Af hverju stökkbreytist erfðaefni í náttúrunni eftir geislavirkni?

Svar

Með geislavirkni er oftast átt við jónandi geislun sem kemur frá geislavirkum efnum. Jónandi geislun getur verið rafsegulgeislun (eins og gammageislun og röntgengeislun) eða agnageislun. Agnageislun veldur yfirleitt meiri usla þar sem hún fer um vegna þess að þar er massi á ferðinni, sem að auki hefur hleðslu. Alfa-geislun er dæmi um agnageislun, en alfa-agnir hafa massatöluna 4 og hleðsluna 2+.

Þegar jónandi geislun fer um efni getur hún valdið breytingum á því. Orka sem geislunin flytur með sér getur losað rafeindir frá kjörnum frumeinda og er það kallað jónun. Þegar frumeind jónast breytast eiginleikar hennar gagnvart umhverfinu, til dæmis hvernig hún tengist öðrum frumeindum í kringum sig. Ef frumeind er hluti af stórri sameind getur jónun hennar leitt til þess að sameindin breytist, hún getur til dæmis brotnað í tvo hluta eða rofnað að hluta og tengst aftur saman á annan veg.

Stökkbreytingar af völdum geislunar verða vegna þess að frumeindir í erfðaefni frumu jónast. Um erfðaefnið (DNA) má lesa meira í svari við spurningunni: Hvað er DNA og RNA og hvert er hlutverk þeirra? Eins og þar segir frá kemur DNA yfirleitt fyrir sem tvær paraðar kjarnsýrukeðjur. Í þessum keðjum er geymd forskrift af starfsemi fruma og þar með eiginleikum lífverunnar sem frumurnar mynda. Forskriftin er bundin í röð niturbasa, en niturbasapör mynda brýr milli keðjanna tveggja þannig að sameindin líkist snúnum stiga.

Skemmdir á DNA vegna geislunar geta verið af nokkrum gerðum. Röð niturbasa í DNA sameind getur breyst, niturbasi getur eyðst úr röðinni eða vetnistengi milli nitubasa rofnað. Geislun getur líka valdið því að kjarnsýrukeðjan, sem niturbasarnir sitja á, rofnar. Jónun frumeinda og ýmiss konar aðrar umbreytingar á sameindum erfðaefnisins eru reyndar daglegt brauð í lífi frumu og yfirleitt koma þær ekki að sök vegna þess að fruman býr yfir öflugum kerfum til að finna villur og gera við. Ef breyting varðar fáa niturbasa, og jafnvel þó önnur kjarnsýrukeðjan rofni, er viðgerð möguleg en rofni báðar keðjurnar minnka líkur á velheppnaðri viðgerð til muna.

Geislavirkni mæld í jarðvegi.
Skemmdir á erfðaefni verða bæði vegna þess að orka færist beint frá geislun yfir á frumeindir erfðaefnisins og vegna þess að vatn jónast og við það myndast svonefnd sindurefni (e. free radicals) sem eru mjög hvarfgjörn og valda skemmdum á frumeindum erfðaefnisins. Þegar líkami verður fyrir geislun er líklegasta afleiðingin jónun vatns, einfaldlega vegna þess að líkaminn er vatn að þremur fjórðu hlutum. DNA er hins vegar innan við 1% af líkamanum og því mun ólíklegra að geislunin hitti það fyrir.

Skemmdir á erfðaefni einnar frumu leiða annaðhvort til þess að fruman deyr eða að hún fer að haga sér óeðlilega. Ef frumur líffæris deyja í stórum stíl hefur það óhjákvæmilega áhrif á starfsemi líffærisins. Ef margar frumur í húð deyja verður til sár sem ekki grær. Krabbamein er hins vegar dæmi um sjúkdóm sem verður af því að frumur taka upp óeðlilega hegðun.

Nú þegar við höfum skoðað hvaða atburðir það eru inni í frumu sem geta leitt til stökkbreytingar er vert að líta aftur á lífveruna í heild. Með stökkbreytingu er yfirleitt átt við arfgenga breytingu á lífveru og til þess að breyting verði arfgeng skiptir grundvallarmáli hvaða fruma verður fyrir því að DNA hennar breytist. Ef það er fruma sem næsta kynslóð sprettur af (kynfruma í tilfelli manna og dýra) hefur tegundin breyst.

Vert er að hafa í huga að fleira veldur stökkbreytingum en geislun. Meira um stökkbreytingar má lesa í svari við spurningunni: Af hverju verða stökkbreytingar?

Heimildir:

• Steve Foshier. Essentials of radiology biology and protection, 2nd ed. Delmar Cengage Learning, 2009.
• Sherer, Visconti og Ritenour. Radiation protection in medical radiography, 6th ed. Mosby Elsevier, 2011.

Ítarefni:

• Meira um áhrif geislunar á frumur má lesa á vef Geislavarna ríkisins: Líffræðileg áhrif jónandi geislunar – Ágrip, eftir Sigurð Emil Pálsson.

Mynd:

• Here&Now - Japanese Measure Radiation At Schools. Sótt 7.4.2011.

Upprunalega spurningin hljóðaði svo:

Hver er stökkbreytni í náttúrunni eftir geislavirkni?