Глава 3
АНАЛИЗ ХРОМОСОМНЫХ НАРУШЕНИЙ У ИНДИКАТОРНЫХ ВИДОВ ГРЫЗУНОВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ТОЦКОГО ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА
Эколого-генетический анализ является необходимым компонентом мониторинга окружающей среды. На пораженных территориях антропогенные загрязнения, как правило, носят комплексный характер, т.е. в среде одновременно присутствует целый набор мутагенов, включая радиоактивные и химические вещества. Их интегральный эффект может быть определен только с использованием биологических моделей. В ряде случаев чувствительность биоиндикационных методов, в том числе, генетических, оказывается выше, чем разрешающая способность химического и радиационного анализа (Brusick, 1987). Это обстоятельство особенно важно при рассмотрении ситуации на территориях, пострадавших от воздушного взрыва атомной бомбы на Тоцком полигоне в 1954 г.
В настоящее время хорошо известно, что в Оренбургской области, особенно в районах, прилегающих к Тоцкому полигону, наблюдается явное ухудшение состояния здоровья населения, в частности, резко повышена по сравнению с соседними регионами онкозаболеваемость (Медико-экологические аспекты..., 1996). Есть основания полагать, что рост заболеваемости и перинатальной патологии в значительной степени вызван повреждением генофонда жителей этих районов (Кулешов и др. 1996). Ясно, что здесь требуется изучение ныне существующего мутагенного потенциала среды и , что не менее важно , ретроспективное исследование мутагенных воздействий, в первую очередь, радиационного фактора. К сожалению, судя по имеющейся в нашем распоряжении информации, до последнего времени контроль за судьбой радиоактивных загрязнений в интересующем нас регионе должным образом не проводился. Остается неизвестным, как в течение 40 лет после взрыва изменялся в качественном и количественном отношении комплекс радиополлютантов на пораженной территории, каково содержание 90Sr в природных средах в настоящее время и в прошлом, в какой мере радионуклиды выносились за первоначальные пределы следа, какой вклад в радиоактивное загрязнение внесли подземные ядерные взрывы, проведенные в Оренбургской области. Лишь в начале 90-х годов был проведен гамма-спектрометрический анализ на содержание 137Cs, 226Ra,238U, 232Th и 40K в почвах . Авторы пришли к выводу, что по их данным нельзя объективно восстановить дозу облучения населения, полученную в результате взрыва 1954 г. (Исследование радиационной обстановки..., 1993). В этой ситуации на первый план выступают методы биологической индикации мутагенных эффектов. Следует подчеркнуть, что изучение последствий мутагенного воздействия загрязнений на человека требует значительных затрат и связано с методологическими сложностями, особенно в случае небольших городов и деревень, где исследуемые группы населения настолько малы, что даже при наличии заметного повреждающего эффекта его оценки, полученные с помощью медико-демографического подхода, оказываются статистически незначимыми. Применение так называемой биологической дозиметрии (определение частоты хромосомных транслокаций в лимфоцитах человека) весьма трудоемко, требует больших затрат и импортных реактивов. В подобных случаях тест-объектами для прогноза генетических последствий техногенного загрязнения среды могут служить мелкие млекопитающие (Бочков, Чеботарев, 1989). Следует напомнить, что данные по лабораторным мышам были успешно использованы Научным комитетом ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) для обоснования уровней ожидаемых генетических эффектов в популяциях человека под влиянием ионизирующего излучения (Шевченко, Померанцева, 1985). Задачей настоящего раздела работы было проведение первичного скрининга уровней генетической опасности на западе Оренбургской области при использовании модельных индикаторных видов грызунов.
Принимая во внимание специфику ситуации в исследуемом районе, мы решили на первом этапе исследований использовать для эколого-генетического мониторинга, как уже отмечалось выше, в методическом разделе, два вида грызунов: синантропный - домовую мышь Mus musculus и дикий - восточноевропейскую полевку Microtus rossiaemeridionalis (2n = 54). Аборигенные популяции диких грызунов должны лучше сохранять изменения генома, аккумулированные за весь период мутагенного воздействия. Некоторые из таких изменений могут быть особенно oпаcными с точки зрения генетического и канцерогенного риска, поскольку они генерируют все новые и новые мутации (Герасимова и др., 1984; Гончарова, Рябоконь,1994, 1995; Глазко и др.,1996; Померанцева и др., 1996 а, б). В окрестностях Тоцкого полигона можно ожидать их появления, в первую очередь, у диких грызунов, популяции которых населяют импактные территории в течение исторического времени и в полной мере перенесли воздействие ядерного взрыва.
