23.8. Вплив радіонуклідного забруднення на гідробіонтів

Наслідками дії іонізуючого випромінювання на гідробіонтів є радіаційна стимуляція, порушення різних фізіологічних і біохімічних реакцій, найрізноманітніші аномалії росту та розвитку, морфологічні зміни окремих органів і організму в цілому, спадкові зміни, скорочення тривалості життя і, нарешті, загибель. Зміни в біосистемах під впливом іонізуючого випромінювання отримали назву радіобіологічних ефектів.

Гідробіонти мають дуже обмежені можливості компенсаторних пристосувань до іонізуючого випромінювання. Відсутність рецепторів, які б сигналізували про дію іонізуючого випромінювання, не дає змоги навіть рухливим організмам мігрувати у більш безпечні біотопи. Реакція біологічних багаторівневих структур на дію опромінення відбувається з різним часом запізнення. Якщо на атомно-молекулярному рівні час прояву дії радіації вимірюється часом від 10^-16 до 1 сек, то на ценотичному рівні наслідки променевого ураження проявляться лише через роки, десятиліття, а можливо і через століття. Час проявлення і глибина порушень у гідробіонтів залежать від дози опромінення і радіочутливості окремих тканин, органів і організму в цілому, а також від комплексу модифікуючих факторів, які завжди діють у природних умовах. При поєднаній дії радіонуклідного та хімічного забруднення можливе як посилення, так і ослаблення ефектів пошкодження, що визначається активністю і тривалістю дії чинників. Проблема радіочутливості гідробіонтів різних трофічних рівнів та еволюційного розвитку, а також різної радіочутливості тканин одного і того ж організму на різних стадіях розвитку належить до найактуальніших проблем радіоекології природних вод.

Радіочутливість характеризує швидкість і ступінь реагування організму на дію іонізуючого випромінювання. Радіочутливість визначається в одиницях поглинутої енергії, здатної викликати проявлення реакції у певного процента досліджуваної популяції гідробіонтів. Для визначення радіочутливості гідробіонтів використовуються такі реакції, як пригнічення синтезу ДНК, затримка поділу клітин, утворення хромосомних аберацій (зміна лінійної будови хромосом), пригнічення росту і розвитку, рефлекторна діяльність організму, пригнічення репродукції клітин, продуктивності, розмноження організмів та відмирання клітин і організмів.

Визначення порівняльної радіочутливості найбільш зручно здійснювати на основі використання дози радіації, що викликає певний процент загибелі (наприклад, 50 % — ЛД₅₀) досліджуваної популяції. Радіочутливі організми реагують на менші дози іонізуючого випромінювання у порівнянні з малочутливими. Гідробіонти відзначаються великою варіабельністю радіочутливості. Так, у деяких видів синьозелених водоростей ЛД₅₀ становить близько 17 000 Гр, в той час як для риб цей показник знаходиться в межах 6—55 Гр:

Гідробіонти ЛД₅₀, Гр

Бактерії 17—300000

Найпростіші 45—3500

Водорості 300—1 700

Покритонасінні 10—1500

Кишковопорожнинні 40—300

Черви 500—1600

Членистоногі 10—1 200

Комахи 280—2 000

Молюски 120—200

Риби 6 — 55

Радіочутливість організмів одного і того ж виду на різних етапах індивідуального розвитку також дуже змінюється. У гідробіонтів радіочутливість до іонізуючого випромінювання збільшується від нижчих форм до більш високоорганізованих і зменшується від ранніх стадій їх розвитку до більш пізніх. За радіочутливістю гідробіонтів можна розташувати в такий ряд: риби > ракоподібні > молюски > водорості > бактерії.

Для радіочутливих організмів характерні активна життєдіяльність і високий рівень енергетичного обміну. Гідробіонти, яким притаманна більш висока частота поколінь, більш лабільні і на підвищення дії іонізуючого випромінювання швидше відповідають мутаціями і змінами своєї чисельності. Радіостійкі особини відзначаються станом фізіологічного спокою, низьким рівнем метаболізму, наявністю стадій, пристосованих до несприятливих умов (спор, цист, діапауз).

