Изменчивость живых организмов

На початку ХХ століття були спроби використовувати різні фактори зовнішнього середовища для отримання індукованих мутацій. Але на протязі довгого часу всі спроби були марними, почали навіть припускати, що мутації виникають виключно під впливом внутрішніх факторів, повністю автономно і абсолютно незалежно від впливу зовнішнього середовища.

Для спростування цієї хибної думки вирішальними були перші ж успіхи, які, нарешті, були отримані у дослідах, спрямованих на отримання індукованих мутацій за допомогою дії різними факторами зовнішнього середовища.

Перші індуковані мутації отримані в 1920 році академіком Надсоном у деяких бактерій та грибів під впливом променевої енергії (Х-проміння, еманція радію). Після проведення дослідів, виявилося, що виникають такі мутації, які різко підвищують життєздатність організму. Але виявлялися і летальні мутації, які призводили до загибелі організму. А отримувати тільки якісь певні, корисні мутації не вдавалось. Характер мутацій був спонтанним і непередбачувальним.

Після дослідів по опроміненню організмім для отримання індукованих мутацій, вчені зацікавилися механізмом дії радіоактивного випромінення.

Спочатку, коли з мутагенних факторів були відомі в основному рентгенівське, або Х-проміння,припускалося, що зміна будови генів і розриви хромосом викликаються проходженням іонизуючої частинки, в результаті якого в хромосомах виникає іонизація — електрони вибивються з одних атомів і приєднуються до інших, що призводить до утворення позитивних і негативних іонів.

В наслідок цього в молекулі ДНК виникають різні перегрупування, які призводять до зміни в будові генів та точковим мутаціям, а у крайніх випадках призводять до поперечних розривів хромосом та появі частинок (фрагментів) хромосом. При такому тулмаченні механізму виникнення мутацій гени розглядалися як мішені, влучення в які викликає появу точкових мутацій та хромосомних абберацій. Прихильники такого тулмачення механізму появи мутацій, відомого під назвою “теорія мішені”, вважали, що мутації завжди катастрофічний процес, який відбувається практично миттєво, і наводили розрахунки ймовірності винекнення мутації головним чином на основі встановлення розмірів “мішені” та дози опромінення іонизуючої радіації, використаної для опромінення організму.

Інші ж дослідники пропонували, як альтернативну “теорії мішені”, гіпотезу вільних радикалів. Згідно цієї гіпотези, вирішальну роль для утворення індукованих мутацій має непряма дія рентгенівського проміння (а також інших форм іонизуючої радіації), викликаюча появу в поживному середовищі (наприклад грунті) чи в клітинах живих організмів появу вільних радикалів типу ОН та НО2 . Ці вільні радикали можуть взаємодіяти як з молекулами ДНК хромосом, так і з молекулами цитоплазми клітини та молекулами поживного середовища, змінюючи їх. А такі змінені молекули в свою чергу взаємодіють з молекулами ДНК, призводячи до змін в їх будові.

Результати цієї взаємодії значною мірою залежить від того, яким запасом енергії володіють вільні радикали. В тих випадках, коли ця енергія значна, виникають сильні зміни в будові иолекул ДНК, призводячі до летальних мутацій чи до розлому хромосом. В тих випадках, коли енергія вільних радикальів незначна, то їх взаємодія з молекулами ДНК призводить до появи видимих точкових мутацій. На користь цій гіпотезі говорить те, що умови при яких проводилося опромінення (температура, наявність чи відсутність вільного кисню тощо), значною мірою впливають на частоту винекнення індукованих мутацій

Особливо яскраво гіпотезу вільних радикалів підтверджувала поява індукованих мутацій у деяких мікроорганізмів після вирощування їх в поживному середовищі, яке попередньо було піддано опроміненню великими дозами іонизуючої радіації. В цих випадках індуковані мутації могли виникнути тільки під дією вільних радикалів поживного середовища, які виникли під час його опромінення.

На согоднішній день найбільш ймовірним є те, що індуковані мутації виникають як в результаті безпосередньої іонизації атомів в молекулі ДНК іонизуючими частинками, так і в результаті взаємодії з молекулами ДНК вільних радикалів, виникаючих під впливом опромінення в ядерному соці, в цитоплазмі клітини и навіть в поживному середовищі. Але всеж у винекненні індукованних мутацій найбілш важливу роль, напевно, відіграють вільні радикали.