Mitogenetic radiation

Abstract

The doctrine of mitogenetic rays began in 1923, or rather the publication of the first works on mitogenetic rays and the first public reports of prof.

Full Text

Учение о митогенетических лучах началось с 1923 г., вернее к этой дате относится опубликование первых работ по митогенетическим лучам и первые публичные доклады проф. Гурвича. Сущность этих сообщений заключалась в следующем. Деление клеток корешка лука стимулируется из центра, заложенного в луковице. Стимулирующим фактором является лучистая энергия. Лучи насыщают весь корешок, вызывая деление клеток. Избыточные лучи „стекают“ с кончика корешка и могут быть обнаружены по стимулирующему действию на деление клеток другого корешка, помещенного на некотором расстоянии от первого, на пути следования лучей. За физическую природу импульса и законность наименования его лучами говорило то, что эффект деления получался, во-первых, только при условии, если второй корешок (названный детектором), на котором вызывался индукционный эффект, помещался как раз на пути длинной оси индуцирующего корешка; при помещении сбоку эффекта не получалось. Следовательно мы имели воздействие, распространяющееся прямолинейно. Это уже исключало правдоподобность предположения о воздействии с индуцирующего корешка каких-нибудь газообразных продуктов, тем более, что митозы увеличивались только с индуцируемой стороны, а не диффузно по всему второму корешку. Во-вторых, оказалось, что распространяющийся прямолинейно импульс подчиняется законам отражения. Если на пути следования индукционного воздействия поставить отражающую поверхность, а детектор поместить теперь уже не на продолжении главной оси индуцирующего корешка, а в теоретически высчитанном месте (согласно законам отражения), то в нем развиваются на соответствующей стороне усиленные мптозы. Все это давало возможность с определенностью утверждать лучистую природу индуцирующего влияния (более подробно физическая природа лучей в свете современных данных будет освещена в порядке изложения немного позднее), а специфическое влияние в смысле увеличения числа митозов определило и само название—„митогенетические лучи“.

В целях большей ясности изложения интересно привести иллюстрировавший это сообщение опыт, ставший с тех пор для школы Гурвича классическим. Как уже упоминалось, объектом этого опыта был выбран корешок лука. Выбор определялся чрезвычайно правильным распределением в нем митозов. Напомним, что корешок лука разграничен посредине центральным столбом, состоящим из крупных клеток и зачатков сосудисто-волокнистой системы, и это является естественным разграничением одной половины от другой. При специфической окраске в зоне размножения обеих половин обнаруживаются митозы почти в одинаковом количестве, с колебаниями, не превышающими 5%. Для опыта берутся два корешка, соединенные с луковицами, один—в качестве индуктора  другой—в качество детектора. Устанавливаются они друг против друга таким образом, чтобы детектор как раз приходился на продольной оси индуктора. Строгая центрировка проверяется специально поставленным горизонтальным микроскопом. Таким образом воздействию подвергается одна сторона детектора, другая служит контролем. Сама индукция продолжается около 20 минут, но потом выжидают около 2 час. для того, чтобы дать развиться митозам. После этого корешок фиксируют, делают срезы, окрашивают и подсчитывают абсолютное количество митозов. Обычно разница выражается в увеличении числа митозов на индуцируемой стороне на 20—50%.

Теоретические предпосылки для постановки приведенного опыта могут быть сформулированы следующим образом. Непосредственная причина клеточного деления, будь то прогрессивное (эмбриональное) или регрессивное (заживление раны, опухоль) должна быть одна и та же, неизбежно вызывающая всегда клеточное деление. По аналогии хотя бы с процессом мышечного сокращения, клеточное деление должно являться своего рода однообразным ответом, „рефлексом“, на идущее извне однообразное воздействие. Последнее может возникать в результате различных моментов, как и нервное возбуждение, влекущее за собою мышечное сокращение. Однако ряд фактов указывал на некоторое отличие этого рефлекса“ от общественных в физиологии. Так, напр., клеточное деление у двух клеток-сестер, находящихся в однородных условиях, наступает не одновременно. Судя по этому, клеточное деление следует рассматривать как результирующую воздействия по крайней мере двух независимых факторов: одного, идущего извне—назвапнного „фактором осуществления“ и другого, являющегося результатом физиологического состояния клетки—„фактора готовности“. Ряд наблюдений и сложных соображений математического характера привели Гурвича к убеждению, что „фактор готовности“ локализируется ’ на поверхности клетки. Тут разыгрываются процессы, влекущие за собою деление. Решающее значение имеет расположение субмикроскопических частиц поверхностного слоя. Эта предпосылка являлась прямой аналогией с физическим резонатором. Физический резонатор воспринимает процессы колебательные. Отсюда сам собой вытекал вывод, что и импульс, вызывающий клеточное деление, является колебательным процессом, т. е. вернее всего—лучистой энергией. Оставалось это подтвердить экспериментом, что п было сделано постановкой вышеприведенного опыта.

