Индустриальное Запорожье - новости Запорожья

Мир, Наука и Технологии
Причиной мутаций могут быть космические лучи
Поделиться

Если фоновый уровень нейтронного излучения оказывается причиной сбоев компьютерной памяти, то его существованием можно также объяснить ошибки при репликации ДНК. Об этом пишет Популярная Механика.

Причиной мутаций могут быть космические лучи

Когда космические лучи попадают в верхние слои атмосферы, они порождают высокоэнергетические частицы (в частности, нейтроны), устремляющиеся вниз. Какое влияние они могут оказать? Ученым давно известно, что высокоэнергетические нейтроны могут взаимодействовать с ядрами атомов, вызывая различные нарушения в структуре материалов. Это — одна из причин ошибок компьютерной памяти: при столкновении нейтрона с атомом кремния образуются атом натрия, альфа-частица, протон и электроны, способные изменить состояние ячейки памяти. Еще в 2004 году группе исследователей из IBM удалось предсказать частоту возникновения подобных ошибок на основании анализа потока нейтронов, порожденных космическими лучами.

Августо Гонсалес из Института кибернетики, математики и физики в Гаване (Куба) предположил, что фоновое нейтронное излучение может оказывать столь же разрушительное воздействие и на другие системы обработки и хранения информации — живые организмы.

Эволюционные биологи знают, что скорость спонтанных мутаций оказывает решающее воздействие на характер эволюции, но причины этих мутаций до сих пор не были изучены должным образом. Гонсалес утверждает, что подход, использованный исследователями из IBM для прогнозирования ошибок при работе электроники, также пригоден для анализа скорости спонтанных мутаций в живых организмах.

В основу работы Гонсалеса лег увлекательный эксперимент, который ведется в Университете штата Мичиган (США) с 1988 года. Биологи во главе с Ричардом Ленски отслеживают количество мутаций, происходящих от поколения к поколению в культуре кишечной палочки (E. coli). Каждый день небольшая часть бактерий пересаживается от основной культуры в новую чашку с небольшим количеством глюкозы. Бактерии размножаются, пока не кончится пища (как правило, около восьми часов), а затем ученые вновь берут некоторое количество бактерий и помещают в новую среду.

С момента начала эксперимента исследователи наблюдали развитие более 60 000 поколений бактерий. Они обнаружили, что число точечных мутаций на протяжении жизни 20 000 поколений бактерий достигает примерно 300 миллионов. Это значит, что мутации происходят (в среднем) ежесекундно.

Вопрос которым задался Гонсалес — может ли частота мутаций объясняться уровнем фонового нейтронного излучения? В поисках ответа он построил математическую модель среды, в которой обитают бактерии (преимущественно это вода) и рассчитал, что высокоэнергетические нейтроны попадают в чашку с бактериальной культурой примерно один раз в 125 секунд. Затем нейтроны передают свою энергию молекулам воды, что приводит к возникновению относительно коротких ионных треков: по словам Гонсалеса, один нейтрон порождает около 300 ионов с длиной трека порядка 100 нм и около 30 ионов, убегающих на расстояние примерно 0,1 мм. «Бактерии, попавшие под этот ионный душ, погибают или получают повреждения ДНК, которые могут быть унаследованы потомками», — говорит исследователь.

Гонсалес указывает, что частота мутаций, зафиксированных группой Ленски, согласуется с уровнем фонового нейтронного излучения. Конечно, для подтверждения его гипотезы недостаточно просто заметит корреляцию — необходима серьезная экспериментальная работа: придется повторить эксперимент Ленски, но с двумя популяциями бактерий, одна из которых защищена от фонового нейтронного излучения. Осталось найти экспериментатора, готового потратить годы на проверку…

Еще одно важное следствие, которое можно вывести из работы Гонсалеса — возможное влияние нейтронного излучения на возникновение рака у высших животных, в том числе у человека.


Комментарии читателей