Генофонд и его изменения

ВОЗРАСТАНИЕ АГРЕССИВНОСТИ СРЕДЫ

Среди важнейших факторов повышения агрессивности среды по отношению к человеку следует прежде всего отметить загрязнение атмосферного воздуха и вод, а также возрастание патогенности болезнетворных организмов. Влияние этих факторов на здоровье человека подробно проанализировано В.А. Бухваловым и Л.В. Богдановой в книге «Введение в антропоэкологию».

Загрязнение воздуха. В последние годы отмечается увеличение загрязнения воздуха, связанное с расширением промышленных зон, с усиленной технизацией и моторизацией нашей жизни. Вредное воздействие веществ, попадающих в воздух, может усиливаться их взаимными реакциями между собой, особыми метеоусловиями. В районах, где отмечается высокая плотность населения и одновременно скопление заводов и фабрик, загрязнение воздуха нарастает особенно быстро. В дни, когда из-за погодных условий циркуляция воздуха ограничена, здесь возникает смог. Смог видимое простым глазом загрязнение атмосферы над жилыми или промышленными кварталами. Он образуется в результате накопления дымов от бытовых котельных, промышленных предприятий и выхлопных газов автомобилей и двигателей различного рода.

Особую опасность для человека представляют выхлопные газы автомобилей, в которых содержатся окислы свинца. Даже сравнительно небольшая концентрация свинца в выхлопных газах может оказаться вредной для здоровья, так как металл из воздуха через легкие и желудочно-кишечный тракт проникает в организм быстрее, чем может выводиться из него. Последствия нарушение синтеза гемоглобина, мышечная слабость вплоть до паралича, нарушение структуры и функций печени и мозга.

Кислотообразующие осадки, в свою очередь, увеличивают агрессивность поверхностных вод (по данным морской лаборатории в Вудс-Холе, в средних широтах Северного полушария выпадает до 18 млн. т азота в год), в которых увеличивается содержание фтора и металлов, в том числе стронция. В выбросах, стоках и твердых отходах промышленных городов содержатся тысячи тонн свинца, цинка, меди, хрома, никеля, кадмия, молибдена, ванадия и других металлов. Значительная часть загрязнений концентрируется в почве и проникает в грунтовые воды, откуда попадает в колодцы и водопровод. Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами вызывает респираторные заболевания, астматические явления, разрушает легочную ткань.

Загрязнение вод. Вода вещество, жизненно необходимое для человека, может стать для него чрезвычайно опасной. В жилых кварталах, где нет водопровода, воду часто запасают в больших баках и бассейнах. В этих сооружениях нередко заводятся бактерии, переносчики опасных болезней, в них могут случайно попасть химические вещества, например удобрения. Но и там, где имеется центральное водоснабжение, не обходится без проблем. Зачастую качество воды настолько низкое, что ее употребление может стать причиной развития ряда заболеваний.

Основными факторами, вызывающими загрязнение питьевой воды, являются:

1) большое количество промышленных сбросов;

2) отравление воды веществами, загрязняющими воздух и вымываемыми из него дождевой водой, в итоге стекающей в водоемы;

3) просачивание в водоемы вредных веществ, употребляемых в сельском хозяйстве;

4) недостаточное развитие канализационной сети.

Воде, без которой невозможна никакая жизнь, в свою очередь, требуется жизнь. Безжизненная вода смерть для всех нас. В водоемах живут организмы, которым нужна определенная температура и определенный состав воды. Поступление сточных вод в водоемы приводит к повышению их эвтрофированности (накоплению питательных веществ), что может полностью лишить воду кислорода. В результате гибнут живые организмы, качество воды резко ухудшается.

Бытовые стоки и отходы пищевой промышленности особенно вредны из-за того, что на окисление этих веществ в водоеме уходит очень много кислорода. Промышленные предприятия отравляют водоемы сточными водами, которые содержат большое количество ядов, в том числе тяжелые металлы, цианиды. В определенной степени водоем, принимающий стоки, может сам очищаться. Органические загрязнения захватываются бактериями и другими микроорганизмами. Фактор, лимитирующий разложение сточных вод, количество содержащегося кислорода.

Уже сейчас половину необходимой нам воды добывают через артезианские скважины из глубинных слоев земли. Однако и эта вода далека от идеальных требований, поскольку в ней содержится повышенное количество минеральных солей, не всегда полезных для организма. Вода же из рек, озер и водохранилищ нуждается во все более дорогостоящей очистке в специальных установках. В идеале вода должна быть прохладной, чистой, бесцветной, не иметь запаха и неприятного привкуса.