В качестве основного метода исследования был использован метафазный анализ клеток костного мозга, позволяющий учесть как структурные аберрации хромосом, так и геномные мутации, изменяющие число хромосом (анеуплоидию и полиплоидию). Частота хромосомных нарушений является не только показателем генетической опасности, но и индикатором канцерогенного влияния загрязнений среды, что особенно важно при оценке эффекта малых доз ионизирующей радиации. Многие медицинские радиологи считают, что наиболее реальным последствием такого хронического облучения является повышение частоты злокачественных новообразований (Ярмоненко, Филюшкин, 1992). Канцерогенный эффект радиоактивных и химических мутагенов коррелирует с кластогенным (т.е. индукцией хромосомных аберраций) в высокой степени (Bardwell, 1989).
Исследования проводились в двух поселках Красногвардейского района Оренбургской области - Старобогдановке (ныне пос. Пушкинский) , находящейся на территории радиоактивного следа, и Кристалке, расположенной вне первоначальных границ следа. Домовые мыши, как отмечалось в методическом разделе, отлавливались в жилых и административных постройках, на огородах и в окрестностях деревень; полевки были пойманы в окрестностях деревень и на их территории в зарослях кустарников и древесных насаждениях. В Кристалке было отловлено 23 домовых мыши и 13 восточноевропейских полевок, а в Старобогдановке - 26 мышей и 10 полевок. В качестве контроля были использованы домовые мыши из экологически "чистого" поселка Советский Тюменской области, а также восточноевропейские полевки, отловленные на территории Ботанического сада УрО РАН, расположенного на юго-западной окраине г.Екатеринбурга, где по нашим данным уровень антропогенного загрязнения невысок (Гилева и др., 1992).
Анализ частот хромосомных нарушений
Результаты цитогенетического анализа представлены в таблицах 14-17. Прежде всего, как это рекомендуется "Руководством по краткосрочным тестам для выявления мутагенных и канцерогенных химических веществ", изданным Всемирной организацией здравоохранения (1989), с помощью G-критерия была проведена проверка всех показателей на внутригрупповую однородность. Из таблицы 7 видно, что по частоте клеток с хромосомными аберрациями, суммарной частоте анеуплоидных и полиплоидных клеток и частоте клеток с хромосомными пробелами все изученные выборки домовых мышей и восточноевропейских полевок были однородны, поэтому частоты поврежденных клеток у мышей из разных населенных пунктов сравнивались на суммированном для всех животных из каждой выборки материале также с помощью G-критерия.
Таблица 14. Средняя частота хромосомных нарушений у модельных видов грызунов из Красногвардейского района Оренбургской области и контрольных территорий
Показатель |
Домовая мышь |
Восточноевропейская полевка |
||||
Совет-ский (конт-роль) |
Крис-талка |
Старо-богда-новка |
Ботсад, Екатерин-бург |
Крис-талка |
Старо-богда-новка |
|
*Число животных |
56 |
23 |
26 |
5 |
13 |
10 |
Число изученных клеток |
5550 |
1191 |
1411 |
250 |
635 |
500 |
Средняя частота клеток в % : |
||||||
с хромосомными аберрациями |
1,30 |
2,52 |
2,27 |
0,40 |
3,46 |
6,20 |
анеуплоидных |
0,49 |
0,76 |
0,64 |
1,20 |
1,73 |
2,60 |
полиплоидных |
0,07 |
- |
0,21 |
- |
0,16 |
0,40 |
анеуплоидных и полипоидных |
0,56 |
0,76 |
0,85 |
1,20 |
1,89 |
3,00 |
суммарно с пробелами |
2,68 |
5,21 |
