До войны основными ионизирующими лучами, с которыми могли экспериментировать радиобиологи, были электромагнитные излучения: рентгеновы и гамма-лучи. Альфа- и бета-лучи имеют очень короткую длину пробега в ткани, и ими можно облучать только «мелочь»: бактерии, пыльцу растений и т. п. Нейтроны были открыты лишь недавно и оставались для биологов труднодоступной диковинкой, а о могучих ускорителях заряженных частиц никто и не думал.
Конечно, интересно было узнать, как зависит эффект от длины волны, или, другими словами, от жесткости излучения, так как рентгеновы лучи высокой энергии часто называют жесткими, а малой энергии — мягкими. Но странное дело: в большинстве опытов жесткость излучения на эффект не влияла. Только совсем-совсем мягкие лучи (с которыми тоже не так просто экспериментировать) давали больший эффект.
Биологам это казалось странным. Но физики объяснили, в чем дело. Ведь поглощение электромагнитных излучений может происходить по-разному. При фотоэффекте вторичный электрон получает всю энергию кванта, а при комптон-эффекте — только часть. Оказалось, что в довольно широком диапазоне энергий рентгеновых и гамма-лучей средняя энергия вторичных электронов остается примерно одинаковой, так как по мере возрастания энергии квантов увеличивается удельный вес комптон-эффекта. Но ведь для биологического эффекта важно не то, что вышло из рентгеновской трубки, а лишь то, что поглотилось в облучаемом объекте.
Быстрые нейтроны (при облучении которыми ионизируют, как мы помним, не они сами, а протоны отдачи) вызывали, как правило, значительно больший эффект, чем рентгеновы или гамма-лучи. Бета-лучи давали примерно то же, что рентгеновы. А альфа-лучи занимали промежуточное положение между рентгеновыми лучами и быстрыми нейтронами. На разных объектах и для разных изучаемых эффектов наблюдались, конечно, некоторые различия, но в общем картина была примерно такая, как я только что сказал.
С началом атомной эры арсенал радиобиологов очень сильно расширился. И стали наблюдаться на первый взгляд странные явления. Например, протоны в некоторых опытах, вместо того чтобы давать в несколько раз больший эффект, вели себя, как и обычные рентгеновы лучи… Но раньше единственные протоны, с которыми экспериментировали биологи, получались при нейтронном облучении, и притом вполне определенными нейтронами. А теперь протоны, которые применялись в опытах, были разными. Собственно, протоны были, конечно, одинаковыми, разнилась их энергия.
А когда накопился достаточный материал, выяснилась презанятнейшая закономерность. Название лучей никакой роли не играет. И дело не в названии, конечно. Но оказалось, что дело и не в массе частицы и не в ее заряде. Эффект зависит только от густоты ионизации вдоль пути частиц. Если энергии гамма-лучей и протонов подобрать так, что в облучаемом веществе они будут создавать треки одинаковой густоты, то и эффект окажется одинаковым. Потому-то в наше время, сравнивая эффективность разных излучений, ученые, как правило, пишут не о жесткости лучей, а о линейном переносе энергии, той энергии, которую оставляет частица на единицу своего пути в облучаемом веществе.
Зависимость биологического эффекта от линейного переноса энергии довольно проста. С возрастанием плотности ионизации эффект, как правило, растет, достигает максимума, а затем начинает падать. Для разных случаев максимум приходится на разные значения линейного переноса энергии. Диапазон различий тоже неодинаков. Но общий характер зависимости один и тот же для большинства достаточно подробно исследованных случаев.
Среди людей, находившихся в Нагасаки неподалеку от эпицентра взрыва атомной бомбы и оставшихся в живых, были, конечно, и беременные женщины. Около ста таких женщин взяли под наблюдение. А чтобы выводы сделать бесспорными, одновременно с ними наблюдали такое же число беременных женщин, находившихся в роковой день 6 августа вдалеке от места взрыва. Результаты оказались поистине трагическими.