Рост патогенности микроорганизмов. Применение все более совершенных и мощных средств борьбы с болезнетворными микроорганизмами часто приводит к выработке у последних со временем резистентности (устойчивости) к соответствующим препаратам. Становясь неуязвимыми, микроорганизмы оказываются способными вызывать тяжелейшие расстройства здоровья человека. Эффект «привыкания» микроорганизмов к воздействию фармацевтических препаратов может приводить к вспышкам численности возбудителей тех или иных заболеваний и, следовательно, к развитию эпидемий. В целях профилактики негативных последствий описанного выше явления ученые-фармацевты постоянно работают над созданием все более эффективных препаратов, способных не только уничтожать опасные для человека микроорганизмы, но и также подавлять их адаптивные способности.

Помимо роста патогенности микроорганизмов другим фактором ухудшения эпидемиологической ситуации может выступать рост численности переносчиков возбудителей заболеваний человека. Ими могут быть некоторые животные (собаки, крысы, белки и др.), а также насекомые (комары, вши и др.). Для борьбы с ними используются специальные препараты, действие которых, однако, не всегда приводит к однозначным результатам. Показателен в этом смысле пример знаменитого ДДТ (дихлордифенилэтана) «чудо-оружия», призванного, как считалось, спасти человечество не только от многих переносчиков возбудителей опасных болезней, но и также от большинства вредителей сельскохозяйственных культур. На протяжении 60-х годов ДДТ в различных странах были обработаны огромные площади сельскохозяйственных угодий, а также места скопления переносчиков болезнетворных микроорганизмов. На первых порах эффективность препарата не вызывала ни малейшего сомнения, однако уже через несколько лет его использования стали появляться данные о «привыкании» к нему некоторых видов вредителей и переносчиков. Приспособившиеся животные и насекомые становились настолько устойчивыми к воздействию отравляющих веществ, что чрезвычайно трудно было найти новые препараты, позволяющие вести с ними эффективную борьбу. В этих условиях резко участились случаи вспышек эпидемий заболеваний, вызванных микроорганизмами, передаваемых живыми переносчиками животными или насекомыми.

ИЗМЕНЕНИЕ ГЕНОФОНДА

Изменение среды обитания, происходящее в результате деятельности человека, оказывает на человеческие популяции воздействие, которое по большей части вредоносно, приводит к росту заболеваемости и сокращению продолжительности жизни. Однако в развитых странах средняя продолжительность жизни неуклонно примерно на 2,5 года за десятилетие приближается к своему биологическому пределу (95 лет), в рамках которого конкретная причина смерти не имеет принципиального значения. Воздействия, казалось бы и не ведущие к преждевременной смерти, тем не менее нередко снижают качество жизни, но более глубокая проблема заключается в незаметном постепенном изменении генофонда, которое приобретает глобальные масштабы.

Генофонд обычно определяют как совокупность генов, имеющихся у особей данной популяции, группы популяций или вида в пределах которых они характеризуются определенной частотой встречаемости.

О воздействии на генофонд чаще всего говорят в связи с радиационным загрязнением, хотя это далеко не единственный фактор, влияющий на генофонд. По мнению В.А. Красилова, существует большой разрыв между обиходными и научными представлениями о влиянии радиации на генофонд. Например, нередко говорят об утрате генофонда, хотя совершенно ясно, что генофонд человеческого вида может быть утрачен лишь при условии практически поголовного уничтожения людей. Утрата генов или их вариантов в обозримых масштабах времени вероятна лишь в отношении очень редких вариантов. Во всяком случае не менее возможно появление новых вариантов гена, изменение генных частот и соответственно частот гетерозиготных и гомозиготных генотипов. Все эти события укладываются в представление об изменении генофонда (рис. 8).

В.А. Красилов отмечает, что далеко не все оценивают изменение генофонда как негативное явление. Сторонники евгенических программ считают возможным избавиться от нежелательных генов путем физического уничтожения или исключения их носителей из процесса воспроизводства. Однако действие гена зависит от его окружения, взаимодействия с другими генами. На уровне личности дефекты нередко компенсируются развитием особых способностей (Гомер был слепым, Эзоп уродливым, Байрон и Пастернак хромыми). А доступные сегодня методы генной терапии открывают возможность исправления врожденных дефектов без вмешательства в генофонд.

