Космические лучи назвали одной из причин возникновения мутаций

Фоновый уровень нейтронного излучения может являться причиной ошибок, возникающие при репликации ДНК

По мнению Августо Гонсалеса из Института кибернетики, математики и физики в Гаване, фоновое нейтронное излучение способно оказывать разрушительное воздействие на живые организмы.

В настоящее время известно, что фоновый уровень нейтронного излучения может являться причиной сбоев компьютерной памяти и его существованием вполне можно объяснить ошибки, возникающие при репликации ДНК.

Попадая в верхние слои атмосферы, космические лучи порождают устремляющиеся вниз высокоэнергетические частицы (в частности, нейтроны), которые при взаимодействии с ядрами атомов становятся причиной нарушения в структуре материалов. Именно это и является одной из причин ошибок в компьютерной памяти: когда нейтрон сталкивается с атомом кремния, образуются атом натрия, альфа-частица, протон и электроны, изменяющие состояние ячейки памяти.

Десять лет назад, в 2004 году, специалисты из компании IBM предсказали частоту возникновения подобных ошибок. Для этого ими был проведен анализ порожденных космическими лучами потока нейтронов.

По словам Гонсалеса, использованный в IBM метод также можно применять и при анализе скорости спонтанных мутаций в живых организмах, которая оказывает решающее воздействие на характер эволюции. До настоящего времени причины таких мутаций не были изучены должным образом.

В рамках своего изыскания Гонсалес осуществил эксперимент, проводимый в Университете штата Мичиган с 1988 года. Там биологи ведут учет количества мутаций, которые происходят из поколения в поколение в культуре кишечной палочки E.coli. Небольшая часть бактерий каждый день пересаживается от основной культуры в новую емкость с небольшим количеством глюкозы. Пока не кончится пища, бактерии размножаются, после чего исследователи опять берут небольшое их количество и перемещают в новую среду.

Всего ученым удалось понаблюдать за развитием более чем 60 000 поколений этих бактерий и установить, что число точечных мутаций во время жизни 20 000 поколений составляет около 300 миллионов. Фактически это означает, что в среднем мутации происходят каждую секунду.

Для того, чтобы выяснить, способен ли уровень фонового нейтронного излучения оказывать влияние на частоту мутаций, Гонсалес построил математическую модель среды обитания бактерий и затем принял в расчет то, что высокоэнергетические нейтроны попадают в чашку с культурой бактерий примерно один раз в 125 секунд. После этого нейтроны передают свою энергию молекулам воды. Это приводит к возникновению коротких ионных треков (1 нейтрон порождает порядка 300 ионов, длина трека – 100 нм, а также примерно 30 ионов, убегающих на расстояние в 0,1 мм). Попавшие под такой «ионный душ» бактерии либо погибают, либо получают повреждения ДНК, которые затем могут передаться их потомкам.

По словам Гонсалеса, частота мутаций согласуется с уровнем фонового нейтронного излучения, но для того, чтобы окончательно подтвердить эту гипотезу, необходимо провести серьезную экспериментальную работу – повторить эксперимент, но уже использовать две популяции бактерий, одна из которых должна быть защищена от фонового нейтронного излучения. При этом такая работа займет не один год.

Таким образом, работа Гонсалеса демонстрирует теоретическую возможность влияния нейтронного излучения на возникновение рака у высших животных и человека.