Jauns pētījums ir atklājis izmaiņas simtiem gēnu ekspresijā vardēs, kas dzīvo teritorijās, kuras ir piesārņotas 2011. gada kodolkatastrofas rezultātā. Neskatoties uz to, ka tām tiek saražots vairāk spermas, zinātnieki brīdina par iespējamu slēptu ietekmi uz to auglību un attīstību.
Saturs
Vairāk nekā desmit gadus teritorija, kas piesārņota Fukusimas atomelektrostacijas avārijas rezultātā, atrodas zinātniskā novērošanā. Tomēr jauns pētījums, kas tika prezentēts ikgadējā Eksperimentālās bioloģijas biedrības konferencē, ir spējis izdarīt svarīgu soli uz priekšu: pētīt radiācijas ietekmi uz tur izdzīvojušo savvaļas dzīvnieku reproduktīvo spēju . Uzmanības centrā ir maza, bet drosmīga varone – japāņu koksnes varde ( Dryophytes japonicus ).
Kas notiek ar to spermu, gēniem un hormoniem pēc vairāku paaudžu uzturēšanās radioaktīvā vidē? Zinātnieku atklājums ne tikai pārsteidz, bet liek mums pārdomāt ilgtermiņa ekoloģiskās sekas, ko rada kodolkatastrofa. Protams, to var attiecināt arī uz citām katastrofālām situācijām kodolenerģētikas jomā.
Atklātā laboratorija Japānā
2011. gada avārija Fukušimā izraisīja lielu radioaktīvo vielu noplūdi vidē. Lai gan daudzas sugas pameta šīs vietas vai izmira, citas palika vai parādījās vēlāk, apdzīvojot teritorijas, kurās vairs nedzīvo cilvēki. Jauns pētījums, ko vadīja Lea Dusk (ASNR, Francija), izmantoja šo “ekoloģisko logu”, lai analizētu hroniskas radiācijas ietekmi uz reproduktīvo bioloģiju varžām, kas dzīvo šajos mainītajos apgabalos.
Pētnieki savāca Dryophytes japonicus paraugus no apgabaliem ar atšķirīgu radiācijas līmeni. Viņi koncentrējās uz sēklinieku, spermas, testosterona un gēnu aktivitātes novērtēšanu . Viņi izmantoja arī transkriptomikas instrumentus, lai noteiktu, kuri gēni tiek aktivizēti vai deregulēti radiācijas ietekmē.
Vairāk spermas — labāka reprodukcija? Ne vienmēr.
Viens no spilgtākajiem novērojumiem bija gonadosomatiskā indeksa (dzimumdziedzeru relatīvā izmēra attiecībā pret ķermeni) palielināšanās indivīdiem, kas bija pakļauti radiācijas iedarbībai. Šiem dzīvniekiem tika konstatēta arī augstāka spermatozoīdu koncentrācija. To, šķiet, var interpretēt kā reproduktīvu priekšrocību.
Tomēr pētnieki izturas piesardzīgi. Neskatoties uz spermatozoīdu skaita palielināšanos, pagaidām nav apstiprināts, vai to kvalitāte un apaugļošanās spēja ir vienāda. Tādas fundamentālas īpašības kā spermatozoīdu kustīgums, kas ir galvenais reproduktīvās efektivitātes faktors, joprojām tiek pētītas.
Šāda veida fizioloģiskās reakcijas var būt kompensējoši mehānismi : organisms, atklājot naidīgu vidi, var ieguldīt vairāk enerģijas reproduktīvajā procesā, lai nodrošinātu pēcnācējus, lai gan tas negarantē, ka sperma darbosies pareizi.
Gēni saka: starojums, kas atstāj molekulāru nospiedumu
Lai saprastu, vai šīs fiziskās izmaiņas bija saistītas ar izmaiņām šūnu līmenī, pētnieku grupa sekvencēja varžu transkriptu — gēnu kopumu, kas tiek aktivizēts noteiktā brīdī. Tika identificēti vairāk nekā 9000 gēnu, kas ekspresējas sēkliniekos , un aptuveni 10 % no tiem uzrādīja būtiskas izmaiņas, kas saistītas ar starojumu.
