Космическите лъчи са причина за мутациите?

Ако фоновото ниво на неутронното лъчение се оказва причина за проблемите с компютърната памет, то неговото съществуване може също така да обясни грешки при репликацията на ДНК.

Когато космическите лъчи попадат в горните слоеве на атмосферата, те пораждат високоенергийни частици (по-специално неутрони), които се устремяват надолу. Какво влияние могат да окажат те?

На учените отдавна е известно, че вискоенергийните неутрони могат да взаимодействат с атомните ядра, предизвиквайки различни нарушения в структурата на материалите. Това е една от причините за грешките в компютърната памет – при сблъсъци на неутрона със силициевите атоми се образуват натриев атом, алфа-частица, протон и електрони, способни да изменят състоянието на клетките на паметта.

Още през 2004 година група изследователи от IBM успели да предскажат честотата на възникване на подобни грешки въз основа на анализ на потока неутрони, породени от космическите лъчи.

Августо Гонсалес от Института по кибернетика, математика и физика в Хавана (Куба) установил, че фоновото неутронно лъчение може да оказва толкова разрушително въздействие и върху други системи за обработка и съхранение на информация – живите организми.

Еволюционните биолози знаят, че скоростта на спонтанните мутации оказва решаващо въздействие на характера на еволюцията, но причините за тези мутации не са били изучени по нужния начин. Гонсалес твърди, че подходът, използван от изследователите на IBM за прогнозиране на грешки при работата на електрониката, е годен и за анализ на скоростта на спонтанните мутации в живите организми.

В основата на работата на Гонсалес залегнал интересен експеримент, който се провежда в университета на Мичиган (САЩ) от 1988 година. Биолози начело с Ричард Ленски проследяват количеството мутации, протичащи от поколение на поколение в култури ешерихия коли (E. coli).

Всеки ден малка част от бактериите се пренасят от основната култура в нова чашка с малко количество глюкоза. Бактериите се размножават, докато не свърши храната (обикновено – около осем часа), а след това учените отново вземат известно количество бактерии и ги преместват в нова среда.

От момента на началото на експеримента изследователите са наблюдавали развитието на повече от 60 000 поколения бактерии. Те открили, че броят на точните мутации през живота на 20 000 поколения бактерии достига около 300 милиона. Това значи, че мутациите протичат (средно) всяка секунда.

Въпросът, който си задал Гонсалес, е може ли честотата на мутациите да се обясни с нивото на фоновото неутронно лъчение. В търсене на отговора той построил математически модел на средата, която обитават бактериите (предимно това е вода), и изчислил, че високоенергийните неутрони попадат в чашката с бактериалната култура около веднъж на 125 секунди.

След това неутроните предават своята енергия на молекулите на водата, което води до възникване на относително кратки писти: по думите на Гонсалес един неутрон поражда около 300 йона с дължина на пистата от порядъка на 100 нанометра и около 30 йона, бягащи на разстояние около 0,1 мм. „Бактериите, попадащи под този йонен душ, загиват или получават ДНК увреждания, които могат да бъдат наследени от потомците“, казва изследователят.

Гонсалес посочва, че честотата на мутациите, фиксирани от екипа на Ленски, се съгласува с нивото на фоновото неутронно лъчение. Разбира се, за потвърждение на неговата хипотеза не е достатъчно просто да се забележи зависимостта – необходима е сериозна експериментална работа: налага се да бъде повторен експериментът на Ленски, но с две популации бактерии, една от които да е защитена от фоновото неутронно лъчение. Остава да се намери експериментатор, готов да жертва години за проверката.

Още едно важно следствие, което може да се изведе от работата на Гонсалес, е възможното влияние на неутронното лъчение върху възникването на рак при висшите животни, включително при човека.