Nucleaire ongelukken maken gemuteerde insecten en vogels
nucleaire | 26.04.2018
Bioloog Timothy Mousseau is jaren bezig geweest met het verzamelen van gemuteerde insecten, vogels en muizen rond Tsjernobyl en Fukushima. In een interview met DW deelt hij enkele verrassende inzichten in de effecten van nucleaire ongelukken op wilde dieren.
DW: Professor Timothy Mousseau, heeft u deze gemuteerde vuurwantsen verzameld ?
Timothy Mousseau: Ja, de vuurwantsen zijn echt een eye-opener. Mijn onderzoekspartner Anders Moller en ik bezochten Tsjernobyl op 26 april 2011. We liepen rond in Pripyat en verzamelden bloemen om hun stuifmeel te bestuderen, toen Anders naar de grond reikte en een klein insect met rode en zwarte markeringen tevoorschijn haalde. Hij zei: “Tim, kijk, het is een mutant – het mist een oogvlek!”
Vanaf dat moment begonnen we deze kleine wantsen te verzamelen op elke plek die we bezochten, van de meest besmette delen van het Rode Woud tot relatief schone gebieden in verlaten dorpen. Uiteindelijk hadden we enkele honderden van deze kleine beestjes. Het was heel duidelijk dat misvormde patronen veel vaker voorkwamen in gebieden met een hoge besmettingsgraad.
Dit is slechts een van de vele soortgelijke anekdotes over de misvormde beestjes van Tsjernobyl. Letterlijk elke steen die we omdraaien, is een signaal van de mutagene eigenschappen van de straling in de regio.
Is er een stralingsdrempel waaronder er geen effect is?
De invloed van straling op het aantal mutaties, kankergevallen en sterfgevallen verschilt sterk per soort. Maar statistisch gezien, is er een eenvoudige relatie met dosis. Kleine dosis, klein effect; grote dosis, groot effect. Er lijkt geen drempel te zijn waaronder er geen effect is.
Interessant is dat organismen die in de natuur leven veel gevoeliger zijn voor straling dan laboratoriumdieren – bij vergelijking van muizen die in laboratoria zijn grootgebracht en muizen in het wild, blootgesteld aan identieke niveaus van ioniserende straling, is het sterftecijfer onder wilde muizen acht of tien keer zo hoog als onder laboratoriummuizen. Dat komt omdat laboratoriumdieren beschermd zijn tegen de meeste stressfactoren – zoals kou of honger.
Lees meer: Wat is de toekomst van dierproeven?
Zijn planten en bomen ook aangetast?
Ja, we hebben veel misvormd stuifmeel verzameld. We hebben ook veel misvormde bomen gezien. Dennen vertonen vaak groeivormafwijkingen, zelfs in normale gebieden zonder besmetting met radionucleotiden. Soms is het een insectenplaag, soms een strenge vorst op het verkeerde moment – je kunt zulke afwijkingen overal vinden.
Maar in besmette gebieden in Oekraïne hebben we een correlatie tussen de frequentie van de afwijkingen en de Tsjernobyl-gebeurtenis. Het is vrij sterk bewijs. Er is een artikel dat een soortgelijk fenomeen laat zien in Fukushima. De bomen daar zijn erg jong, maar zullen over 30 jaar waarschijnlijk ook in de knoop liggen!
Wat zijn de langetermijneffecten van straling op dier- en plantensoorten in besmette gebieden? Hun genomen zijn veranderd. Zullen mutanten blijven bestaan?
Op de lange termijn, nee. Het is zo dat er bij elke soort, zelfs in niet besmette gebieden, voortdurend mutaties op de achtergrond optreden – zij het in een veel lager tempo dan in gebieden die door nucleaire ongevallen zijn besmet. Dus de meeste genetische varianten zijn al uitgeprobeerd. De grote meerderheid is ofwel neutraal ofwel licht schadelijk. Als een mutatie enig voordeel zou bieden, zou die al in de populatie aanwezig zijn.
Dus het langetermijneffect van kernongevallen op de biodiversiteit is … nihil?