4,61 |
3,60 |
4,25 |
4,20 |
K-митозов |
0,83 |
0,77 |
1,44 |
9,30 |
5,72 |
11,01 |
Среднее число на клетку (х100): |
||||||
Хромосомных аберраций |
1,39 |
2,69 |
2,41 |
0,40 |
3,78 |
7,00 |
Пробелов |
2,76 |
5,21 |
4,68 |
3,60 |
4,72 |
4,20 |
Разрывов хромосом |
1,57 |
2,94 |
3,12 |
0,40 |
3,94 |
7,40 |
Примечание: * - К-митозы были учтены у 45 животных
Следует отметить, что у обоих изученных видов наблюдается в целом сходная картина хромосомных нарушений. Важно подчеркнуть, что у обоих видов выборки из двух обследованных поселков Красногвардейского района не различаются достоверно ни по одной из исследованных характеристик. Как у домовой мыши, так и у восточноевропейской полевки из Кристалки и Старобогдановки по сравнению с контролем достоверно повышена частота клеток с хромосомными аберрациями, являющаяся основным показателем цитогенетического поражения. У обоих видов из района Тоцкого полигона частота геномных мутаций (анеуплоидии и полиплоидии) не превышает достоверно значения для контроля. Такова же ситуация в случае К-митозов; поскольку рассмотренные выборки были неоднородны по частоте этого феномена, мы сравнивали средние доли К-митозов с помощью дисперсионного анализа (для домовой мыши F = 0,73, p = 0,48; для восточноевропейской полевки F = 1,96, p = 0,16). Лишь по частоте клеток с пробелами ситуации у мыши и полевки различны: у домовой мыши из Кристалки и Старобогдановки наблюдается значительное и достоверное повышение этого показателя по сравнению с контролем, в то время как у трех групп восточноевропейской полевки различия по частоте клеток с пробелами невелики и статистически незначимы.
Таблица 15. Результаты статистического анализа данных по хромосомным нарушениям с помощью G-критерия
G-тест |
Значения G-критерия и уровень значимости (p) для частоты клеток |
|||
Место сбора данных |
с хромосомными аберрациями |
анеуплоидных и полиплоидных |
с пробелами |
|
Д о м о в а я м ы ш ь |
||||
Gh |
1. Советский (контроль) |
71,992 |
70,298 |
68,778 |
p > 0,05 |
p > 0,05 |
p > 0,05 |
||
2. Кристалка |
25,763 |
20,446 |
22,014 |
|
p > 0,20 |
p > 0,50 |
p > 0,40 |
||
3. Старобогдановка |
28,784 |
25,766 |
33,748 |
|
p > 0,20 |
p > 0,40 |
p > 0,10 |
||
Gp (df = 2) |
12,339 |
1,732 |
28,144 |
|
p < 0,001 |
p > 0,40 |
p < 0,001 |
||
Gr k=3 |
1-2 |
8,567 |
0,606 |
19,952 |
p < 0,05 |
p > 0,05 |
p < 0,01 |
||
1-3 |
6,487 |
1,441 |
14,377 |
|
p < 0,05 |
p > 0,05 |
p < 0,01 |
||
2-3 |
0,175 |
0,080 |
0,498 |
|
p > 0,05 |
p > 0,05 |
p > 0,05 |
||
Восточноевропейская полевка |
||||
Gh |
1.Ботсад, Екатеринбург (контроль) |
3,235 |
3,089 |
3,425 |
p > 0,60 |
p > 0,60 |
p > 0,50 |
||
2.Кристалка |
11,893 |
18,183 |
3,265 |
|
p > 0,50 |
p > 0,10 |
p > 0,99 |
||
3.Старобогдановка |
8,891 |
8,466 |
11,911 |
|
p > 0,40 |
p > 0,50 |
p > 0,20 |
||
Gp (df = 2) |
19,613 |
3,017 |
0,2140 |
|
p < 0,001 |
p > 0,40 |
p > 0,99 |
||
Gr k=3 |
1-2 |
9,080 |
0,548 |
0,200 |
p < 0,01 |
p > 0,05 |
p > 0,05 |
||
1-3 |
19,018 |
2,591 |
0,159 |
|
p < 0,01 |
p > 0,05 |
p > 0,05 |
||
2-3 |
4,662 |
1,471 |
0,002 |
|
p > 0,01 |
p > 0,05 |
p > 0,05 |
Примечание: Gh - оценка внутренней однородности выборок; df - число степеней свободы; Gp - оценка достоверности различий между выборками из всех населенных пунктов; Gr - оценка попарных различий между выборками; k - общее число попарных сравнений; значения p определены по Сидаку.