Забруднення природних вод природними та штучними радіонуклідами супроводжується зростанням у гідробіонтів потужності поглинутої дози в досить широких діапазонах. Дослідження свідчать про високу радіорезистентність бактеріального населення водних об'єктів. Так, концентрація ⁹⁰Sr у воді близько 3,7*10⁷ Бк/дм³ не справляла помітного впливу на розвиток нітрифікуючих бактерій і кишкової палички. І лише при концентрації (3,7 — 7,4)10⁹ Бк/дм³, що створювало потужність дози опромінення близько 120 Гр/добу, відзначалась бактерицидна дія радіонуклідів. У воді систем охолодження атомного реактора в Лос-Аламосі (США) були виявлені бактерії роду Pseudomonas, які розмножувались при потужності доз опромінення близько 300000 Гр/добу. Наведені приклади стосуються організмів особливо високої радіорезистентності, чого не можна сказати про інших представників гідробіоценозів.

На радіобіологічні ефекти можуть впливати такі абіотичні фактори, як фотоокиснення, температура, рН, солоність і окисно-відновні умови водного середовища. Вплив вказаних фізико-хімічних факторів далеко не однозначний: можуть посилюватись або пригнічуватись радіобіологічні ефекти, що значною мірою залежить, з одного боку, від дози опромінення, а з другого — від біологічних особливостей організмів. Непередбачуваних модифікацій радіобіологічних ефектів слід очікувати при поєднаному радіонуклідному і хімічному забрудненні водного середовища. При цьому посилюється ймовірність порушень у біосистемах, скорочення життя організмів і їх загибель.

У комплексі реакцій на радіаційне ураження виділяються не тільки первинні прояви, пов'язані з безпосередньою дією іонізуючого випромінювання на окремі організми, але і вторинні реакції, що виявляються у різних перебудовах гідробіоценозів через роки і навіть століття. Г.Г. Полікарпов [126] на основі аналізу вірогідних і уже сформованих радіонуклідних забруднень екосистем внаслідок ядерних аварій, що сталися у різних країнах світу, запропонував концептуальну модель реакцій організмів, популяцій і угруповань на всі можливі величини потужності доз іонізуючої радіації при хронічному опроміненні (рис. 129).

У зоні зниженого радіаційного фону при дозах до 10^-5 Гр/рік розвиток організмів дещо уповільнений. Розвиток організмів У зоні радіаційного благополуччя при дозах 10^-4—10^-3 Гр/рік не супроводжуються порушеннями і стимулюючими ефектами-В зоні фізіологічного маскування хронічне опромінення 3 дозою 10^-2 Гр/рік викликає порушення, проте завдяки фізіологічним процесам організми відновлюють нормальне функціонування і справляються з порушеннями.

Діапазон доз 10^-1—1 Гр/рік утворився внаслідок ядерних аварій на АЕС в Уіндскейлі (Англія, 1957) та в Чорнобилі, при цьому порушення в біосистемах модифікувалися природними або антропогенними чинниками. Очевидні пошкодження біосис-тем, що виявлялися у зменшенні чисельності і загибелі чутливих видів, реєструвалися при дозах 10—10⁶ Гр/рік і більше, які формувалися на поверхні забруднених радіонуклідами донних відкладень оз. Уайт Оук, в Чорнобильській зоні, в районі Киштимського сліду та оз. Карачай на Уралі. Подальше посилення дії іонізуючого випромінювання здатне викликати незворотні порушення у всій біосфері і зрештою призвести її до загибелі.

Таким чином, радіонуклідне забруднення водойм супроводжується як прямим ураженням біосистем внаслідок дії іонізуючого випромінювання, так і опосередковано — через порушення збалансованих структурно-метаболічних зв'язків у гідробіоценозах. Якщо ураження гідробіонтів на атомно-молекулярному рівні проявляються протягом часток секунди, то на рівні популяцій — через роки, століття. Можливість прояву віддалених у часі наслідків зобов'язує сучасне суспільство відноситись з великою відповідальністю до проблем охорони гідросфери Землі від радіонуклідного забруднення.