Как тараканы противостоят воздействию ионизирующего излучения?

Тараканы очень выносливые насекомые. Известно, что, помимо прочего, они способны выдерживать всплески ионизирующего излучения, способные убить человека.

Объяснения этой наблюдаемой устойчивости, которую я видел, включают не такое быстрое деление клеток у тараканов и относительную простоту этих насекомых по сравнению с другими организмами. Я знаю, что микробы способны противостоять радиации, имея «жесткую» ДНК (больше пар оснований GC) и готовые системы восстановления. У тараканов тоже есть подобные механизмы, или это действительно так просто, как они, ну, «просто»?

Большинство насекомых обладают такой же устойчивостью к тараканам ... ИМО, люди слабее, чем насекомые сильны.
@mbq Сильный и слабый - довольно субъективные слова. Я мог бы столь же обоснованно высказать свое мнение, что насекомые — это биологически более простые существа, чей геном может выдержать большее количество мутаций и при этом оставаться полностью функциональными/жизнеспособными членистоногими, но у меня нет доказательств, подтверждающих это.
@Lisa По отношению к некоторому среднему сопротивлению не так много. Также обратите внимание, что это комментарий, и я сделал отказ от ответственности, что это мое предположение.
Некоторые ссылки на то, сколько именно радиации могут выдержать тараканы в этой статье .

Ответы (2)

Навскидку, как медицинский работник, я могу представить себе следующие механизмы (все лишь умозрительные рассуждения):

  1. У насекомых нет крови . Вместо этого у них есть гемолимфа, основная роль которой заключается не в транспортировке кислорода (для этой цели у них есть дополнительная система трахеи), а в переносе питательных веществ. Таким образом, они не нуждаются (и не имеют) в интенсивной пролиферации клеток-предшественников крови - они (костный мозг, селезенка) наиболее восприимчивы к радиации в организме человека и животных.

  2. У насекомых довольно примитивная иммунная система, в основном гуморальная [а] и гораздо менее клеточная [б] по сравнению с иммунной системой животных и человека. При этом устраняется следующее общее слабое место в организме: лимфатические узлы, вилочковая железа, снова селезенка и костный мозг и т.д.

  3. Насекомые имеют, как правило, очень примитивную и во многих случаях также довольно децентрализованную нервную систему : ганглии организованы в виде шнура, и хотя головные ганглии обычно больше, их доминирование не так заметно, как в случае ЦНС и ПНС у животных. животных и людей. Поэтому эта система гораздо более терпима к потерям.

1.-3. Таким образом, единственной чувствительной частью насекомых является эпителий кишечника, который регулярно обновляется (аналогично эпителию человека, который также является известной мишенью радиации), но...

  1. Известно, что насекомые (и вообще членистоногие) имеют экзоскелет . Это потенциально служит хорошей «броней» для уязвимых клеток кишечника, отфильтровывая самые тяжелые частицы (такие как альфа-, а в некотором отношении и бета-частицы). РЕДАКТИРОВАТЬ : Кажется, это не настоящая защита, см. обсуждение в комментариях.

Поэтому неудивительно, что насекомые обычно проявляют гораздо более высокую устойчивость к радиации.

РЕДАКТИРОВАТЬ : Как было правильно добавлено в комментариях, есть также гаметы, которые наиболее чувствительны к радиации (потому что они несут только половину нормальной генетической информации и не могут восстанавливать мутации). Несмотря на то, что повреждения гамет не приводят к немедленной смерти, потенциальное бесплодие может легко вызвать вымирание.

Однако известно, что тараканы (и насекомые в целом) являются r-животными, а это означает, что они предпочитают количество (r) качеству (K) своего потомства . Эта стратегия оптимальна при радиационно-индуцированных изменениях гамет: большое количество потомков компенсирует генетические несовершенства гамет.

[a] -- это означает, что в их гемолимфе секретируются пептиды, которые защищают их
[b] -- есть фагоциты, чем-то похожие на тканевые магрофаги у людей, но остальные клеточные цепи в иммунном ответе у позвоночных, такие как T- и В-клетки полностью отсутствуют. Они ответственны за посредничество и усиление иммунного ответа у позвоночных и являются клетками, наиболее восприимчивыми к радиационному повреждению.

Это очень хороший ответ. Однако у меня есть оговорки, когда дело доходит до последнего пункта (то есть экзоскелета). Во-первых, готов поспорить, что тонкий экзоскелет экранирует излучение намного меньше, чем кожа человека (суммарное количество пропорционально сечению, т.е. ~массе/площади (при одинаковом атомном составе), что больше для кожи). Во-вторых, альфа-частицы, скорее всего, будут остановлены обоими (достаточно нескольких сантиметров воздуха), бета-частицам нужно несколько сантиметров плоти (в зависимости от их энергии), поэтому они, скорее всего, повредят весь объем насекомого, но не человека, и гамма-излучение победило. не остановить ни экзоскелет, ни кожа.
@PiotrMigdal Возможно, вы правы. Я принимал во внимание, что хитин можно сравнить с полисахаридами, которые, как известно, имеют более высокую рентгенологическую плотность по сравнению с плотью. Вы можете это подтвердить или опровергнуть?
Хотя это не моя основная тема, держу пари, что (как я уже сказал) для всех типичных органических веществ экранирование равно массе/площади. А поскольку хитин имеет плотность ~ 1,5 г / см ^ 3 ( ссылка ), 1 см плоти эквивалентен ~ 7 мм хитина. Таким образом, для излучения, которое не останавливается и не передается обоими, насекомые (если только они не очень большие) менее защищены. Однако могут быть некоторые нюансы, и я думаю, что это хороший вопрос для physics.stackexchange.com .
Гуморальная и клеточная иммунная система являются частями адаптивной иммунной системы, которая присутствует только у позвоночных. Насекомые имеют только врожденную иммунную систему, содержащую фагоциты и пептиды (секретируемые клетками жирового тела). Вы не упомянули о гаметах, вероятно, наиболее чувствительных к радиации клетках (потому что они гаплоидны).
@MartaCz-C Я использую здесь слова «гуморальный и клеточный» в их прямом значении, а не в отношении частей адаптивной иммунной системы: такое использование приемлемо и может быть найдено во многих исследовательских работах по насекомым ( пример ). Но спасибо за ваше предложение, я отредактирую свой ответ.
Кроме того, они не живут очень долго, так что рак не такая большая проблема.

Исследования Deinococcus radiodurans , самого радиоактивно устойчивого из известных нам микроорганизмов, показывают, что у него много генов для репарации ДНК.

В случае с тараканами я бы предположил, что в дополнение к восстановлению генов и, возможно, некоторым антиоксидантам, вырабатываемым в клетках для подавления свободных радикалов, вырабатываемых радиацией, полезен и тот факт, что тараканы откладывают много-много яиц. Если радиация убьет 99,99% тараканов, у вас все равно останутся некоторые насекомые, вылупившиеся из яичных кладок.

Отбор — друг насекомого, когда вы животное с k-ограничением!

Как тараканы противостоят воздействию ионизирующего излучения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v