N.V. TIMOFEEV-RESOVSKY CONTRIBUTION TO THE DEVELOPMENT OF RADIOECOLOGY AND ENVIRONMENTAL RADIOLOGICAL MONITORING METHODOLOGY

Abstract


The value of N.V. Timofeev-Resovsky’s works on radiation biogeocenology in environmental radiological monitoring evolution is considered in the article according to the results of historical and scientific analysis. Inspired with the ideas of V.I. Vernadsky’s theory of biosphere and V.N. Sukachev’s biogeocenology Timofeev-Resovsky formed his own unique biogeocenological experimental approach to studying of ionizing radiation impact to biogeocenoses and the biosphere. It is called as the radiation biogeocenology. Due to new methods and techniques it appears to be forerunner of modern radioecology. Timofeev-Resovsky’s observations, tests and experiments allowed him to make models of radionuclide migration in natural ecosystems and the biosphere. He was among the first to highlight the primary role of living organisms and the ecological and biological essence of environmental radiological monitoring.

Мировую известность выдающемуся русскому ученому-биологу Николаю Вла- димировичу Тимофееву-Ресовскому (1900-1981) принесли исследования в об- ласти генетики и эволюции. Но не менее он известен как ученый - последователь В.И. Вернадского и В.Н. Сукачева, основоположник радиационной биогеоцено- логии, в которой рассматривается особая роль живого вещества в накоплении и миграции радионуклидов.Идеи Н.В.Тимофеева-Ресовского и созданной им школы, подтвержденные многочисленными экспериментами, полевыми опытами и накопленным обшир- ным фактологическим материалом, оказали в научном и практическом отношении большое влияние на развитие методологии радиоэкологического мониторинга и радиоэкологии в целом. Работы школы Тимофеева-Ресовского объединяют и развивают сущностные подходы, вытекающие из учения В.И. Вернадского о био- сфере и биогеоценологии В.Н. Сукачева:биосферно-биогеохимический подход: изучение миграции радионуклидов невозможно без учета роли живого вещества и основ биогеохимии;биогеоценологический подход: при отслеживании судьбы радиоизотопов необходимо учитывать взаимосвязи между биотическими и абиотическими ком- понентами биогеоценозов;экспериментально-биогеоценологический подход: только синтез биогео- химического и биогеоценологического подходов может дать достоверные резуль-118Мануйлова Е.Г. Вклад Н.В. Тимофеева-Ресовского в развитие методологии...таты, позволяющие учитывать комплексность воздействия природных факторов и деятельности человека на судьбу радионуклидов.Последний, третий подход в разработанной Н.В. Тимофеевым-Ресовским и его последователями методологии представляет собой новое оригинальное на- правление исследований, получившее наименование «радиационная биогеоце- нология».Основы развития направлений, которые разрабатывались Н.В. Тимофеевым- Ресовским на протяжении его жизни, были намечены в самом начале его науч- ного пути. А начинался он у Тимофеева-Ресовского под влиянием идей его учи- телей - зоолога Н.К. Кольцова, пионера экспериментальной биологии в России, и генетика-эволюциониста С.С. Четверикова [1]. Всего в период 1925-1945 гг. было опубликовано более 80 публикаций по мутагенезу, посвященных выяснению количественных закономерностей образования точковых мутаций у дрозофил под действием радиации (зависимость от дозы, от распределения ее во времени, от типа излучений и пр.). Н.В. Тимофееву-Ресовскому удалось установить влия- ние дозы излучения на интенсивность искусственного мутационного процесса, обнаружить явление радиостимуляции малыми дозами и осуществить биофизи- ческий анализ мутационного процесса. Период интенсивных исследований му- тагенеза, во время которого приобретен разносторонний опыт эксперименталь- ных исследований и накоплен значительный массив данных, имел большое зна- чение для последующих работ в области экспериментальной биогеоценологии.В кольцовском институте ученого заинтересовала роль живых организмов в геохимической работе пресноводных водоемов. В своих исследованиях Н.В. Ти- мофеев-Ресовский базировался на идее В.И. Вернадского о том, что организмы являются важнейшими концентраторами и накопителями веществ редких и рас- сеянных элементов из окружающей среды. Безусловно, влияние оказала работа В.И. Вернадского «О концентрации радия в биосфере живыми организмами», которую Николай Владимирович считал основой всех работ по изучению нако- пления и транспорта живыми организмами рассеянных элементов и веществ в пределах биосферы [2]. Являясь последователем учения В.