Стремление большинства людей сохранить генофонд таким, каким его создала природа, имеет под собой вполне естественные основания. Исторически генофонд сложился в результате длительной эволюции и обеспечил приспособление человеческих популяций к широкому спектру природных условий. Генетическое разнообразие людей на популяционном и индивидуальном уровнях иногда носит очевидный адаптивный характер (например, темный цвет кожи в низких широтах, связанный с устойчивостью к ультрафиолетовому излучению), в других же случаях нейтрально по отношению к факторам среды. Независимо от этого генетическое разнообразие предопределило многообразие и динамичность развития человеческой культуры. Высшее достижение этой культуры гуманистический принцип равноценности всех людей в переводе на биологический язык означает сохранение генофонда, не подлежащего искусственному отбору.

Вместе с тем продолжается действие и естественных факторов изменения генофонда мутации, дрейф генов и естественный отбор. Загрязнение среды влияет на каждый из них. Хотя эти факторы действуют совместно, в аналитических целях имеет смысл рассмотреть их по отдельности.

Факторы мутагенеза. К ним из физических воздействий кроме ионизирующего излучения, возможно, относятся электромагнитные поля. Установлено, например, повышение заболеваемости лейкемией у лиц, проживающих длительное время вблизи высоковольтных линий электропередачи. Из сотен тысяч разнообразных химических соединений, поступающих в среду в виде бытовых и производственных загрязнений, около 20% генотоксичны.

Рис.8. Изменение генофонда (по В. А. Красилову)

Мутационные изменения снижают жизнеспособность организма в 12-кратном соотношении со скоростью гаметного мутагенеза. Наряду с прямым канцерогенным эффектом мутациями, нарушающими взаимодействие клеточных клонов в процессе их роста и трансформации, происходит нарушение контрольных функций гормональной и иммунной систем, на фоне которого возрастает риск злокачественных новообразований как хемотоксичной, так и вирусной этиологии. Мутагенез, сопровождающий встраивание вирусной частицы в клеточный геном, также может возрастать вследствие иммунной недостаточности организма, появления новых штаммов вирусов или того и другого.

Дрейф генов. В прошлом дрейф генов был связан с резкими колебаниями численности локальных популяций, истребляемых войнами и эпидемиями. Выжившие основатели новой популяции передавали ей черты своей генетической индивидуальности. Утраченная часть генетического разнообразия восстанавливалась за счет повторных мутаций и потока генов, но определенные отличия могли сохраняться длительное время. Сегодня рост численности и более подвижный образ жизни предохраняют генофонд от дрейфа генов, разве что за исключением малочисленных популяций на океанических островах, в горных районах или тропических лесах.

Естественный отбор. Внимание общественности и экспертов в первую очередь привлекают генотоксичные факторы прямого действия и связанные с ними заболевания, тогда как естественный отбор в долгосрочном плане гораздо более мощный фактор изменения генофонда остается в тени. Между тем любое воздействие на среду хотя бы в небольшой степени изменяет направленность отбора, создавая давление на популяцию и сдвигая частоты соответствующих генотипов. Ген может долго удерживаться в популяции, несмотря на негативный отбор (который недостаточно эффективен при низких частотах), но угроза обеднения генофонда со временем становится все более реальной.

Охрана среды обитания и системы здравоохранения факторы, но существу, противостоящие естественному отбору в человеческих популяциях. Тем не менее отбор действует в особенности на пренатальном уровне (например, в виде ранних самопроизвольных абортов, которые могут остаться незамеченными). Любое заболевание снижает шансы на успешную карьеру, создание семьи и полноценный генетический вклад в следующее поколение. Поскольку люди неравноценны в отношении устойчивости к воздействиям специфического и общего характера, то отбор работает в пользу более устойчивых, невзирая на их личностные качества, и тем более активно, чем больше загрязнение среды. Эти процессы не только сокращают разнообразие людей (3 тыс. лет назад светлокудрые ахейцы сражались с темноволосыми малоазийскими племенами; теперь настоящие блондины редки даже среди скандинавов, не говоря уже о греках), но и вымывают из популяции редкие гены, способствующие развитию социально ценных свойств, если они не сцеплены с генетическими факторами устойчивости к загрязнениям.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агесс П. Ключи к экологии. Л., 1982.

2. Акимова Т. А., Хаскин В.В. Экология. М., 1998.

3. Бухвалов В.А., Богданова Л.В. Введение в антропоэкологию. М., 1995.

4. Введение в экологию / Под ред. Ю.А. Казанского. М., 1992.

5. Красилов В.А. Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты. М., 1992.

6. Михеев А.В., Галушин В.М., Гладков Н.А., Иноземцев А.А., Константиов В.М. Охрана природы. М., 1987.

7. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир: В 2 т. М., 1993.

8. Никаноров А.М., Хоружая Т.А. Экология. М., 1999.

9. Петров К.М. Общая экология. М., 1998.