Журнал «Юность» - Юность, 1974-8
На растениях в некотором смысле легче экспериментировать, чем на животных. Во всяком случае, экспериментируя с облучением семян, можно ставить опыты сразу на многих тысячах биологических объектов. При этом ученому начинает особенно заметно помогать статистика. Да и экономически такой опыт куда более дешев.
А использовалась ли ионизирующая радиация для практических целей в животноводстве? И если использовалась, то где и в каких дозах? Ведь организм животных значительно более чувствителен к действию проникающей радиации, чем растения.
На одной из современных птицефабрик в Советском Союзе был поставлен такой опыт. В процессе инкубации куриные яйца облучали в течение нескольких часов в дозе всего 1–2 рентгена. Было доказано, что такие незначительные дозы ионизирующей радиации оказывают стимулирующее действие. Количество вылупившихся цыплят увеличивалось. А куры из облученных яиц обладали большей яйценоскостью.
Закономерен вопрос: стимулирующее действие малых доз ионизирующей радиации — это общая закономерность или «повезло» только курам?
Наверное, тут таятся и общие закономерности. Во всяком случае, врачи всего мира давно признают целебное действие радоновых ванн для человека…
Итак, ионизирующая радиация изотопов может разумно использоваться человеком и в сельском хозяйстве. Но любознательный читатель, наверное, уже заметил, что речь шла о внешних источниках проникающих лучей, как правило, о гамма-лучах, испускаемых радиоактивным кобальтом. А ведь существует огромное количество радиоактивных изотопов, которые испускают, например, «мягкие» бета-лучи, энергия которых невелика. Радиоактивный углерод С14 и радиоактивная сера S35, которые являются одними из наиболее биологически важных элементов, обладают именно таким «мягким» излучением. Энергия проникающего излучения другого биологически важного изотопа — радиоактивного фосфора Р32 — значительно выше, но и она «мягче» «жестких» гамма-лучей кобальта Co60.
Каким же образом можно использовать эти биологически важные изотопы для нужд сельского хозяйства? Возможности здесь безграничны. И это не преувеличение.
Чтобы успешно бороться с опасными вредителями сельского хозяйства, с вредными насекомыми, надо знать об их жизни как можно больше. Ученые метили радиоактивным фосфором таких опасных насекомых, как саранча и малярийный комар. Этим способом определили скорость перелета саранчи и дальность ее распространения из главных очагов выведения; выяснили протяженность перелетов малярийных комаров. Такое насекомое, как фруктовая муха, оказалось относительным домоседом. Ее метили радиоактивным фосфором и выпускали в апельсиновой роще. Оказалось, что при благоприятных условиях фруктовые мухи не удаляются от места обитания больше чем на несколько сот метров. Все это позволяло более продуманно наметить расположение заградительных зон и разработать систему обороны и борьбы с вредителями.
Если в инсектициды — яды для насекомых — ввести радиоактивную метку, индикатор позволит ответить на ряд важных вопросов. Как ведут себя эти соединения в организме насекомых, почему они ядовиты для них? Как сделать их избирательными по действию: не вредными для человека, растений и полезных насекомых? Не попадают ли они в сельскохозяйственные продукты? Когда они теряют свою токсичность?
А теперь о полезных насекомых. На наших древнейших друзьях-пчелах были поставлены изящные опыты. Например, кормили радиоактивным фосфором одну-единственную рабочую пчелу, н она становилась меченой. А в улей помещали счетчик радиоактивных частиц. Удалось установить, сколько раз в день вылетает на работу рабочая пчела, каков ее рабочий день и какова скорость полета. Или поступали по-другому. Подслащенные сахаром растворы с подмешанным к ним радиоактивным фосфором помещали на какое-нибудь поле. Прилетающие на него пчелы, естественно, метились. При этом можно было точно определить, какие поля пользуются у пчел наибольшей «популярностью», что пчелы любят больше. А отсюда и практические решения: так можно поднять «производительность труда» и увеличить продукцию пчел.
Это, конечно, только один из многочисленных примеров применения метода меченых атомов для изучения жизни полезных насекомых. Практически радиоактивные изотопы используются во всех фундаментальных исследованиях по биохимии и физиологии насекомых Ведь изучив, например, деятельность гормонов и ферментов, управляющих развитием и поведением насекомых, можно научиться управлять ими.