Ja, dat is juist. In de loop van de evolutie verwachten we dat de populaties weer normaal worden nadat het mutageen is verdwenen. Radionucleotiden vervallen, hete plekken koelen uiteindelijk af, mutaties komen weer minder vaak voor, en gezonde dier- en plantenpopulaties herkoloniseren de plekken. De genetische status quo ante keert dus terug – behalve als er mutaties zijn opgetreden die de fitness blijvend verbeteren, maar dat is zeer zeldzaam.
Sommige mutaties kunnen een tijdje blijven bestaan als ze zich tijdens de hete fase aanpassen. Zo wordt er bijvoorbeeld geselecteerd op dieren met cellen die meer antioxidanten produceren, waardoor ze beter bestand zijn tegen de effecten van ioniserende straling. Maar die bescherming gaat ten koste van de stofwisseling. Als het stralingsniveau afneemt, worden deze varianten weer uit de populatie geselecteerd.
Waar het ingewikkeld wordt, is wanneer de schadelijke mutaties recessief zijn, dat wil zeggen, wanneer er twee exemplaren nodig zijn om de mutatie tot uiting te laten komen. Veel mutaties vallen in deze categorie. Ze kunnen zich ophopen in populaties omdat ze pas tot expressie komen als twee exemplaren in hetzelfde individu terechtkomen.
Daardoor kunnen populaties vele generaties lang door dergelijke mutaties worden beïnvloed, zelfs nadat het mutageen is verwijderd, en ook, via verspreiding, in populaties die nooit door het mutageen zijn getroffen.
Lees meer: Fukushima vlinders benadrukken zware kosten van nucleaire ramp
Hoe kan radioactieve besmetting interageren met andere problemen die ecosystemen beïnvloeden, zoals habitatverlies of klimaatverandering?
Zeker is dat klimaatverandering een extra stressfactor is die waarschijnlijk zal interageren met straling om populaties te beïnvloeden. We hebben aangetoond dat terwijl zwaluwen op de meeste plaatsen hun broeddata hebben vervroegd in reactie op de opwarming, deze in het gebied rond Tsjernobyl juist zijn vertraagd. Wij veronderstellen dat dit te wijten is aan de stress van de radioactieve besmetting.
De grootste angst op dit moment heeft te maken met de waarneming van hetere en drogere zomers in Oekraïne, en de daaruit voortvloeiende toename van het aantal bosbranden en de omvang ervan. In de zomer van 2015 waren er drie grote branden, en een daarvan brandde door enkele zeer besmette gebieden.
We hebben voorspeld dat dergelijke gebeurtenissen een aanzienlijke bedreiging kunnen vormen voor zowel de menselijke bevolking als het milieu via resuspensie en depositie van radionucliden in het bladafval en de plantenbiomassa.
Naast de dreiging van catastrofale natuurbranden die nucleaire besmetting verspreiden, bewegen ook vogels en zoogdieren zich voort. Nemen zij op besmette plaatsen radioactieve elementen op in hun voedsel en water en dragen zij die elders over, waardoor de besmetting zich verder verspreidt?
Verplaatsen dieren radionucliden? Ja! Ik heb jaren geleden een studie gedaan waaruit bleek dat vogels elk jaar aanzienlijke hoeveelheden radionucliden exporteren. Maar het lijkt onwaarschijnlijk dat de hoeveelheid voldoende is om meetbare gezondheidseffecten te veroorzaken – tenzij je de vogels eet. Het is bekend dat sommige mensen die buiten de verboden zone van Tsjernobyl wonen, zeer hoge doses krijgen van de jacht op besmette everzwijnen die de zone verlaten.
Hoe lang zullen de besmette zones rond Tsjernobyl en Fukushima mutageen en gevaarlijk zijn?
Tsjernobyl was 10 dagen lang een nucleaire brand en een voortdurende kernsplijting, waarbij strontium-, uranium- en plutoniumisotopen in het landschap zijn verspreid. Ze hebben een lange halfwaardetijd, dus veel gebieden zullen nog eeuwen, zelfs duizenden jaren gevaarlijk blijven.