И. Вернадского о био- сфере, Тимофеев-Ресовский также рассматривал ее как особую оболочку плане- ты, в которой определяющая роль в геохимических процессах принадлежит жи- вому веществу.О тонком понимании сформулированного В.И. Вернадским учения о био- сфере свидетельствует живой интерес Н.В.Тимофеева-Ресовского, проявленный в переписке с ним. Так, в письме из Берлин-Буха, датированном 11 января 1930 г., он пишет: «Водные организмы “конденсируют” Ra из воды, в связи с чем кон- центрация Ra у них в 50 раз больше, чем в воде; не продолжают ли конденсировать Ra и растительноядные животные и не будет ли потому (и ввиду меньшего со- держания воды в тканях) концентрация Ra у них еще больше, чем у водных ор- ганизмов и растений? Имеются ли уже у Вас на этот счет данные и если да, то где они напечатаны?.. Имеются ли уже хоть приблизительные количественные дан- ные или соображения об общей ионизирующей деятельности в веществе орга- низмов?.. Было бы очень интересно попытаться как-либо связать имеющиеся у119Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3нас данные по исследованию изменчивости Drosophila с результатами Ваших исследований по “динамике веществ” - энергетике биосферы» [3].Говоря о судьбе радиоизотопов в различных биогеоценозах, Н.В. Тимофеев- Ресовский первостепенную роль отводит живым организмам, обеспечивающим биологический путь миграции радионуклидов: «Живые организмы являются, в связи с вышеупомянутым свойством накоплять рассеянные и микроэлементы, самым мощным фактором длительного перераспределения радиоизотопов по различным компонентам биогеоценозов. Извлекая и концентрируя их из при- родных сред и растворов (а частично, благодаря непосредственному контакту корневых систем растений, и из твердой фазы почв и грунтов), живые организмы концентрируют радиоизотопы в своей биомассе; благодаря росту и размножению живых организмов этот мощный процесс концентрации радиоизотопов биомас- сой из всех пронизанных жизнью косных участков биогеоценозов является по- стоянным» [4. C. 5].Начиная с 1920-х гг. в рамках генетических исследований Н.В. Тимофеев-Ре- совский проводил также опыты с использованием моделей природных сред: по- севов на экспериментальных грядках облученных семян различных растений, облучения водных организмов, содержащихся в специальных аквариумах (про- точных и непроточных). Этот цикл работ был основан на работах и идеях В.И. Вер- надского, вследствие чего был назван «вернадскологией» [2]. В Архиве РАН [5] хранится рукопись Н.В. Тимофеева-Ресовского, содержащая таблицы по нако- плению радиоизотопов в водных растениях, датированная 1920-ми гг.Период жизни ученого, посвященный собственно радиоэкологическим ис- следованиям, начался в 1930-х гг. Сам Николай Владимирович в автобиографи- ческой записке так охарактеризовал свои труды того времени: «С 30-х и до на- чала 60-х годов работал по изучению накопления и выделения ряда элементов, преимущественно гидробионтами и наземными растительными организмами, применяя метод меченых атомов (радиоизотопов), центром внимания этих работ было изучение судьбы некоторых элементов в пределах биогеоценозов» [6]. Слож- но представить, какой колоссальный объем исследований скрывается в одной, столь сжатой, фразе.Радиобиологические исследования Тимофеева-Ресовского с самого начала не ограничивались исследованием биологических эффектов облучения отдельных организмов, а были направлены на комплексное изучение поведения радиоак- тивных веществ в живых системах. Это были одни из первых работ по применению метода меченых атомов в биологии. В статьях, опубликованных в 1941-1944 гг., отчетливо прослеживается свойственный Н.В. Тимофееву-Ресовскому системный подход к изучению природных явлений и процессов: применение радиоактивных индикаторов рассматривается как методический прием, позволяющий решать поставленную еще В.И. Вернадским задачу по оценке роли живого вещества в основных геохимических процессах. В своих опытах ему удалось количественно показать, что разные виды обладают разной радиочувствительностью, исследовать влияние радионуклидов на динамику биомассы и видовой структуры соответ- ствующих биоценозов.120Мануйлова Е.Г. Вклад Н.В. Тимофеева-Ресовского в развитие методологии...Уже после переезда в Сунгул, а затем в Свердловске и Миассово (1) Н.В. Ти- мофеев-Ресовский с коллегами расширили методику проведения радиобиологи- ческих исследований и начали вводить искусственные радиоизотопы в природные сообщества - огороженные, окопанные участки леса или луга (искусственно выделенные биогеоценозы) [7]. А так как это понятие было введено Сукачевым, работы стали называться «вернадскологией с сукачевским уклоном» [2]. Тимо- феев-Ресовский подчеркивал: «Долгое время никто, кроме нас, включая самих Вернадского и Сукачева, такими вещами не занимался» [2].