Генетические последствия техногенных катастроф

1. Генетические последствия техногенных катастроф А.В. Рубанович Зав. лабораторией экологической генетики Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

2. Крупнейшие техногенные катастрофы XX века 1993 –техногенные аварии в России. 1050 человек погибли. 134 аварии: выбросы аммиака и пропана, взрывы метана и нефтепродуктов 1950 - р. Теча (Челябинская обл., Муслюмово). Аварийный сброс плутония. 2,7 млн. Ки 1957 - Кыштым (Челябинской обл.). Выброс 2,5 млн. Ки. 15 тыс. км2. Восточно-Уральский радиационный след (ВУРС) 1979 - АЭС Три-Майн-Айленд, Гаррисберг, Пенсильвания 1984 - Бхопал (Индия) - завод по производству пестицидов “Юнион Карбайд”. Утечка более 30 т смеси фосгена и метилизоцианата 1986 - Чернобыльская АЭС. Выброс 50 млн. Ки. 200 тыс. км2 в изолинии 0,2 мР/час (10 фонов)

3. Bhopal – 136 Chernobyl - 3384 Изучение последствийтехногенных катастроф: число ссылок PubMed 3 тыс. - погибли сразу 23 тыс. - скончались в течении года 20 тыс. - ослепли 200 тыс. - паралич 29 - погибли (ОЛБ) 105 – ОЛБ (легкая форма) Пострадали или пострадают в потомстве - ???

4. Доза, Гр Смерть через несколько часов вследствие повреждения ЦНС 100 Смерть через 1-2 недели вследствие кровотечений в желудочно-кишечном тракте 10-50 Острая лучевая болезнь Без лечения 50% облученных умирает в течение 1-2 месяцев вследствие поражения клеток костного мозга Возможные отдаленные последствия «малых» доз? 1) соматические мутации у облученных  рак 2) мутации в половых клетках  мутации в потомстве 3-5 Возникновение острой лучевой болезни 1-2 Дозы при радиационных авариях Удвоение вероятности генных мутаций (теоретически) Гематологическая реакция 0.5 ПДД в чрезвычайных обстоятельствах 0.25 0.2 Появление хромосомных аберраций в лимфоцитах крови ПДД профессионального облучения в год 0.05 0.001 Доза от естественных источников в год Последствия облучения: шкала доз

5. Малые дозы не опасны Очень опасно Яблоков Алексей Владимирович Член-корреспондент РАН; бывший член Верховного Совета СССР, председатель Комиссии ВС по экологии; создатель русского филиала "Гринпис" Ильин Леонид Андреевич академик РАМН,Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии, лауреат премии Правительства РФ, директор Института биофизики, Генетические и медицинские последствия радиационных аварий: диапазон мнений

6. Природа Человек Что же реально наблюдается в хронически облучаемых популяциях?

7. Два уникальных полигона: Восточно-Уральский радиационный след (ВУРС) 30-км зона отчуждения в Чернобыле

8. Хроники ВУРСа 1957-1960 Пожелтение хвои и частичная гибель сосен в эпицентре следа. Изменения флористического состава 1965 Обнаружение повышенного уровня мутаций в популяциях растений и животных • Морфологические (в основном хлорофильные) • мутации • Цитогенетические (хромосомные аберрации) • мутации • Мутации, выявляемые электрофорезом белков

9. Частота хромосомных аберраций в хронически облучаемых природных популяциях дикорастущих растений в зоне ВУРС (1965)

10. Частота хромосомных аберраций в хронически облучаемых природных популяциях дикорастущих растений (ВУРС, 1973-1975)

11. Зависимость частоты мутаций от уровнярадиоактивного загрязнения популяций проломника северного (ВУРС, 1985)

12. Динамика количества клеток с аберрациями хромосом в первом митозе проростков семян растений C. scabiosa L., произрастающих на ВУРСе

13. Динамика хлорофильных мутаций в хронически облучаемых популяциях C. scabiosa L. ВУРС

14. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) Электрофорез гаплоидных эндоспермов семян сосны позволяет: • Определить генотип родительского дерева • Для гомозиготного дерева зарегистрировать все случаи изменения электрофоретической подвижности и идентифицировать их как мутации • Для гетерозиготного дерева оценить интенсивность гаметического отбора по степени нарушения сегрегации (отклонения от 1:1)

