Федеральное государственное бюджетное научное учреждение

"Всероссийский научно-исследовательский институт пресноводного рыбного хозяйствa"

Многоканальный телефон с 9:00 до 18:00
+7 (495) 108-68-56 

 

Вы здесь

О добре и зле или как солнечный свет помогает рыбам защищаться от солнечного света.

Так кто ж ты, наконец? (эпиграф)

 

В эти темные декабрьские дни поговорим о Солнце, о его свете. Роль солнечного света в биологической жизни Земли огромна и разнообразна. Можно сказать, что Солнце создало земную жизнь и поддерживает ее. Но есть одна парадоксальная деталь во взаимоотношениях солнечного света и жизни.


Спектр солнечного излучения, достигающего Земли, очень широк. Кроме видимого человеческому глазу света он включает инфракрасный и ультрафиолетовый диапазоны. И вот как раз ультрафиолетовое излучение очень опасно для всего живого, поскольку вызывает повреждения ДНК. УФ-повреждения ДНК – это еще не мутации, но если их не исправить, то они вызовут мутации и гибель клеток. Иными словами, солнечный свет одной частью своего спектра представляет благо для жизни, а другой – зло. Дилемма добра и зла возникла сразу, как только на Земле зародилась жизнь.


Рис. 1. Фотореактивация у кишечной палочки. а) - контроль: чашка содержит 368 колоний кишечной палочки, б) - после воздействия ультрафиолетовыми лучами выжило и образовало колонии 36 бактерий, в) - после ультрафиолетового облучения и освещения видимым светом количество колоний возросло до 93.Еще в самом начале своей эволюции живые организмы нашли красивый выход из этой трудной ситуации. В клетках выработался специальный фермент, фотолиаза, задача которого – исправлять УФ-повреждения ДНК.


Последовательность исправительных работ (биологи говорят – репарации ДНК) такая: При освещении клетки ультрафиолетом в ДНК образуются повреждения. Фотолиаза сразу находит такие повреждения, «садится» на них и быстро исправляет, не позволяя им преобразоваться в мутации. Однако для исправления повреждений нужна дополнительная энергия, а энергии, как известно, много не бывает. Но ведь спектр Солнца кроме ультрафиолетовой имеет еще и «добрую» длинноволновую область! Фотолиаза поглощает энергию видимого света и использует ее для своей работы, для исправления УФ-повреждений ДНК. Такой способ исправления повреждений получил название фотореактивации (дословно: исправление светом).


Фотореактивация была открыта в 1949 году американским микробиологом Альбертом Кельнером. Облучая кишечные палочки ультрафиолетом, он заметил, что выживаемость бактерий была выше в тех чашках Петри, которые после облучения стояли на хорошо освещенной дневным светом полке, а в чашках, которые стояли в темноте, гибель была заметно больше (см. рис. 1).


Рис. 2. Синеполосая ронка, Haemulon sciurus. Жизнь рыб также протекает под воздействием солнечного света. Особенно опасно ультрафиолетовое излучение для половых клеток и эмбрионов, когда вредный эффект мутаций проявляется особенно сильно, легко вызывая гибель и уродства. К тому же многие рыбы нерестятся на мелководьях, в условиях высокой инсоляции.

 

У рыб фотореактивация впервые была обнаружена американскими учеными Куком, Реганом и МакГратом в 1967 году. Гибель облученных коротковолновым УФ-светом клеток из плавника коралловой рыбы синеполосой ронки (Haemulon sciurus, рис. 2) значительно ослаблялась при освещении их видимым светом (в альтернативном варианте УФ-облученные клетки содержали в темноте, не давая тем самым работать фотолиазе). В дальнейшем фотореактивация была описана и у других рыб, в том числе при освещении целого организма - мальков, личинок и эмбрионов, а также неоплодотворенных яйцеклеток.


Рис. 3. Выживаемость эмбрионов  стерляди (%) в зависимости от дозы УФ-облучения спермиев и условий инкубации эмбрионов (в темноте или на свету). Дозу УФ выражали продолжительностью облучения (сек).Рис. 4. Получение спермы у сибирского осетра на Конаковском заводе по осетроводству. Рис. 5. Получение икры у сибирского осетра на Конаковском заводе по осетроводству.Мы во ВНИИ пресноводного рыбного хозяйства, исследуя эффекты коротковолнового ультрафиолетового излучения на гаметы рыб, описали фотореактивацию УФ-повреждений спермиев у карпа и у разных видов осетровых. Спермии облучали разными дозами УФ и затем осеменяли ими яйцеклетки. Оплодотворенные яйцеклетки инкубировали или в темноте – для исключения фотореактивации, или на свету. Выживаемость эмбрионов, развивавшихся на свету, оказалась в несколько раз выше, чем эмбрионов из темноты (рис. 3). При относительно небольших дозах УФ-облучения видимый свет практически полностью восстанавливал выживаемость эмбрионов.Таким образом, вред ультрафиолетовой части солнечного спектра может быть полностью нейтрализован его длинноволновой областью. Это вселяет оптимизм.

 


Источник: А.В. Рекубратский, к.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории генетики и селекции.
Фото: 
Рис. 1 по: Барабой А.В., Киричинский Б.Р. Ядерные излучения и жизнь. - Москва: Наука, 1972 - с.232. Книга взята в электронной библиотеке http://biologylib.ru; Рис. 2. Синеполосая ронка, Haemulon sciurus. https://en.wikipedia.org/wiki/Blue_striped_grunt; Рис.3,4,5 - коллекция ВНИИПРХ.
Ключевые слова: ФГБНУ "ВНИИПРХ", ВНИИПРХ, лаборатория генетики и селекции, УФ-облучение, фотореактивация, ДНК, фотолиаза.