ВКЛАД Н.В. ТИМОФЕЕВА-РЕСОВСКОГО В РАЗВИТИЕ МЕТОДОЛОГИИ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Полный текст

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.

Об авторах

Е Г Мануйлова

Экологический центр Института истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН

ул. Балтийская, д. 14, Москва, Россия, 125315

Список литературы