оценка биоэффективности высокоэнергетических нейтронов

ОЦЕНКА БИОЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ НЕЙТРОНОВ
ВТОРИЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ У ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
Петрашова Д.А.1, Белишева Н.К.1, Балабин Ю.В.2, Маурчев Е.А.2
ФГБУН Кольский научный центр Российской академии наук
ФГБУН Полярный геофизический институт КНЦ РАН, petrashova@admksc.apatity.ru
1
2
Изучение биоэффективности нейтронной компоненты вторичных космических лучей (КЛ)
у поверхности Земли в широком энергетическом диапазоне может внести вклад в понимание
особенностей воздействия нейтронов на организм человека в условиях космического полета. Для
выявления вклада нейтронной компоненты с высокими энергиями, (способных вступать в ядерные
взаимодействия с веществом) в индукцию генетических нарушений у различных биологических
объектов при фоновых вариациях КЛ, нами была использована специальная установка,
«отсекающая» энергетический спектр нейтронов с энергиями <50 Мэв. Установка представляет
собой парафиновый октаэдр с внутренней «борированной» камерой для инкубации биологических
объектов. Толщина стенок экранирования была рассчитана с применением моделирования
условий прохождения нейтронов через вещество с использованием метода Monte Karlo
PLANETOCOSMICS (Monte-Carlo N-particle transport code), на основе пакета GEANT4 (Maurchev
E A, Yu V Balabin, E V Vashenyuk and B B Gvozdevsky, 2013). Сравнение частоты и характера
цитогенетических нарушений в исследуемых объектах при фоновом воздействии КЛ у
поверхности Земли и в условиях экранирования позволит понять роль КЛ для функционирования
биосистем и возможные эффекты КЛ в период космических миссий.
В качестве объекта исследования был выбран Лук репчатый (Allium cepa L.), который
рекомендован экспертами ВОЗ, как стандарт в цитогенетическом мониторинге окружающей
среды. Цитогенетические нарушения в клетках этого объекта, при тестировании степени
генотоксичности воздействий, хорошо коррелируют, при сходных воздействиях, с
цитогенетическими нарушениями в клетках млекопитающих и человека (Fiskesjo G., 1985;
Barbeґrio A., Voltolini J. C., Mello M. L. S., 2011).
Эксперимент включал три этапа исследований: 1. Анализ динамики возможных нарушений
митоза и ядерной структуры в клетках меристемы; 2. Определение всхожести семян и
интенсивности роста проростков; 3. Оценка уровня возможных нарушений митоза и ядерной
структуры в клетках меристемы после недельной экспозиции в парафиновой камере. Методика
эксперимента подробно описана в статье (Петрашова Д.А., Белишева Н.К., 2015).
Установлено, что при инкубации в парафиновой камере проростков A. cepa в условиях
воздействия высокоэнергетической нейтронной компоненты КЛ с энергиями >50 Мэв,
наблюдается снижение скорости деления (пролиферации) клеток, возрастает частота
разнообразных нарушений генетического материала (встречаемость мостов в анафазе и телофазе и
микроядер в клетке), возникают такие эффекты как агглютинация (слипание) хромосом и
появление двуядерных клеток. Такие летальные для клетки нарушения, как агглютинация
хромосом, наряду с запаздыванием деления клеток (цитокинеза) могут быть специфическими
показателями биоэффективности высокоэнергетической нейтронной компоненты КЛ. В работе
представлены предварительные результаты, свидетельствующие о проявлении феноменов,
ассоциированных с воздействием высоко энергетических нейтронов в составе вторичных КЛ.
Привлечение дополнительных растительных тест-объектов, например, использовавшихся в других
наших работах
(Vigna radiata), позволит оценить степень универсальности нарушений
генетического материала, возникающих вследствие взаимодействия нейтронов с клеточным
веществом.