исследователи и утверждают, что расстояние между исследуемыми зонами больше расстояния, на которое обычно мигрируют кобылки, однако вполне могло случиться так, что некоторое количество насекомых всё же совершило путешествие из, например, зоны 1 (где уровень радиации, судя по приведенным в статье данным, не превышает естественный радиационный фон) в близкорасположенную зону 6, где этот уровень гораздо выше нормы, и наоборот, и таким образом испортило исследователям всю статистику.

Авторы заключают, что в дальнейшем имело бы смысл исследовать другие признаки морфологии, поведения и прочих аспектов развития белополосых кобылок. Например, стоило бы посмотреть, будет ли различаться потомство (то есть уже внуки) у быстро выраставших самок из разных исследованных точек. Может быть, последствия того же окислительного стресса не так легко выявить и для этого надо исследовать гораздо больше различных параметров.

В целом, данная работа, увы, практически не дает достоверных результатов, на которые можно было бы опираться в последующих исследованиях, и вопрос, вынесенный в заголовок новости, пока остается без ответа.

Варвара Веденина

Источники:

1. elementy.ru