Отдавая первостепенную роль живым организмам, Тимофеев-Ресовский одним из первых выделяет эколого-биологическую сущность радиоэкологического мо- ниторинга. Он первым смог применить на практике теоретические основы учения о биосфере и биогеохимии, решая прикладные задачи прогнозирования послед- ствий радиоактивного загрязнения.Чтобы осознать, как Тимофееву-Ресовскому удалось технически организовать такие исследования, обратимся к его словам: «Эксперименты… протекали в стро- го обоснованных и достаточно точных частных условиях. Бралась не биосфера Земли, конечно, а бралась некая лабораторная и полулабораторная, искусствен- но созданная система либо водоемов в виде бачков, проточных или непроточных, через которые пропускались слаборадиоактивные растворы или просто чистая вода, либо какие-то опытные грядки и опытные участки. Но увязывали мы все это теоретически и с геохимическими представлениями Вернадского, и с его об- щим учением о биосфере, а затем и с учением Сукачева о биогеоценозах и био- геоценологии» [2. С. 81].Таким образом, ученому удалось объединить биогеоценологический и био- геохимический подходы и создать новую область исследований - радиационную биогеоценологию. Несомненная его заслуга в том, что он сумел постепенно пере- йти от изучения воздействия радиоактивных излучений на клеточном уровне к осмыслению проблемы на глобальном, биогеоценологическом уровне. Необхо- димо подчеркнуть, что искусственно созданные Тимофеевым-Ресовским и его сотрудниками системы водоемов (в виде проточных или непроточных бачков), а также опытные грядки и опытные участки представляли собой первые формы радиоэкологического мониторинга - моделирование возможных процессов ми- грации радионуклидов в естественных биогеоценозах и биосфере в целом.В контексте рассматриваемой проблемы одной из наиболее значимых работ Тимофеева-Ресовского является представленный им на соискание степени док- тора биологических наук и опубликованный в 1962 г. в Свердловске доклад «Не- которые проблемы радиационной биогеоценологии» [8], который явился обоб- щением работ, проводимых Николаем Владимировичем и его коллегами в течение 10 лет в Сунгульской лаборатории. Работа представляет собой итог исследований по изучению распределения и миграции излучателей в биосфере и их влияния на биомассу и структуру соответствующих биоценозов. В ней сформулированы по- пытки выявления элементарных биологических структур и явлений на разных уровнях, взаимоотношение между общим учением о биосфере и биогеоценоло- гией и определение задач и методов радиационной биогеоценологии.121Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3В докторском докладе Н.В. Тимофеевым-Ресовским было показано, что био- масса обладает сильной накопительной способностью по отношению ко многим элементам. Такая способность стала выражаться впервые введенным ученым тер- мином «коэффициент накопления» - отношением концентрации элемента в биологическом объекте к его концентрации в среде обитания. В зависимости от величин коэффициентов накопления элементов в разных компонентах биогео- ценозов может достигаться равновесное распределение элементов одного из че- тырех основных типов: биотропное, педотропное, гидротропное и эквитропное.В качестве основных Тимофеев-Ресовский выделяет в докладе следующие за- дачи радиационной биогеоценологии:количественное изучение влияния на биомассу и структуру биоценозов ио- низирующих излучений, а также определение роли биоценоза в распределении вносимых элементов по компонентам биогеоценоза;количественное изучение роли разных видов живых организмов в концен- трации и накоплении (а тем самым и в перераспределении) различных химических элементов (в основном рассеянных и находящихся в микроконцентрациях) из окружающей среды, тем самым определение относительной роли этих видов и раз- ных групп организмов в протекающих в биогеоценозах геохимических процессах;изучение типов распределения по компонентам биогеоценозов радиоизо- топов различных химических элементов в зависимости от физико-химических условий и состава биоценозов.Поставленные Н.В. Тимофеевым-Ресовским научные задачи радиационной биогеоценологии, как видно из их содержания, по сути полностью отвечают на- учно-прикладным направлениям методологии и методикам проведения радио- экологического мониторинга.