Таблица 16. Общее количество хромосомных нарушений разного типа, обнаруженных у домовых мышей из Красногвардейского района и контроля
Показатель |
Советский (контроль) |
Кристалка |
Старобогдановка |
Число животных |
56 |
23 |
26 |
Число изученных клеток |
5550 |
1191 |
1411 |
Одиночные фрагменты |
61 |
26 |
21 |
Парные фрагменты |
6 |
1 |
3 |
Изохроматидные разрывы |
- |
2 |
- |
Кольца |
5 |
1 |
- |
Хроматидные транслокации |
3 |
- |
- |
Хромосомные транслокации, в т.ч. робертсоновские |
2 |
2 |
10 |
Общее число аберраций |
77 |
32 |
34 |
Анеуплоидные клетки с: |
|||
2n = 38, 39 |
6 |
4 |
- |
2n = 41, 42, 44, 56 |
21 |
5 |
9 |
Полиплоидные клетки |
4 |
- |
3 |
Пробелы |
153 |
62 |
66 |
К-митозы |
32 |
9 |
22 |
Таблица 17. Общее количество хромосомных нарушений разного типа, обнаруженных у восточноевропейских полевок из Красногвардейского района и контроля
Показатель |
Ботсад, Екатеринбург (контроль) |
Кристалка |
Старобогдановка |
Число животных |
5 |
13 |
10 |
Число изученных клеток |
250 |
635 |
500 |
Одиночные фрагменты |
1 |
21 |
29 |
Парные фрагменты |
- |
2 |
4 |
Перицентрические инверсии |
- |
1 |
1 |
Хромосомные транслокации, в т.ч. робертсоновские |
- |
- |
1 |
Общее число аберраций |
1 |
24 |
35 |
Анеуплоидные клетки с: |
|||
2n = 52,53 |
- |
2 |
2 |
2n = 55 |
3 |
9 |
11 |
Полиплоидные клетки |
- |
1 |
2 |
Пробелы |
9 |
30 |
21 |
К-митозы |
26 |
40 |
67 |
Частота клеток со структурными аберрациями хромосом у домовых мышей из двух поселков Красногвардейского района повышена по сравнению с контролем в 1,7-2,0 раза. У восточноевропейской полевки частота аберрантных клеток заметно выше: она превышает спонтанный уровень примерно в 8 раз в Кристалке и более чем в 15 раз в Старобогдановке.
Важнейшим индикатором природы мутагенных агентов является соотношение аберраций хромосомного и хроматидного типов. Повышенная частота перестроек хромосомного типа обычно связана с воздействием радиационного фактора; в связи с этим Н.П.Бочков (1983) недавно снова обратил внимание на важность контроля за соотношением перестроек разного типа при генетическом мониторинге. Как видно из таблиц 16 и 17, у мышей из Кристалки и полевок из обоих населенных пунктов явно преобладают аберрации хроматидного типа, что характерно для спонтанного мутагенеза и мутагенеза, индуцированного химическими агентами. Однако мыши из Старобогдановки характеризуются довольно высокой долей аберраций хромосомного типа. Эту долю можно определять двояким образом. Некоторые авторы относят к хромосомным аберрациям транслокации, инверсии, парные фрагменты и кольца. Если последовать их примеру, доля аберраций хромосомного типа у мышей из Советского составит 16,9%, у мышей из Кристалки - 12,5% и у мышей из Старбогдановки - 35,2%. Достоверность различий в этом случае достаточно велика (хи-квадрат равен 8,27, р=0,02). Для полевок картина выглядит иным образом: хотя в Старобогдановке аберраций хромосомного типа несколько больше (17,1%, в то время как в Кристалке их 12,5%), эти различия недостоверны (хи-квадрат равен 0,24, р=0,63). Однако, по нашему мнению, более корректно рассматривать в качестве перестроек хромосомного типа только транслокации и инверсии, т.к. парные фрагменты и кольца могут возникать и в результате изохроматидных разрывов). При таком подходе частота аберраций хромосомного типа у мышей из Старобогдановки составляет 29,4%, в то время как у мышей из Кристалки соответствующая оценка равна лишь 6,3%, а у контрольных зверьков - 2,6%. Различия между выборками высоко достоверны (хи-квадрат равняется 19,78, р < 0,001, при попарных сравнениях недостоверны лишь различия между животными из Кристалки и контрольной популяции). Столь значительная доля перестроек хромосомного типа, как у домовых мышей в Старобогдановке, является сильным аргументом в пользу существенной роли малых доз ионизирующей радиации в индукции хромосомных нарушений у исследованных животных.