С тех пор прошло почти 10 лет. В результате напряженных исследований как самого Гурвича и его школы, так и ряда русских и иностранных ученых накопилось очень много фактов, позволяющих значительно глубже проникнуть в эту интересную область. В целях большей ясности изложения я позволю себе не придерживаться исторического хода развития учения, и сразу перейду к изложению современного состояния вопроса.

В настоящее время известно, что область митогенетического излучения значительно шире, чем это можно было предполагать сначала. Помимо того, что излучение почти всегда является спутником возникающих очагов митозов (обнаружено оно кроме корешка лука также и у корешка фасоли, проростков подсолнечника, зачатков первых листьев о нем, дрожжевых клеток, бактерий, делящихся яиц морских ежей и некоторых видов червей, яиц амфибий в стадии морулы, костного мозга в лимфатических желез молодого животного, злокачественных новообразований, краев заживающей раны, и т. д.) оказалось, что излучением обладает кровь, мыпща, нерв, некротические ткани. Здесь излучение никак уже не может быть связано с процессом деления, а является следствием текущих в этих тканях окислительных, гликолитических и протолитических процессов. Кроме ряда доказательств, приводимых школой Гурвича, на наличие излучения при определенных химических процессах с еще большей очевидностью указывают работы Зиберта (Берлин) и особенно последние работы Браунштейна и Потоцкой. В этих работах удалось установить излучение при окислении и восстановлении простых химических веществ (щавелевая кислота, левулеза, пирогаллол у Зиберта, сернокислое железо, двухлористый цинк, восстановление перманганата, перекись водорода и др. у Браунштейна и Потоцкой). Наконец митогенетическое излучение было обнаружено Вольфом м Расам при нейтрализации соляной кислоты едким натром.

По всем данным и излучение делящихся клеток есть результат происходящего там химического процесса типа ферментативной реакции, предшествующего обнаруживаемому микроскопическим путем процессу деления клеток. Подтверждением химической, и больше того—окислительной природы излучения, служит сопоставление с данными Варбурга, относящимися к клеточному делению; как известно, Варбург установил резкое увеличение (в 6—7 раз) потребления кислорода оплодотворенным яйцом в стадии, непосредственно предшествующей делению. За ферментативный характер процесса говорит также тот факт, что порции кашицы ®з донца лука, обладающие каждая в отдельности митогенетическим излучением, поставленные одна на холод на сутки, другая на 5 минут в термостат, обе теряют излучающую способность. При соединении же обеих порций вместе излучение восстанавливается. В пёрвом случае было израсходовано все вещество, распад которого обуславливает митогенетическое излучение, во втором—разрушен фермент, активирующий этот распад; при соединении двух порций первая дает фермент, вторая—субстрат его действия. Гипотетическоевщцество лука Гурвич назвал „ми- тотяном“, фермент—„митотазой“.

В настоящее время изменилась и техника обнаружения и исследования митогенетического излучения. Об этом более подробно придется говорить несколько ниже, здесь же достаточно будет указать только, что в качестве более удобного и простого в методическом отношении детектора в настоящее время употребляют культуру дрожжей, твердые (агар-сусло) или жидкие (сусло)—в висячей капле. Митогенетический эффект учитывается по увеличению отношения числа почек к взрослым клеткам, или по увеличению общего количества клеток; кроме дрожжей в качестве детектора применяются яйца морских ежей и некоторых видов червей, роговица глаза животных, культуры бактерий. В самое же последнее время кроме биологического детектора удалось для этих же целей использовать фотоэлектрический эффект, видоизменив счетчик Гейгера-Мюллера (прибор Раевского). Таким образом удалось обнаружить излучение з чисто физическим путем.    