15. Мутации, изменяющие электрофоретическую подвижность продукта локуса Частота мутаций ферментных локусов в эндоспермах P. sylvestris L., произрастающих на ВУРСе и в зоне аварии на ЧАЭС Средняя фоновая частота спонтанных мутаций у сосны составляет 0,6710-3 на локус (Алтухов, 1989) Средняя фоновая частота спонтанных мутаций у сосны составляет 0,6710-3 на локус При сильном загрязнении частота мутаций возрастает на порядок При сильном загрязнении частота мутаций возрастает на порядок

16. 12 10 -3 8 Частота мутаций 10 6 4 ВУРС 2 Чернобыль 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 6 2 Плотность загрязнения 10, Бк/м Частота мутаций ферментных локусов в эндоспермах P. sylvestris L., произрастающих на ВУРСе и в зоне аварии на ЧАЭС в зависимости от плотности загрязнения.

17. Хроники ВУРСа 1957-1960 Пожелтение хвои и частичная гибель сосен в эпицентре следа. Изменения флористического состава 1965 Обнаружение повышенного уровня мутаций в популяциях растений и животных • -… Процветание зоны. Ощутимые последствия длительного отсутствия человека

18. ВУРС-2007: голова следа

19. ВУРС-2007 «Лежневка» 55 МБк/м2

20. Стоки отходов: 140 МБк/м2

21. ВУРС-1988 оз. Метлино, активность воды на 4 порядка выше нормы

22. ВУРС-2007 оз. Метлино

23. ВУРС-2007 оз. Метлино, активность воды по-прежнему на 4 порядка выше нормы

24. Хроники ВУРСа 1957-1960 Пожелтение хвои и частичная гибель сосен в эпицентре следа. Изменения флористического состава 1965 Обнаружение повышенного уровня мутаций в популяциях растений и животных • Процветание зоны. Ощутимые последствия длительного отсутствия человека 1975 Радиоадаптация большинства растительных популяций.

25. Радиочувствительность семян 13 видов дикорастущих растений к дополнительному острому облучению дозой 10 Гр

26. Радиоустойчивость Crepis tectorum L. с загрязненных (опыт) и чистых (контроль) участков ВУРС

27. Восточно-Уральский радиоактивный след: радиоадаптация в хронически облучаемых популяциях прозанника, выявлемая при дополнительном облучении Проростки дополнительно облученных семян тех же растений имеют вдвое меньше аберраций по сравнению с контрольными У растений из популяции «Лежневка» частота аберраций выше, чем в контроле

28. Зависимость частоты однолетних форм от мощности дозы хронического облучения популяций A. septentrinalis L. Контрольные популяции состоят из смеси однолетних (радиочувствительных) и двулетних (радиоустойчивых) форм В хронически облучаемых популяциях частота однолетних форм резко падает

29. Хроники ВУРСа 1957-1960 Пожелтение хвои и частичная гибель сосен в эпицентре следа. Изменения флористического состава 1965 Обнаружение повышенного уровня мутаций в популяциях растений и животных • Процветание зоны. Ощутимые последствия длительного отсутствия человека 1975 Радиоадаптация большинства растительных популяций. 1980 Микроэволюционные последствия. Сдвиги аллельных частот полиморфных локусов

30. Супероксиддисмутаза - эффективный радиопротектор. Степень защиты пропорциональна активности изофермента, которая выше у «медленных» s форм. Наблюдаемые (Н) и ожидаемые по Харди - Вайнбергу (О) частоты генотипов и частоты аллелей Sod2 в популяциях С. scаbiosa L.

31. Василек шероховатый(Centaurea scabiosaL.) Полиморфизм по локусу Lap Методические особенности исследований • Маркировка многолетних растений в полевых условиях • Многократный посемейный анализ потомства растений с известными генотипами

32. Основные аллели a, b, c Мутантные аллели a´, b´, c´ Индукция этих аллелей наблюдается при посемейном анализе Частоты аллелей локуса Lap в контрольной и хронически облучаемых популяциях C. scabiosa L., произрастающих на ВУРСе. Усредненные данные по выборкам 1979, 1982 и 1986 года