Fukushima was grotendeels een cesiumgebeurtenis, en cesiumradionucleotiden hebben een relatief korte halfwaardetijd. Het gebied zal zichzelf meestal op natuurlijke wijze binnen tientallen jaren decontamineren, hooguit binnen een paar honderd jaar.
Timothy Mousseau is hoogleraar biologische wetenschappen aan de Universiteit van South Carolina in Columbia, South Carolina. Hij is een van ’s werelds meest vooraanstaande deskundigen op het gebied van de effecten van radionucleotide besmetting door nucleaire ongelukken op wilde vogel-, insecten-, knaagdieren- en plantenpopulaties.
Interview: Nils Zimmermann
Inwoners van het gebied rond de kerncentrale van Tsjernobyl moesten hun huizen verlaten als gevolg van de ramp in 1986 en de radioactieve neerslag uit reactor 4. Er werd een verboden zone van 30 kilometer (19 mijl) rond de centrale ingesteld. Er is nog steeds significante radioactiviteit aanwezig. En hoewel het wordt beschouwd als het meest besmette ecosysteem op aarde, gedijt het leven er nog steeds.
Vóór de ramp woonden er zo’n 2000 mensen in Tulgovichi, een dorp binnen de verboden zone. Vandaag de dag wonen er minder dan 10 mensen. Hoe verandert een landschap als het plotseling door mensen wordt verlaten?
Er zijn verschillende dieren, zoals deze bizons, op het terrein gezien – maar de vraag of de biodiversiteit in het gebied echt floreert, is moeilijk te beantwoorden. Wetenschappers doen verschillende beweringen. Sommigen beweren dat de hoge stralingsintensiteit heeft geleid tot een afname van het aantal soorten spinnen en insecten – vooral in het meer besmette gebied, binnen een straal van 10 kilometer rond de kerncentrale.
Elanden zijn eveneens waargenomen op het terrein, evenals wilde wolven, adelaars en paarden. Sommige wetenschappers hebben vraagtekens geplaatst bij studies die wijzen op minder wild, en zeggen dat hun bezoeken aan het gebied aantonen dat het aantal dieren daar op zijn minst gelijk is aan dat in vergelijkbare habitats buiten de zone – ongeacht de stralingsniveaus. Tot op heden is er geen kwantitatief vergelijkend onderzoek gedaan naar de in het wild levende dieren.
Aangezien bekend is dat radioactiviteit het DNA, dat de genetische informatie codeert, beschadigt, is het geen verrassing dat bij dieren in het gebied een hogere frequentie van tumoren en lichamelijke afwijkingen is aangetroffen – zoals vogels met misvormde snavels. Sommige vogelsoorten zouden zich echter aan de radioactiviteit hebben aangepast door meer anti-oxidanten te produceren die tegen genetische schade lijken te beschermen.
Onderzoekers hebben ook onderzocht of straling invloed heeft op het gedrag van dieren. Van spinnen die cafeïne of andere medicijnen toegediend krijgen, is bekend dat zij hun vermogen om geometrisch perfecte webben te maken, verliezen. Timothy Mousseau van de Universiteit van South Carolina heeft de webben van de Tsjernobyl-spinnen op camera vastgelegd om te analyseren of radioactiviteit hen op soortgelijke wijze kan beïnvloeden.
Radioactiviteit kan ook minder zichtbare gevolgen hebben voor levende wezens binnen de verboden zone. Om die te ontdekken, moesten de onderzoekers gaan graven. Toen zij de overvloed van aan de bodem gebonden dieren beoordeelden, vonden zij regenwormen, diplopoden en oribatidmijten die wijzen op het vroegste stadium van herstel van het ecosysteem na radioactieve fall-out.
Hoe cynisch het ook mag klinken, de kernramp in het Japanse Fukushima opent een nieuw “laboratorium” voor wetenschappers om te onderzoeken hoe de biodiversiteit op radioactiviteit reageert. Japanse onderzoekers hebben bijvoorbeeld al aangetoond dat mutaties in het genoom van de bleekblauwe vlinder tot misvormde vleugels of lichamen hebben geleid.