Kā teikts sākotnējā referātā: „Aptuveni 10 % gēnu apakšgrupa uzrādīja diferencētu ekspresijas modeli starp grupām, kas bija pakļautas un nebija pakļautas apstarojumam”.
Tas ir svarīgs atklājums. Skartie gēni piedalās tādās kritiski svarīgās procesās kā spermatozoīdu attīstība, hormonālā regulācija un šūnu vielmaiņa . Lai gan funkcionālā analīze joprojām turpinās, jau ir apstiprināts, ka daži no šiem gēniem ir saistīti ar bioloģiskajiem procesiem, kas ir jutīgi pret jonizējošo starojumu.
Šādas izmaiņas var izraisīt kaskādes efektu. Izmaiņas gēnu ekspresijā var negatīvi ietekmēt auglību, ietekmēt pēcnācēju attīstību vai pat nākamo paaudžu dzimumuzvedību.
Testosterons — liels jautājums
Neskatoties uz novēroto ietekmi uz reproduktīvo struktūru un funkciju, testosterona līmenis palika stabils gan pakļautajām, gan nepakļautajām vardēm. Šis atklājums ir intriģējošs, jo testosterons ir galvenais hormons, kas regulē dzimumuzvedību, sekundāro dzimumzīmju attīstību un spermas ražošanu.
Tas liecina, ka radiācija neietekmē visus endokrīnās sistēmas līmeņus vienādi vai ka organisms atrod veidus, kā saglabāt dažas kritiski svarīgas funkcijas, izmantojot hormonālas kompensācijas mehānismus. Tas var arī liecināt, ka citi faktori, piemēram, oksidatīvais stresa vai DNS bojājumi, papildus tiešai hormonālai ietekmei, ietekmē bioloģiskās sekas.
Mainīta ekosistēma, evolūcija procesā
Pētījums ne tikai norāda uz tiešām sekām, bet arī paver ceļu uz dziļākiem jautājumiem par faunas ilgtermiņa evolūciju piesārņotā vidē . Vai šīs vardes var ģenētiski pielāgoties radiācijai? Kāda ir šīs pielāgošanās cena? Kas notiek ar pēcnācējiem, kas dzimuši šādos apstākļos?
Koncentrējoties uz reprodukciju, pētnieku grupa pieskaras galvenajam jautājumam. Ja radiācija samazina sugas spēju radīt dzīvotspējīgu pēcnācējus, tās turpmākā eksistence ekosistēmā ir apdraudēta, pat ja suga fiziski izdzīvo.
Turklāt šie dati ir vērtīgi arī ārpus Fukusimas. Salīdzinot ar līdzīgiem pētījumiem Černobiļā, kur novēroja tādas sekas kā ģenētiskās daudzveidības samazināšanās vai organisma stāvokļa pasliktināšanās, šis darbs palīdz izveidot salīdzinošu modeli dažādām izolācijas zonām, kas atrodas kodolenerģijas ietekmē , sniedzot priekšstatu par savvaļas dzīvnieku tolerances un izturības slieksni.
Tālāk: vairāk analīzes un jauni sugi
Lai gan rezultāti ir provizoriski, pētījums turpinās. Grupa apstrādā datus par spermatozoīdu kustīgumu un plāno paplašināt analīzi uz citām sugām, tostarp bezmugurkaulniekiem. Tāpat plānots veikt detalizētāku novēroto reakciju molekulāro mehānismu novērtējumu.
Šis darbs skaidri parāda, ka hroniska apstarojuma ietekme atstāj jūtamu bioloģisku pēdu . Nepietiek vienkārši novērot, vai suga „izdzīvo”. Jautājums ir par to, kā tā dzīvo, kā vairojas un kādi neredzami efekti darbojas šūnu un ģenētiskā līmenī.
Tādējādi Fukushima, tāpat kā Černobiļa, kļūst par dzīvu laboratoriju, kurā pētīt adaptācijas robežas, indukto mutāciju riskus un ekoloģisko reakciju uz tehnogēnajām katastrofām sarežģītību.