Тимофеев-Ресовский постоянно возвращался к определению новой дисци- плины. Наиболее важными практическими аспектами этой линии работ Тимо- феев-Ресовский считал, с одной стороны, радиоэкологические работы по изуче- нию влияния живых организмов на концентрацию и на распространение радио- активных изотопов-излучателей в местах загрязнения; с другой стороны, область общих интересов биоценологических и популяционно-генетических исследова- ний сообществ живых организмов, подвергаемых воздействию излучений и из- лучателей. В статье «Радиационная биогеоценология», написанной с соавторстве с Ю.Д. Абатуровым и напечатанной в 1970 г., ученый предлагает такое определе- ние радиационной биогеоценологии: «Особенно удобным для количественной и точной работы в опытах второй группы (2) является применение радиоизотопов для прослеживания судьбы различных химических элементов и применение ио- низирующего излучения для устойчивости и равновесия биогеоценозов. Этот раздел экспериментальной биогеоценологии, использующий в своих исследова- ниях радиоизотопы и ионизирующее излучение, может быть выделен под назва- нием радиационная биогеоценология» [9].Позиция Тимофеева-Ресовского по отношению к концепции охраны природы от радиоактивных загрязнений, выработанная на основе проведенных экспери- ментально-биогеоценологических исследований, выразилась в труде «О радио- активных загрязнениях биосферы и о мерах борьбы с этими загрязнениями»,122Мануйлова Е.Г. Вклад Н.В. Тимофеева-Ресовского в развитие методологии...который вышел в 1962 г. [4]. В нем ученый подчеркивает, что проблемы воздей- ствия промышленной деятельности человека на окружающую среду должны ста- виться на основе созданного В.И. Вернадским учения о биосфере и биогеохими- ческих процессах и разработанной В.Н. Сукачевым биогеоценологии.Говоря о том новом, что внес Тимофеев-Ресовский в развитие методологии радиоэкологического мониторинга, необходимо остановиться на изученной нами переписке с В.Н. Сукачевым. Особый интерес представляет письмо от 28 сентя- бря 1960 г. из Миассово [3], в котором Николай Владимирович, прося помощи и содействия, рассказывает Владимиру Николаевичу про новые эксперименталь- но-биогеоценологические планы: «Мы хотим методом малых опытных площадок со внесением в них небольших количеств меченых атомов четырех или пяти эле- ментов… провести серию зональных экспериментов. Для этого мы хотим заложить площадки (около одного квадратного метра) с кобальтом, цинком, стронцием, цезием и церием во всех основных почвенно-климатических зонах, от тундры до юга Средней Азии». Если бы этой идее удалось воплотиться в жизнь, то полу- ченные при проведении таких опытов результаты могли послужить основой для создания комплексной государственной системы радиоэкологического монито- ринга, учитывающей особенности всех природно-климатических зон территории нашей страны. К сожалению, такие работы проведены не были.***Труды Тимофеева-Ресовского были научно-обоснованными и опережали свое время. Часто ученого называют основоположником радиационной экологии. Однако по результатам проведенного исследования правильнее будет разграни- чить экспериментальную, радиационную биогеоценологию и радиационную эко- логию как отдельные направления. Новая постановка проблемы, новые методы и методики, применяемые в радиационной биогеоценологии, позволяют считать ее предтечей современной радиоэкологии.Решая практические задачи прогнозирования последствий радиоактивных загрязнений разного масштаба, разработки методов очистки территорий и аква- торий от таких загрязнений, Николай Владимирович рассматривал проблемы с точки зрения биогеохимических и биоценологических уровней. Н.В. Тимофееву- Ресовскому удалось взглянуть на суть радиоэкологических исследований под но- вым углом, рассматривая их на качественно новом - биосферном уровне.ПРИМЕЧАНИЯУральский период жизни Николая Владимировича (с 1947 по 1964 гг.). После освобожде- ния войсками советской армии Тимофеев-Ресовский с семьей был вывезен из Германии в СССР и после пребывания в лагере в 1947 г. назначен заведующим Биофизическим от- делом (с одноименной лабораторией) «объекта 0211» МВД СССР в Сунгуле (ныне г. Сне- жинск, Челябинская обл.). В 1955 г. сунгульский отдел был переведен в Институт биологии Уральского филиала Академии Наук в Свердловске (ныне Екатеринбург) с базовой био- станцией на берегу оз. Б. Миассово в Ильменском заповеднике близ г. Миасса (Челябин- ская область).Имеются в виду экспериментальные исследования, проводимые для выяснения отдельных процессов внутри биогеоценозов.

E G Manuylova

Institute for the History of Science and Technology named after S.I. Vavilov RAS

Baltiyskaya str., 14, Moscow, Russia, 125315

Views

Abstract - 1055

PDF (Russian) - 251


Copyright (c) 2016 Мануйлова Е.Г.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.