Как указывалось выше, частота изменений числа хромосом (анеуплоидия и полиплоидия) у обоих видов из района возможного влияния Тоцкого взрыва достоверно не отличалась от контрольной. По-видимому, набор мутагенов, загрязняющих эту территорию, значительно отличается от того комплекса мутагенных агентов, с которым мы сталкивались при проведении эколого-генетического мониторинга на Среднем Урале, где имеется мощная металлургическая и химическая промышленность. Там у домовых мышей, наряду с кластогенным (т.е. вызывающим структурные аберрации хромосом) эффектом, всегда наблюдался и анеугенный (вызывающий изменения числа хромосом), что обусловлено скорее всего присутствием в среде химических анеугенов, которых нет в обследуемом районе Оренбургской области. В случае ионизирующей радиации анеугенная активность наблюдается далеко не всегда, поэтому отсутствие анеугенного эффекта при наличии кластогенного в Кристалке и Старобогдановке можно рассматривать как свидетельство в пользу радиационной природы цитогенетического поражения у изученных животных. Впрочем, нельзя исключить и возможность загрязнения района Тоцкого полигона химическими генотоксикантами, обладающими лишь кластогенным потенциалом.
Пробелы не относятся к числу бесспорных показателей цитогенетического повреждения, однако часть исследователей считает их таковыми, поэтому частоту пробелов принято оценивать и приводить при анализе кластогенных эффектов. Возможно, часть пробелов все же представляет собой истинные разрывы хромосом (Brogger, 1982), поэтому следует подчеркнуть, что у изученных нами животных в целом наблюдается параллелизм средней частоты пробелов с основным показателем цитогенетического повреждения - средней частотой клеток с хромосомными аберрациями.
Наследуемые изменения генома у восточноевропейской полевки. Следует обратить особое внимание на наследуемые изменения генома, являющиеся индикатором мутагенного воздействия на предшествующие поколения. Такие изменения были обнаружены у восточноевропейской полевки из окрестностей Кристалки. Две из шести кариотипированных самок этого вида имели мужской набор хромосом, т.е. половые хромосомы Х и Y, вместо двух Х-хромосом, как у всех самок млекопитающих в норме. Наличие Y-хромосом у этих самок было подтверждено с помощью дифференциального окрашивания хромосом С-методом, который позволяет однозначно отличить Y-хромосому от делетированной Х-хромосомы: у Х интенсивно окрашивается только дистальная половина, а Y-хромосома окрашивается таком образом по всей длине. Важно подчеркнуть, что восточноевропейская полевка является одним из популярных объектов цитогенетиков зоологической ориентации, и ее хромосомные характеристики изучались более чем в сотне популяций по всей Европе (Барановский и др., 1994). Ни в одном случае самки с мужским кариотипом не были обнаружены, несмотря на довольно широкую внутри- и межпопуляционную изменчивость кариотипа у этого вида (Зима и др., 1991).
На примере двух других видов грызунов (лесного и копытного леммингов, близких к восточноевропейской полевке в систематическом отношении) было продемонстрировано, что появление самок XY имеет генетическую основу. Эти самки несут в Х-хромосоме мутацию, которая индуцирует развитие особей с мужским кариотипом по женскому пути (Fredga et al., 1977; Gileva, Chebotar, 1979). Скорее всего такая же мутация возникла и у восточноевропейской полевки в результате длительного воздействия мощного мутагенного фактора, каким является ионизирующая радиация. Эту мутацию следует считать маркером отдаленного генетического эффекта загрязнения радиоактивностью изучаемой территории.
По всей вероятности, появление сразу двух самок XY связано с мутацией, гомологичной той, которая хорошо исследована у двух видов леммингов, лесного и копытного (Fredga et al., 1977; Gileva, Chebotar, 1979), для которых характерно большое количество самок XY во всех популяциях. Их существование объясняется локализованной в Х-хромосоме мутацией, наследование которой хорошо изучено.
Наряду с повышенной частотой хромосомных аберраций у мышей и и полевок, наличие наследуемых изменений генома у животных из Кристалки, заставляет предполагать, что этот поселок находится в зоне повышенной генетической опасности, несмотря на то, что он расположен вне первоначальных пределов радиоактивного следа, сформировавшегося после ядерного взрыва 1954 г. По всей вероятности, в течение 40 с лишним лет, последовавших за взрывом, радиоактивные поллютанты выносились за границы следа.
