Космическите лъчения може би са причина за спонтанните мутации в еволюцията

Ако фоновото ниво на неутронното излъчване е причина за грешките в компютърната памет, то неговото съществуване би могло да обясни и грешките при репликацията на ДНК.
Когато космическите лъчи попадат в горните слоеве на атмосферата, те пораждат високоенергийни частици (в частност неутрони), които се устремяват надолу. Какво влияние биха могли да оказват? На учените отдавна им е известно, че високоенергийните неутрони могат да взаимодействат с ядрата на атомите, предизвиквайки различни нарушения в структурата на материалите. Това е една от причините за грешките в компютърната памет – при сблъсък на неутроните с атомите на силиция се образува натриев атом, алфа частица, протон и електрони, способни да променят състоянието на клетките памет. Още през 2004 година група изследователи от IBM успяха да предскажат честотата на възникване на подобни грешки въз основа анализа на потока неутрони, породен от космическите лъчи.

Августо Гонсалес от Института по кибернетика, математика и физика в Хавана предполага, че фоновото неутронно излъчване може да оказва същото разрушително действие и на други системи за обработване и съхранение на информацията – живите организми.
Еволюционните биолози знаят, че скоростта на спонтанните мутации оказва решаващо въздействие на характера на еволюцията, но причините за тези мутации и до сега не са изучени както трябва. Гонсалес твърди, че подходът, използван от изследователите от IBM за прогнозиране грешките при работата на електрониката е подходящ и за анализ скоростта на спонтанните мутации у живите организми.

В основата на работата на Гонсалес лежи занимателен експеримент, който се провежда в Университета в щата Мичиган от 1988 година. Биолози, начело с Ричарф Ленски проследяват броя на мутациите, ставащ от поколение на поколение в колония бактерии Е. Coli. Всеки ден, неголяма част от тях бива премествана от основната колония в нова чаша с малко количество глюкоза. Бактериите се размножават, докато не свърши храната (около 8 часа), а след това учените отново избират някои бактерии и ги поставят в нова среда. От началото на експеримента до сега, учените са наблюдавали повече от 60 хиляди поколения бактерии. Те са открили, че броя на точковите мутации в продължение живота на 20 хиляди поколения бактерии е около 300 милиона. Това означава, че мутациите се случват средно на всяка секунда. Въпросът, който Гонсалес задава е – може ли честотата на мутациите да бъде обяснена с нивото на фоновия неутронен шум? В търсене на отговор, той е построил математичен модел не средата, в която живеят бактериите (преди всичко вода), като е разчел, че високоенергийните неутрони попадат в чашката с бактериалната колония средно около веднъж на 125 секунди. След това, неутроните предават своята енергия на молекулите вода, което довежда до възникването на сравнително кратки йонни изблици – според Гонсалес, един неутрон поражда около 300 йони с дължина на следата от порядъка на 100 нанометра и около 30 йони придвижващи се на разстояние около 0.1 мм. „Бактериите, попаднали под този йонен душ загиват или получават увреждания на ДНК, които може да бъдат унаследени от потомците“, казва изследователят.

От работата на Гонсалес може да се направи един важен извод – възможно е влиянието на неутронното излъчване да е причина за възникването на рак у висшите животни, в това число и у човека.