33. Приспособленности генотипов в контрольных и облучаемых популяциях C. scabiosa L. (посемейный анализ) Гетерозиготы по мутантному гену c имеют максимальную приспособленность Приспособленность генотипа W=H/O Ожидаемые численности генотипов в потомстве в растений с известными генотипами Наблюдаемые численности генотипов в потомстве растений с известными генотипами В контрольной популяции все генотипы нейтральны Гомозигота по мутантному гену c имеет минимальную приспособленность Приспособленность самого распространенного генотипа bbравна 1 Сверхдоминирование по мутантному аллелю

34. Хроники ВУРСа 1957-1960 Пожелтение хвои и частичная гибель сосен в эпицентре следа. Изменения флористического состава 1965 Обнаружение повышенного уровня мутаций в популяциях растений и животных • Процветание зоны. Ощутимые последствия длительного отсутствия человека 1975 Радиоадаптация большинства растительных популяций. 1980 Микроэволюционные последствия. Сдвиги аллельных частот полиморфных локусов • Макроэволюционные последствия в популяциях травянистых растений. Появление видов двойников

35. Восточно-Уральский радиоактивный след: мутационный процесс в хронически облучаемых популяциях прозанника, выявлемый цитогенетическими методами Объект: Прозанник пятнистый (Hypochoeris maculate L.) Популяции: «Лежневка» - 55 МБк/м2, 50 лет Контроль

36. Восточно-Уральский радиоактивный след: мутационный процесс в хронически облучаемых популяциях прозанника, выявлемый цитогенетическими методами Среди растений с измененным кариотипом 40% имели симметричную транслокацию L1-S В хронически облучаемой популяции число растений с измененным кариотипом в 26 выше, чем в контроле Сильное нарушение равновесия Харди-Вайнберга (P=510-4): избыток гомозигот и дефицит гетерозигот по транслокации L1-S Возникновение репродуктивного барьера и появление вида-двойника Частота клеток с аберрациями хромосом Частота растений, у которых все клетки имеют измененный (одинаковый) кариотип

37. Хроники Чернобыльской зоны • Гибель сосновых массивов («желтый лес») в 10-км зоне ЧАЭС

38. Здесь был «Желтый лес» , 1987

39. Здесь был «Желтый лес» , 1988

40. Здесь был «Желтый лес» , 1988

41. Земляника Рябина Листья дуба Хроники Чернобыльской зоны • Гибель сосновых массивов («желтый лес») в 10-км зоне ЧАЭС 1986-87 Появление морфологических нарушений развития (морфозов) у большинства видов растений

42. Морфологические нарушения развития у сосны

43. Морфологические нарушения развития у сосны

44. Май 2007 Опорный пункт «Горки Ленинские»:питомник потомков сосен, облученных в результате аварии на ЧАЭС

45. Схема происхождения растений в питомнике Горки Ленинские F0 F1 F2 Чернобыль - 1986 «Рыжий лес» Самосев 1987, сбор семян 2004 в Чернобыле Посев 2005, теплица, Горки -1500 сеянцев на площади 0,2 га

46. Массовое появление морфозов во втором поколении после облучения Радиационно-индуцированные морфологические нарушения развития (морфозы) сосны ранее считались ненаследуемыми

47. Возникновение морфозов во 2-ом поколении (F2)сосны обыкновенной в зависимости от дозы облучения предковых растений

48. Контроль Во втором поколении после облучения частота аберраций хромосом не превышала контрольный уровень Динамика частоты клеток с аберрациями хромосом в корневой меристеме проростков семян сосны из зоны ЧАЭС. 8 Контроль 7 Питомник 6 0.5-1.0 Гр 5-10 Гр 5 10-20 Гр Частота аберраций хромосом, % 4 >20 Гр 3 2 1 0 F0 -1986 F1 - 1997 F2 - 2004

49. Хроники Чернобыльской зоны • Гибель сосновых массивов («желтый лес») в 10-км зоне ЧАЭС 1986-87 Появление морфологических нарушений развития (морфозов) у большинства видов растений 1988 Резкое снижение уровня радиоактивного загрязнения. Восстановление флористического состава. Обнаружение повышенного уровня мутаций в популяциях растений и животных

50. Частота реципрокных транслокаций у самцов диких домовых мышей, отловленных на загрязненных участках в зоне аварии на ЧАЭС