Какова же физическая природа митогенетических лучей? Рядом очень изящных опытов было установлено, что митогенетические лучи тождественны с ультрафиолетовыми лучами с длиной волны между 1900 и 2500 А0 (А0—ангстрем, 10~10 см. или 0,1 mm.). Так же, как и последние, митогенетические лучи начинают поглощаться стеклянной пластинкой толще, чем 30 т., свободно проникают через кварцевые пластинки даже значительной толщины, поглощаются в случае, если кварцевую пластинку покрыть тонким слоем желатины.

В отношении длины волн митогенетических лучей в иностранной литературе имеются противоречивые данные. Указывалось, что область митогенетического излучения соответствует 3340—3380 А0 при значительно более мощном источнике излучения. По этому поводу нужно сказать, что эти данные были получены в условиях, принципиально отличных or стандартных, выработанных школой Гурвича; они в значительной мере опровергнуты и в лучшем случае могут быть отнесены за счет каких-то причин иного порядка. По-прежнему следует считать, что длина истинного митогенетического излучения лежит в пределах от 1900 до 2500 А0..

Мощность митогенетических лучей чрезвычайно мала. Пороговые величины, вызывающие митогенетический эффект на корешке лука примерно в 600 раз слабее минимального количества энергии, необходимого, чтобы вызвать эффект на фотографической пластинке. По косвенным в предварительным подсчетам количество излучаемой энергии, приходящееся на долю одной дрожжевой клетки в минуту должно быть меньше, чем 15 квант, или, по другим подсчетам, на кв. см. от 100 до 1000 квант в секунду. Подсчет производился на основании мощности излучения искрового разряда между алюминиевыми электродами, как раз способного вызвать митогенетический эффект. Такое сравнение, по указанию самих же авторов, нужно считать чрезвычайно приблизительным, так как для получения митогенетического эффекта имеет значеное не только абсолютное количество энергии, но и режим источника излучения, т. е.-происходит ли излучение непрерывно, или вспышками. Во втором случае оказывается, что если вспышки не слишком коротки, то удается получить тот же митогенетический эффект при значительно более коротком суммарном воздействии индуктора. Так, если обычно культура дрожжей, индуцируемая второй культурой, дает эффект после шестиминутного воздействия, то, введя между ними вращающийся диск с прорезами, можно время чистого воздействия для получения того же эффекта снизить до 15 секунд, т. е. почти в 20 раз! Сравнивать же режим излучения ультрафиолетовыми лучами, полученными с алюминиевых или цинк-алюминиевых электродов с режимом излучения от биологических источников, конечно не представляется возможным. Есть ряд данных, указывающих, что режим биологических источников более благоприятен.

Коснувшись вопроса сравнения интенсивности излучений нужно сказать, что вышеприведенные рассуждения в полной мере относятся и к сравнению между собою интенсивности излучения биологических объектов, поэтому судить об интенсивности излучения двух объектов, напр, дрожжей и работающей мышцы, только на основании разницы времени воздействия на однотипный детектор, не представляется возможным. О характере пороговых величин по имеющимся данным пока можно сказать что они только в очень узких пределах могут рассматриваться как результирующая произведения времени на интенсивность. Помимо указанных моментов, одним из определяющих факторов будет, как уже упоминалось, режим излучения, а также будет иметь значение и расстояние индуктора

достигает максимума, но опять-таки—до определенных пределов, за которыми следует угнетение.

Углубленное изучение физических свойств лучей значительно способствовало существенному улучшению самой техники исследования. В настоящее время митогенетическое излучение обнаруживается не только в форме суммарного эффекта, но представляется возможным для каждого случая получить свой „спектр“ этого излучения. Спектр здесь ззяг в кавычки, так как речь идет не об обычном способе фиксирования такового на фотографической пластинке,—это, как мы уже видели, не представляется возможным. Вместо фото-пластинки к спектографу, разла тающему свет от источника излучения, ставится или твердая культура дрожжей, разделенная на участка целлулоидовыми пластинками, причем каждый участок соответствует части спектора в 50 А°, или же берутся капли жидкой культуры, заключенные в отдельные ячейки в специальном приборе, каждая ячейка и тут соответствует участку спектора в 50 А°

В некоторых случаях представляется даже возможным исследовать волны, разлагая их на участки в 10 А0. По окон- л чанаи воздействия, по истечении соответствующего промежутка времени, каждый участок подсчитывается, результаты подсчета выражаются в процентах и заносятся графически на диаграмму спектра (ср. рис. 1). На основании этих графиков уже представляется возможным судить о характере спектра.