О природе мутагенных факторов в районе Тоцкого полигона
Из предыдущих разделов следует, что у обоих видов грызунов, обитающих в районе Тоцкого следа, наблюдается повышенная частота хромосомных аберраций. В случае восточноевропейской полевки эта частота значительно больше, чем у близкого вида того же рода Microtus (полевки-экономки - Microtus oeconomus) из 30-километровой зоны ЧАЭС, у которой в сентябре 1986 г. было обнаружено 2,47-3,23 % клеток костного мозга с хромосомными аберрациями (Зайнуллин и др, 1988).
Таблица 18. Содержание радиоактивности в организмах грызунов из Красногвардейского района и контроля ( M + m )
Место сбора данных |
Средняя суммарная бета-активность в Бк/кг сухого веса ( в пересчете на стронциевый эталон )* |
Содержание в Бк/кг сухого веса ** |
|
90Sr |
137Cs |
||
Домовая мышь |
|||
Советский (контроль) |
- |
22,1 |
< 9 |
Кристалка |
250,60 + 8,31 |
4,90 + 0,90 |
15,00 + 5.00 |
Старобогдановка |
257,10 + 6,92 |
12,00 + 1,20 |
18,00 + 5,00 |
t-критерий |
0,61 |
|
|
Уровень значим. |
p = 0,54 |
|
|
Восточноевропейская полевка |
|||
Ботанический Сад, Екатеринбург (контроль) |
240,90 + 14,53 |
- |
- |
Кристалка |
257,50 + 5,35 |
6,30 + 0,60 |
16.00 + 7.00 |
Старобогдановка |
232,20 + 11,34 |
11,70 + 0,20 |
15.00 + 4.00 |
F- критерий |
1,81 |
|
|
Уровень значим. |
p = 0,18 |
|
|
Примечание: * - вычислены на основании оценок, полученных для каждого животного индивидуально; ** - приведены оценки, полученные для объединенного по каждой выборке материала, и ошибки счета.
Таблица 19. Коэффициенты ранговой корреляции Спирмена между цитогенетическими показателями и суммарной бета-активностью в организмах грызунов
Место отлова |
Частота клеток с хромосомными аберрациями |
Частота анеупло-идных и полипло- идных клеток |
Частота клеток с пробелами |
Домовая мышь |
|||
Кристалка |
-0,147 |
0,087 |
0,23 |
p = 0,462 |
p = 0,664 |
p = 0,905 |
|
Старобогдановка |
-0,107 |
-0,183 |
0,230 |
p = 0,615 |
p = 0,391 |
p = 0,282 |
|
Восточноевропейская полевка |
|||
Ботсад, Екатеринбург (контроль) |
0,725 |
-0,148 |
-0,516 |
p = 0,147 |
p = 0,767 |
p = 0,302 |
|
Кристалка |
0,206 |
0,132 |
-0,106 |
p = 0,476 |
p = 0,647 |
p = 0.713 |
|
Старобогдановка |
0,301 |
0,220 |
0,310 |
p = 0.367 |
p = 0,509 |
p = 0,352 |
Обсуждая природу мутагенных факторов, ответственных за неблагоприятную генетическую ситуацию, нужно прежде всего рассмотреть данные по содержанию радионуклидов в организмах кариотипированных животных. Как видно из таблицы 18, уровни средней суммарной бета-активности практически одинаковы у грызунов из Кристалки, Старобогдановки и контрольных населенных пунктов. Этот показатель был исследован для каждого животного, поэтому оказалось возможным проверить, есть ли связь между содержанием бета-излучателей и цитогенетическими характеристиками. Из приведенных в таблице 19 коэффициентов ранговой корреляции Спирмена следует, что такая связь отсутствует (они не отличаются значимо от 0). По-видимому, уровень бета-активности определяется в основном 40К, количество которого сходно во всех изученных населенных пунктах. Содержание 90Sr и 137Cs в тканях животных невелико и находится в пределах, известных для глобального загрязнения (Соколов и др., 1989). Таким образом, наблюдаемая картина цитогенетического поражения не может быть объяснена лишь воздействием ионизирующего излучения за счет 137Сs, 90Sr и других бета-излучателей, хотя они скорее всего вносят некоторый вклад в общий эффект.
