Так кто ж ты, наконец? (эпиграф)
В эти темные декабрьские дни поговорим о Солнце, о его свете. Роль солнечного света в биологической жизни Земли огромна и разнообразна. Можно сказать, что Солнце создало земную жизнь и поддерживает ее. Но есть одна парадоксальная деталь во взаимоотношениях солнечного света и жизни.
Спектр солнечного излучения, достигающего Земли, очень широк. Кроме видимого человеческому глазу света он включает инфракрасный и ультрафиолетовый диапазоны. И вот как раз ультрафиолетовое излучение очень опасно для всего живого, поскольку вызывает повреждения ДНК. УФ-повреждения ДНК – это еще не мутации, но если их не исправить, то они вызовут мутации и гибель клеток. Иными словами, солнечный свет одной частью своего спектра представляет благо для жизни, а другой – зло. Дилемма добра и зла возникла сразу, как только на Земле зародилась жизнь.
Еще в самом начале своей эволюции живые организмы нашли красивый выход из этой трудной ситуации. В клетках выработался специальный фермент, фотолиаза, задача которого – исправлять УФ-повреждения ДНК.
Последовательность исправительных работ (биологи говорят – репарации ДНК) такая: При освещении клетки ультрафиолетом в ДНК образуются повреждения. Фотолиаза сразу находит такие повреждения, «садится» на них и быстро исправляет, не позволяя им преобразоваться в мутации. Однако для исправления повреждений нужна дополнительная энергия, а энергии, как известно, много не бывает. Но ведь спектр Солнца кроме ультрафиолетовой имеет еще и «добрую» длинноволновую область! Фотолиаза поглощает энергию видимого света и использует ее для своей работы, для исправления УФ-повреждений ДНК. Такой способ исправления повреждений получил название фотореактивации (дословно: исправление светом).
Фотореактивация была открыта в 1949 году американским микробиологом Альбертом Кельнером. Облучая кишечные палочки ультрафиолетом, он заметил, что выживаемость бактерий была выше в тех чашках Петри, которые после облучения стояли на хорошо освещенной дневным светом полке, а в чашках, которые стояли в темноте, гибель была заметно больше (см. рис. 1).
Жизнь рыб также протекает под воздействием солнечного света. Особенно опасно ультрафиолетовое излучение для половых клеток и эмбрионов, когда вредный эффект мутаций проявляется особенно сильно, легко вызывая гибель и уродства. К тому же многие рыбы нерестятся на мелководьях, в условиях высокой инсоляции.
У рыб фотореактивация впервые была обнаружена американскими учеными Куком, Реганом и МакГратом в 1967 году. Гибель облученных коротковолновым УФ-светом клеток из плавника коралловой рыбы синеполосой ронки (Haemulon sciurus, рис. 2) значительно ослаблялась при освещении их видимым светом (в альтернативном варианте УФ-облученные клетки содержали в темноте, не давая тем самым работать фотолиазе). В дальнейшем фотореактивация была описана и у других рыб, в том числе при освещении целого организма - мальков, личинок и эмбрионов, а также неоплодотворенных яйцеклеток.
Мы во ВНИИ пресноводного рыбного хозяйства, исследуя эффекты коротковолнового ультрафиолетового излучения на гаметы рыб, описали фотореактивацию УФ-повреждений спермиев у карпа и у разных видов осетровых. Спермии облучали разными дозами УФ и затем осеменяли ими яйцеклетки. Оплодотворенные яйцеклетки инкубировали или в темноте – для исключения фотореактивации, или на свету. Выживаемость эмбрионов, развивавшихся на свету, оказалась в несколько раз выше, чем эмбрионов из темноты (рис. 3). При относительно небольших дозах УФ-облучения видимый свет практически полностью восстанавливал выживаемость эмбрионов.Таким образом, вред ультрафиолетовой части солнечного спектра может быть полностью нейтрализован его длинноволновой областью. Это вселяет оптимизм.
Источник: А.В. Рекубратский, к.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории генетики и селекции.
Фото: Рис. 1 по: Барабой А.В., Киричинский Б.Р. Ядерные излучения и жизнь. - Москва: Наука, 1972 - с.232. Книга взята в электронной библиотеке http://biologylib.ru; Рис. 2. Синеполосая ронка, Haemulon sciurus. https://en.wikipedia.org/wiki/Blue_striped_grunt; Рис.3,4,5 - коллекция ВНИИПРХ.
Ключевые слова: ФГБНУ "ВНИИПРХ", ВНИИПРХ, лаборатория генетики и селекции, УФ-облучение, фотореактивация, ДНК, фотолиаза.
.jpg)