Благодаря применению спектрографического исследования в настоящее время известно, что каждый химический процесс характеризуется своим спектром. Так, для типа окислительных процессов он лѳжпг суммарно в области между 2100 и 2400 А0, для протеолитических от 2000 до 2100 и 2300—2400 А0, для гликолитических—1900—2000 и 2150— 2200 А0 и т. д. В каждом указанном случае спектор представляется не. сплошным, а дает в указанных пределах ряд характерных полос (ср., рис. 2). Кроме того, представляется возможным судить о более интимном характере химических процессов: протеолитические процессы значительно более стойки, чем гликолитические, для обнаружения которых необходима гуморальная связь с живым организмом. Казалось бы, что теперь, пользуясь спектральным анализом, мы можем „видеть in vivo химизм биологических объектов. Однако прежде всего нужно указать, что хотя спектральный анализ и дает много ценного в этой области, но из приведенных фактов делать вывод о неограниченных возможностях применения спектрального анализа еще преждевременно.

Уже с первых шагов пришлось натолкнуться на ряд фактов, которые в условиях современной методики в известной мере суживают значение спектрального анализа. Так, оказалось, что для ряда процессов (спиртовое, молочнокислое брожение), ведущих к образованию принципиально различных продуктов, спектры получаются тождественные, т. е. излучающим очевидно является только какой-то один, общий для этих процессов этап, и спектры не зависят от конечных продуктов реакции. С другей стороны, как выяснено опытами на химических моделях, в некоторых случаях типичных окислительных процессов излучения не получается, благодаря тому, что один из компонентов реакции поглощает излучение, т. е. образуется как бы внутренний светофильтр (иод, мышьяк).,. С этим безусловно очень придется считаться при исследовании биологических объектов, особенно при получении отрицательных результатов.

Несмотря на эти оговорки, результаты, полученные от применения спектрального анализа, представляют большой интерес и в значительной степени им мы обязаны тем, что в настоящее время митогенетических излучение уже не является узкой проблемой специфического раздражителя клеточного деления, а приобрело значение обще-физиологической проблемы, теснейшим образом связанной с химизмом живого вещества вообще. Более подробное изложение полученных в этом отношении данных требует для правильного толкования очень детального анализа, что сделать по условиям настоящего очерка не представляется возможным. Поэтому мы ограничимся только этими общими замечаниями и перейдем к изложению значения митогенетического излучения для клетки, как его понимает в настоящее время школа Гурвича.

И в этой области значение митогенетических лучей шире, чем то можно приписать специфическому возбудителю клеточного деления, в первоначальной постановке этого вопроса. По имеющимся данным, помимо характера такого специфического раздражителя (но не единственного, по словам самого же Гурвича), митогенетическое излучение оказывает влияние и на обмен, и на биологию клетки вообще. Как специфический раздражитель, митогенетическое излучение стимулирует клеточное деление. Оно непосредственно предшествует клеточному делению, является как бы первым физиологическим звеном его. Митогенетическое излучение дает толчок для начала деления, которое дальше разыгрывается уже за счет превращения энергетических веществ, накопленных клеткой. Собственная же его энергетическая интенсивность настолько мала, что сама служить источником энергии для клеточного деления не может. Подтверждением взгляда на митогенетические лучи, как на специфический физиологический раздражитель может служить то обстоятельство, что как для такого рода раздражителей, так и для получения митогенетического эффекта имеются пороговые величины, наблюдается явление «привыкания“. Так, если митогенетическое раздражение производить не сразу на расстоянии 2 мм., а постепенно, в течение 5—7 минут, пододвигать к детектору индуктор с 10 см до 2 мм, то митогенетического эффекта получить не удается. И наконец, за специфичность лучей, как раздражителя, говорит необыкновенная чувствительность клеток именно к определенному участку ультрафиолетового спектра.

Как уже говорилось, митогенетическое излучение только раздражитель, но не источник энергии клеточного деления. Энергетическое вещество накапливается в клетке самостоятельно. Так, при длительном воздействии можно получить явление угнетения, т. е. клетки детектора перестают делиться. После некоторого времени покоя ответная реакция снова может быть получена. Предположительно считают, что энергетическое вещество по природе своей близко к углеводам.