В поисках причин обнаруженных эффектов мы рассмотрели содержание ряда химических элементов в организмах грызунов. Пробное определение содержания в костной ткани фтора, являющегося слабым мутагеном (Li et al., 1988), показало, что оно находится в пределах нормы, и от дальнейшего анализа фтора было решено отказаться. Более подробно было изучено содержание тяжелых металлов, известных как мутагены, в скелете (бедренные кости) и печени животных. Следует подчеркнуть, что оно находится в пределах известной для грызунов нормы (McBee, Bickham, 1990), а немногие различия между выборками из Кристалки, Старобогдановки и контроля, оказавшиеся статистически достоверными, носят случайный характер. Об отсутствии причинной связи между содержанием меди, цинка, свинца и кадмия в печени грызунов и частотой хромосомных нарушений свидетельствует и то обстоятельство, что коэффициенты ранговой корреляции, вычисленные для оценки этой связи на индивидуальном уровне, практически во всех случаях не отличаются значимо от 0 (таблицы 20 и 21). Нельзя, однако, исключить, что среда обитания кариотипированных грызунов загрязнена химическими мутагенами неизвестной пока природы.
Таблица 20. Коэффициенты ранговой корреляциии Спирмена между цитогенетическими показателями и содержанием четырех металлов в печени домовых мышей
Эле-мент |
Место отлова |
Частота клеток с хромосомными аберрациями |
Частота полипло- идных и анеуплоидных клеток |
Частота клеток с пробелами |
М Е Д Ь |
Советский (контроль) |
-0,390 |
-0,141 |
-0,119 |
p = 0,051 |
p = 0,480 |
p = 0,554 |
||
Кристалка |
-0,148 |
0,177 |
0,095 |
|
р = 0,487 |
р = 0,408 |
р = 0,656 |
||
Старобогдановка |
-0,238 |
-0,208 |
-0,305 |
|
р = 0,287 |
р = 0,352 |
р = 0,173 |
||
Ц И Н К |
Советский (контроль) |
- |
- |
- |
|
|
|
||
Кристалка |
-0,336 |
-0,533 |
0,051 |
|
р = 0,115 |
р = 0,012 |
р = 0,812 |
||
Старобогдановка |
-0,080 |
0,064 |
-0,127 |
|
р = 0,720 |
р = 0,774 |
р = 0,571 |
||
С В И Н Е Ц |
Советский (контроль) |
0,081 |
0,268 |
-0,236 |
p = 0,685 |
p = 0,180 |
р = 0,237 |
||
Кристалка |
-0,111 |
0,321 |
-0,344 |
|
р = 0,604 |
р = 0,132 |
р = 0,106 |
||
Старобогдановка |
-0,360 |
0,197 |
-0,042 |
|
р = 0,107 |
р = 0,379 |
р = 0,851 |
||
. К А Д М И Й |
Советский (контроль) |
0,261 |
0,083 |
0,482 |
p = 0,192 |
p = 0,680 |
p = 0,016 |
||
Кристалка |
-0,048 |
0,394 |
-0,097 |
|
р = 0,822 |
р = 0,064 |
р = 0,648 |
||
Старобогдановка |
0,131 |
0,228 |
0,052 |
|
р = 0,559 |
р = 0,307 |
р = 0,818 |
Итак, нам не удалось идентифицировать мутагенные воздействия, ответственные за цитогенетические нарушения у грызунов из двух поселков Красногвардейского района. По-видимому, причины этих нарушений следует искать по меньшей мере в двух направлениях.
1. Большое количество аберраций хромосомного типа у мышей из Старобогдановки убедительно свидетельствует о существовании и в настоящее время радиационного воздействия на грызунов. В этой связи нужно вспомнить о реальной возможности загрязнения обследуемой территории плутонием-239, который обладает чрезвычайно высокой кластогенной активностью. Даже в количествах, недостаточных для выявления аналитическими методами, он оказывает заметный цитогенетический эффект, вызывая преимущественно аберрации хромосомного типа (Окладникова и др., 1994). Кроме того, обнаружение в почвах исследованного района заметных количеств бериллия-7 позволяет предполагать, что он также вносит вклад в цитогенетический эффект. Дело в том, что у млекопитающих 7Be аккумулируется в основном в скелете, и может оказывать мутагенное влияние прежде всего на костный мозг, в котором мы учитывали хромосомные повреждения. В будущих исследованиях, поэтому, необходимо сконцентрировать внимание на исследовании содержания плутония-239 и бериллия-7 в природных средах вокруг Тоцкого полигона.
