Биологически значимые эффекты обычно игнорируемых природных факторов - радиоактивного 40К и Аргона.

Воейков В.Л. Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Калий - один из немногих химических элементов, радиоактивный изотоп которого, 40К, сохранился на Земле с момента ее возникновения. При распаде 40К возникает аргон - третий по распространенности газ на Земле. Живые организмы на протяжении всего процесса эволюции жизни неизбежно вступали в контакт с и аргоном. Однако влияние последних на биологические процессы практически не изучено, поскольку, казалось бы такие исследования не имеют смысла - ведь содержание в природном калии составляет все 0,01%, а аргон - это инертности газ, который не должен влиять на химические процессы жизнедеятельности. В то же время все живые клетки извлекают калий из окружающей среды и накапливают его тем в большей концентрации, чем выше их жизненная активность. Есть данные, говорящие и о том, что живые организмы накапливают и аргон. А если живые организмы стремятся что-либо извлечь из окружающей среды, то значит испытывают в том потребность.

Накапливая калий, клетки автоматически повышают уровень внутриклеточной радиоактивности, который только за счет 40К составляет 320 распадов/сек/кг цитоплазмы. Эта цифра кажется невысокой, если не принимать во внимание, что энергия распада составляет 1,5 МэВ. Значит, при распаде одного атома калия в водной среде клетки порождаются многие сотни тысяч ультрафиолетовых фотонов Черепковского излучения, которые, согласно бытующим представлениям, могут серьезно повреждать важные биомолекулы. Почему же тогда все клетки стремятся к накоплению калия, а заодно и 40К, который должен быть для них весьма токсичен?

Дело в том, что в настоящее время доминирует крайне односторонняя точка зрения на радиоактивность, лишь как на вредный фактор внешней и внутренней среды. С момента открытия радиоактивности накоплено громадное число фактов, говорящих о том, что определенный уровень внешнего и внутреннего радиоактивного фона абсолютно необходим для нормальной жизнедеятельности всех живых организмов. В частности, экспериментально установлено, что исключение 40К из питания животных и растений (при сохранении нормального уровня потребления нерадиоактивного калия) сопровождается снижением жизнеспособности животных и растений. Доказано также, что при глубоком экранировании деление клеток в них существенно тормозится, и в таких условиях 40К остается последним внутренним резервом радиоактивности, благодаря которой клеточное деление не прекращается полностью.

Что касается продукта распада калия - аргона, то в самое последнее время появились данные о том, что он также небезразличен для процессов жизнедеятельности. В частности, в аргоновой среде животные не погибают от удушья даже при очень низком содержании кислорода. Более того, обогащение воздуха аргоном приводит к увеличению эффективности использования животными и человеком вдыхаемого кислорода. Мы обнаружили, что в насыщенных аргоном водных растворах возрастает скорость протекания химических реакций с участием активных форм кислорода.

Таким образом, как ^К, так и продукт его радиоактивного распада - аргон, не только не безразличны для клетки, а, вероятно, жизненно необходимы для ее нормального функционирования. Мы предполагаем, что оба этих вещества способны инициировать и/или модулировать протекающие в водной среде - основной среде живых организмов — реакции, связанные с обменом активных форм кислорода, в частности, свободных радикалов. Энергия, освобождающаяся при распаде 40К и трансформируемая водой в «горячие» УФ-фотоны, способствует разложению молекул воды, порождая в ней активные формы кислорода и «легкие» свободные радикалы. Последние, в свою очередь, генерируют новые каскады свободно-радикальных процессов. Биологически значимым «продуктом» таких процессов является, согласно развиваемым нами представлениям, энергия электронно-возбужденных состояний. Она используется и как энергия активации для осуществления биохимических процессов и как фактор тонкой «настройки» их пространственно-временного осуществления. Однако максимально эффективное использование этой энергии возможно лишь при условии высокой степени организации ее продукции во времени и пространстве живого организма. Атомы аргона, оказавшиеся в водной среде и образующие с ней специфические комплексы -«клатраты», и выполняют роль таких организаторов названных выше процессов. Независимо от того, насколько верно наши представления о механизмах биологического действия 40К и аргона отражают действительность, мы полагаем, что изучение их влияния на процессы жизнедеятельности становится весьма актуальной задачей, при решении которой будет получено еще немало интересных и практически значимых результатов.