На рис.7 показана зависимость высоты экземпляров растения атропа беладонна, выращенных в одинаковых условиях, от концентрации дейтерия в питательных растворах гидропоники. Сравнение явно не в пользу дейтерия.
Рис.7. Высота растений гидропонной культуры беладонны, выращенной на питательных растворах с разным содержанием дейтерия
В общем надо считать, что для высших растений и животных замена протия дейтерием при выращивании несовместима с жизнью.
Морфологическим следствием дейтериевого замещения являются изменения структуры клеток и органелл. Хлорофилл у дейтерированных водорослей гораздо менее упорядочены, чем у их Н-прототипов. Морфологические заболевания при дейтериевом замещении можно наблюдать под электронным микроскопом. Например, D-бактериофаг имеет частицы большего размера и более хрупкие; протеиновые субчастицы в них беспорядочны.
Обнаружено и исследовано прямое действие дейтерия на симпатические нервные узлы, изолированные два и более месяца в среде, содержащей 25% D2O. Наблюдалось ускорение и увеличение роста симпатических нейронов, картина соответствовала ранним стадиям нейрогенеза. Электронный микроскоп обнаружил необычно обильные гранулы и фибриллярные элементы в ядрах нейронов и окружающих клеток.
Если приучение организма к дейтерию не успело еще затронуть жизненна важные функции, то осторожная дейтеризация при возвращении из дейтериевой среды на протиевую проходит в общем быстро и без затруднений. При длительном же воздействии на организм тяжелой воды высокой концентрации возникают морфологические изменения органов, полностью разрушается зародышевый эпителий и в этом случае изменения необратимы. У самцов мышей под влиянием тяжелой воды возникает бесплодие.
Интересны недавние опыты И.Г.Лобиной. Она исследовала морфологические изменения, происходящие в яичниках белых мышей под действием тяжелой воды различной концентрации: 10, 30 и 99,8%.
Тяжелая вода вводилась животным путем инъекций под кожу бедра ежедневно в количестве 0,5 мл’, каждой мыши сделано 15 инъекций. Животные одновременно получали тяжелую воду той же концентрации в качестве питьевой. В результате обнаружены явления отмирания в фолликулярном аппарате (яичниках) мышей. Одним словом, здесь можно говорить о дейтериевой болезни, о дейтериевом отравлении организма.
В опытах с растениями наблюдалось, что отдельные органы растения по-разному относятся к дейтерию — одни нормально перемещают и концентрируют его, а другие болезненно чувствительны к тяжелому изотопу. Например, при поглощении воды корнями растений из почвы D2O и Н2О диффундируют через растительные перепонки без изменения своего соотношения, тогда как вода в ветвях и листьях обогащается дейтерием в 1±2,8 х 10-6 раз. Последнее весьма неблагоприятна, так как в фотохимических реакциях дейтерий действует в 30 раз медленнее протия. Заметим, что во многих других случаях замещение Н на D замедляет реакции в организмах всего лишь в 6-8 раз.
Однако оказалось, что наряду с повреждающим, мутагенным и канцерогенным действием тяжелая вода в составе легкой имеет стабилиэирующий водородные связи эффект у белков и нуклеиновых кислот. Тем самым она повышает теплоустойчивость клеток и организмов, их сопротивляемость денатурирующим, т.е. повреждающим клетку факторам. Остановимся на этом «защитном» эффекте более подробно.
Автор денатурационной теории повреждения клеток и других биологических систем ленинградский цитолог В.Я.Александров утверждает, что в основе повреждения клеток и организмов любыми вредными факторами лежит денатурация белков.
Литературные и собственные данные автора обзора показывают, что тяжелая вода (D2O), стабилизирующая белки по отношению к действию денатураторов и протеиназ, повышает теплоустойчивость клеток животных, растений и микроорганизмов, а у дрозофил увеличивает термостабильность организма и их теплолюбивость. Основной причиной указанных биологических эффектов D2O является стабилизация белков, хотя тяжелая вода может повышать температуру плавления нуклеиновых кислот и в незначительной степени — липидов.
Сущность денатурационной теории повреждения, первая редакция которой была предложена в 1940 г., состоит в признании того, что большинства повреждающих агентов прямо или косвенно нарушают сферу слабых связей и взаимодействий, крепящих конструкции клетки. Среди этих конструкций основное место занимают белки и белковые комплексы. Воздействия, повышающие или снижающие конформационную стабильность белковых макромолекул, должны повышать или снижать устойчивость клеток к повреждающим агентам. Следовательно, одним из путей проверки денатурационной теории повреждения может служить изучение действия на клетку альтерирующего агента в присутствии антиденатуратора, увеличивающего конформационную прочность белковых макромолекул. Наличие защитного действия антиденатуратора говорило бы в пользу теории. Среди антиденатураторов да настоящего времени с этой целью наиболее изучена тяжелая вода — D2O.