Ученые были поражены, узнав, с какой скоростью протекают некоторые биохимические процессы в растениях.
В коробочку из плексигласа поместили несколько листьев здорового растения, впустили туда определенное количество радиоактивной углекислоты и оставили растение на солнечном свету. В результате процессов фотосинтеза углекислота усвоилась, перешла в состав органических веществ и транспортировалась в организм. Через равные интервалы времени из различных точек роста плодов и стебля брали образцы и измеряли их радиоактивность. Оказалось, что скорость передвижения вновь синтезированных соединений с восходящим током весьма значительна: днем на солнечном свету — 50—100 сантиметров в минуту! И самое удивительное: раньше считали, что весь углерод растений в органических веществах образуется из углекислоты воздуха, хотя его там сотые доли процента, а теперь удалось доказать, что растениями интенсивно — используются углекислота и соли угольной кислоты, содержащиеся в почве. Они активно транспортируются из корней в листья. Там в результате фотосинтеза из них образуются углеводы и идет синтез органических веществ. Отсюда следовал практически важный вывод: для повышения урожайности необходимо вносить соли угольной кислоты в почву, обогащать почву углекислотой. Можно вносить в почву и так называемые зеленые удобрения, например, запахивать многолетние травы; примерно через 0—30 дней начинается выделение углекислоты, которое продолжается практически все лето.
Таким образом удавалось, например, увеличивать урожайность хлопка на 5 центнеров с гектара.
…Использование метода радиоактивных индикаторов оказалось чрезвычайно полезным для науки об удобрениях растений.
Чем и как выгоднее подкармливать растения? В какие сроки? В какой форме вносить удобрения? Как на них влияют климатические условия? Как они транспортируются в растениях и где усваиваются?
Меченый по фосфору суперфосфат, гидроксилапатит и другие удобрения вносили в почву. И вот кукуруза через 2,5 месяца после посадки больше всего усваивала фосфор из трехкальциевого фосфата, меньше — из суперфосфата и еще меньше — из гидрокси-лапатита. Обнаружилось, что хлопчатник дважды особенно нуждается в подкормке фосфором: первый раз в возрасте 10–20 дней, второй раз во время цветения.
Уникальными оказались опыты по определению роли микроэлементов — кобальта, марганца, цинка, меди — в жизни растений. Достаточно, например, было внести в почву 1–3 килограмма бора на гектар пашни, и урожайность клевера резко возрастала. Марганец повышал урожайность сахарной свеклы, медный купорос — урожай зерновых на торфяных почвах.
Как-то одна студентка-первокурсница вполне серьезно сетовала, что в наше время невозможны чудеса. «Обидно, — сказала она, — что нет волшебников. Была какая-то надежда на маленькие чудеса, когда в печати появились сообщения о существовании «снежного человека» или о том, что на самом деле на Землю упал не тунгусский метеорит, а прилетал космический корабль с неведомых планет. Так нет тебе! Дотошные ученые быстро доказали, что этого быть не может».
Но разве это не маленькое чудо, когда ученые обнаружили, что отдельные деревья в лесу могут обмениваться между собой питательными веществами через сросшиеся корни? Во всяком случае, было доказано: в дубовой роще радиоактивный бромистый калий, введенный в дерево, через три дня обнаруживался у пяти рядом расположенных дубов.
Особенно часто используются химические соединения, меченные радиоактивным углеродом, фосфором, серой, калием, натрием, железом… Пользуясь радиоактивным углеродом, можно узнать, какие условия питания необходимы для достижения максимальной продуктивности пли как осуществляется усвоение питательных кормов, что нужно ввести в рацион коров, чтобы увеличить удои молока.
Не бывает хорошей практики без хорошей теории. Они должны идти рука об руку. И тогда достижения каждой из них будут наибольшими.
Возможности метода радиоактивных изотопов для решения самых сложных теоретических вопросов биохимии, физиологии, биофизики безграничны и необозримы. Современный ученый в течение одного рабочего дня не успеет прочитать даже одни заголовки статей и исследований, в которых для различных биологических целей использовались радиоактивные изотопы! Специалистов нередко удивляют те результаты исследований, которые получают, используя меченые атомы. Иногда сложные биологические задачи решаются удивительно просто. Иногда, наоборот, казалось бы, простое биологическое явление расшифровывается долгие годы.