Среди жительниц Нагасаки в 28 процентах случаев зародыш умирал до рождения. В контрольной группе процент был меньше трех. А в большинстве случаев, когда дети родились живыми, их развитие шло ненормально. Многие из новорожденных умерли в раннем возрасте, только половина их дожила до шести лет. Дети отставали в росте, у многих был недоразвит мозг: окружность черепа их была на целый дюйм меньше. Некоторые к пятилетнему возрасту еще не умели говорить.
Да, радиация поражает живые организмы еще до рождения, причем действие на плод оказывается гораздо более сильным и драматичным, чем на взрослый организм. Это и понятно. За 9 месяцев (если говорить о человеке) из одной-единственной клетки, около десятой доли миллиметра диаметром, вырастает ребенок весом в несколько килограммов со всеми органами, присущими взрослому человеку. Ни одна раковая опухоль не растет с такой скоростью. Причем опухоль только растет, а у зародыша в это время закладывается и развивается вся сложнейшая система органов. Столь быстрый и сложный процесс повредить крайне легко.
Развитие зародыша можно разделить на четыре стадии. В течение первых десяти дней происходит интенсивное дробление яйца, одна клетка превращается в несколько тысяч. В конце этой стадии совершенно недифференцированный зародыш прикрепляется к стенке матки. Затем примерно до конца третьего месяца проходят основные процессы дифференцировки: закладываются все важнейшие органы и системы будущего организма. На третьей стадии, которая тянется до седьмого месяца, возникают более тонкие детали органов. В течение последних двух месяцев идет общий рост и созревание плода.
Особенно чувствительны к облучению две первые стадии. Облучение на первой стадии приводит к гибели зародыша. Опыты на животных показывают, что уже такая маленькая доза, как 25 рентген, вызывает гибель значительного числа эмбрионов. Облучение на второй стадии, как правило, не убивает зародышей. В это время радиация приводит к повышенной смертности после рождения и к возникновению уродств.
Можно было бы подробно описывать встречающиеся типы уродств, но достаточно сказать, что они бывают самыми разными. Очень часты, например, дефекты головного мозга, скелета, глаз.
Высокую чувствительность развивающегося зародыша к облучению используют в научных целях. Облучая животных на разных стадиях беременности и наблюдая возникающие уродства, стараются понять, как происходят процессы эмбрионального развития, когда закладываются и развиваются те или иные органы будущего организма.
А практические выводы ясны. Женщин, которые готовятся стать матерями, нужно оберегать от возможного действия радиации. В нашей стране особенно заботятся о здоровье народа. Недавно Министерство здравоохранения издало специальную инструкцию о запрещении проводить рентгенологическое исследование беременных женщин.
По перрону Октябрьского вокзала в Ленинграде, держа в руке пузатую стеклянную чернильницу, бежал человек без особых примет. Поезд должен был вот-вот отойти. Собственно, время отправления давно прошло… Но во время гражданской войны поезда ходили не слишком аккуратно. Только поэтому человек с чернильницей успел вскочить в один из вагонов правительственного поезда, отправляющегося в Москву.
Перед этим человек долго убеждал часового. Тот требовал пропуск. У человека пропуска не оказалось, но была бумага, которую срочно должен подписать народный комиссар просвещения, уезжавший в поезде. А от этой бумаги зависело очень многое. В конце концов часовой поверил и пропустил человека. Тот прихватил на всякий случай в кассе чернильницу (вдруг у Луначарского не найдется ручки) и бросился на перрон.
Анатолий Васильевич Луначарский бумагу подписал. Это было решение об организации в Петрограде нового научно-исследовательского института. Человек с бумагой поспешил в Политехнический институт, где в одном из кабинетов его ждали целый час несколько профессоров. Они не просто сидели и ждали. Нет, они обсуждали структуру будущего института, и делали это еще до того, как нарком дал свое согласие.