Более общее значение митогенетических лучей для клетки вытекает из ряда фактов. Показано, что под влиянием митогенетических лучей в дрожжевых клетках меняется интенсивность дыхания и брожения. Густые культуры яиц морских ежей (где клетки облучаются митогенетическими вспышками соседних клеток—явление, называемое мутоиндукцией), оказываются значительно более устойчивыми к неблагоприятным условиям окружающей среды (температура, действие ядов), нежели единично развивающиеся клетки. И наконец, при митогенетическом воздействии не только ускоряется процесс деления, но, повидимому, увеличивается и процент клеток, способных к делению.

По характеру импульсов, вызывающих возникновение излучения в клетке, митогенетические излучения делятся на две группы—на пер- вичнос и вторичное, или на „автономное и „зависимое. Работа клеточного деления идет за счет энергии распада накопившихся веществ. Если таких веществ накопилось достаточно, и имеются налицо все прочие, необходимые для наступления деления факторы, учесть которые пока не представляется возможным, то под влиянием собственных, уже активных ферментов клетки, наступает взрывоподобный распад энергетических веществ, сопровождающийся митогенетическим излучением. Такое излучение и называется первичным или автономным; по словам Гурвича, это— „излучение, возникающее из внутренних причин, и входящее, очевидно, как необходимое звено в состав замкнутого цикла эволюции делящихся клеток“. Если же излучение вызывается какой-либо внешней причиной, будь то митогенетическое воздействие, или воздействие коротких ультрафиолетовых волн искусственного источника или солнечного света, или наконец химическое активирование ферментов (чему Гурвич придает существенное значение), то такое излучение называется вторичным; и в этом случае оно тоже наступает в результате распада энергетического вещества. При вторичном излучении судьба излучающей клетки может быть различна. Есть основания полагать, что в случае, если митогенетического вещества достаточно, то за счет энергии его распада клетки и делятся, и излучают. Если же вещества мало, то происходит только излучение. С процессами вторичного излучения мы очевидно сталкиваемся во всех тканях и органах нашего тела и им Гурвич придает чрезвычайно важное значение. Только путем вторичного излучения можно объяснить ряд явлений, в частности процесс передачи митогенетического раздражения на расстояние. Возможно, что это же явление лежит и в основе многих сопряженных химических реакций.

Примером клеток с первичным излучением по последним работам Гурвича можно считать раковые клетки. По его мнению эта автономность излучения коренным образом противопоставляет раковую клетку всем клеткам прочих тканей. Применяя спектральный анализ удалось выяснить, что ферменты гликолитический, протеолитический и расщепляющий нуклеиновые кислоты, находятся здесь в активном состоянии; в других же клетках они нуждаются в активировании. В связи с повышенной проницаемостью раковой клетки ферментативные процессы преимущественно разыгрываются на поверхности клетки и даже распространяются в окружающую среду. Это дает основание Гурвичу говорить о „направленности“ ферментативных процессов и всего обмена раковой клетки во вне. Энергично текущие на поверхности клетки процессы создают вокруг нее постоянное „контактное поле“ излучения, которым может быть частично и следует объяснить исключительную способность клеток к размножению. Склонность раковых клеток к аутолизу (некрозу), а также некротизирующее действие на окружающую ткань может быть по мнению Гурвича объяснено с одной стороны активностью протеолитического фермента, а с другой стороны легкостью его проникновения из клетки в окружающую среду.

Спектральный анализ дал много интересного и в отношении мышцы и нерва. Однако останавливаться здесь на этих вопросах не представляется возможным.

Вот, в основных чертах, современное состояние вопроса о митогенетическом излучении. Для лиц, заинтересовавшихся данным вопросом, можно рекомендовать для первого, более общего знакомства популярно написанную книжку Зал кинда и Франка. Там же имеется и сводка всей литературы по 1930 г. Более полное и современное изложение, с богатейшим фактическим материалом можно получить в монографии самого проф. Гурвича. Но нужно предупредить, что эта книга требует уже некоторого знакомства с вопросом. Имевшиеся в моем распоряжении работы из иностранных журналов после 1930 г. приведены ниже в литературном указателе.