Таблица 21. Коэффициенты ранговой корреляции Спирмена между цитогенетическими показателями и содержанием тяжелых металлов в печени восточноевропейских полевок
Эле-мент |
Место отлова |
Частота клеток с хромосом-ными аберраци-ями |
Частота полипло-идных и анеупло-идных клеток |
Частота клеток с пробелами |
М Е Д Ь |
Ботсад, Екатерин-бург (контроль) |
0,354 |
-0,289 |
0,447 |
р = 0,480 |
р = 0,564 |
р = 0,371 |
||
Кристалка |
-0,349 |
-0,139 |
-0,034 |
|
р = 0,247 |
р = 0,646 |
р = 0,910 |
||
Старобогдановка |
0,386 |
0,772 |
-0,076 |
|
р = 0,308 |
р = 0,041 |
р = 0,840 |
||
Ц И Н К |
Ботсад, Екатерин-бург (контроль) |
0,000 |
-0,289 |
0,783 |
р = 1,000 |
р = 0,564 |
р = 0,118 |
||
Кристалка |
0,091 |
0,088 |
0,068 |
|
р = 0,763 |
р = 0,772 |
р = 0,821 |
||
Старобогдановка |
0,265 |
0,617 |
0,292 |
|
р = 0,483 |
р = 0,103 |
р = 0,440 |
||
С В И Н Е Ц |
Ботсад, Екатерин-бург (контроль) |
0,395 |
-0,968 |
0,500 |
р = 0,429 |
р = 0,053 |
р = 0,317 |
||
Кристалка |
0,181 |
-0,378 |
0,177 |
|
р = 0,548 |
р = 0,210 |
р = 0,557 |
||
Старобогдановка |
-0,456 |
-0,324 |
0,421 |
|
р = 0,228 |
р = 0,391 |
р = 0,265 |
||
. К А Д М И Й |
Ботсад, Екатерин-бург (контроль) |
0,363 |
-0,889 |
0,344 |
р = 0,468 |
р = 0,076 |
р = 0,491 |
||
Кристалка |
-0,152 |
0,033 |
-0,122 |
|
р = 0,614 |
р = 0,912 |
р = 0,687 |
||
Старобогдановка |
-0,538 |
-0,471 |
0,451 |
|
р = 0,154 |
р = 0,212 |
р = 0,233 |
2. Второй вероятной причиной неблагополучной генетической ситуации в Кристалке и Старобогдановке являются отдаленные последствия хронического облучения в малых дозах, которому подвергались как популяции грызунов, так и население, в течение длительного периода после ядерного взрыва. Известно, что генетические эффекты облучения с течением времени аккумулируются, и некоторые мутации, возникающие сначала как единичные, постепенно распространяются в популяциях. Мутация, вызывающая появление самок XY у восточноевропейской полевки, должна рассматриваться как индикатор, свидетельствующий о наличии других наследуемых изменений генома. Некоторые из этих изменений с достаточно высокой вероятностью могли привести к формированию систем нестабильности генома, которые поддерживают на высоком уровне частоту хромосомных нарушений и повышают вероятность злокачественных новообразований (Герасимова и др., 1984; Kelly et al., 1989). Система наследуемой генетической нестабильности была обнаружена нами у обыкновенной полевки (кариотипического вида-двойника восточноевропейской полевки) на территории, прилегающей к Восточно-Уральскому радиоактивному следу на севере Челябинской области (Гилева и др., 1996). Появление подобной системы в районе Тоцкого полигона представляется вполне вероятным. Аналогичные процессы скорее всего происходят и в популяциях человека, приводя к повышению онкозаболеваемости, обнаруженному медиками (Медико-экологические аспекты..., 1996). В будущем в связи с возможной аккумуляцией генетических эффектов за период после ядерного взрыва необходимо оценить накопленные за это время дозы радиации как для грызунов, так и для человека.
Резюмируя все вышесказанное, можно заключить, что в зоне влияния ядерного взрыва 1954 г. на Тоцком полигоне у грызунов обнаружены генетические нарушения, возникшие, по всей вероятности, в результате этого взрыва. Результаты начатого в 1994 г. эколого-генетического мониторинга с применением цитогенетических методов свидетельствуют о реальной генетической опасности, существующей для населения этого региона.