Nukleare Unfälle machen mutierte Käfer und Vögel
Nuklear | 26.04.2018
Der Biologe Timothy Mousseau hat jahrelang mutierte Käfer gesammelt, Vögel und Mäuse rund um Tschernobyl und Fukushima. In einem DW-Interview gibt er überraschende Einblicke in die Auswirkungen von Atomunfällen auf die Tierwelt.
DW: Professor Timothy Mousseau, haben Sie diese mutierten Feuerwanzen gesammelt?
Timothy Mousseau: Ja, die Feuerwanzen sind wirklich ein Augenöffner. Mein Forschungspartner Anders Moller und ich waren am 26. April 2011 in Tschernobyl zu Besuch. Wir wanderten durch Pripjat und sammelten Blumen, um deren Pollen zu untersuchen, als Anders auf den Boden griff und diesen kleinen Käfer mit roten und schwarzen Markierungen hochzog. Er sagte: „Tim, sieh mal, das ist ein Mutant – ihm fehlt ein Augenfleck!“
Von da an begannen wir, diese kleinen Käfer an jedem Ort zu sammeln, den wir besuchten, von den am stärksten kontaminierten Teilen des Roten Waldes bis zu relativ sauberen Gebieten in verlassenen Dörfern. Schließlich hatten wir mehrere hundert dieser kleinen Viecher. Es war sehr offensichtlich, dass deformierte Muster in Gebieten mit hoher Kontamination viel häufiger vorkamen.
Dies ist nur eine von vielen ähnlichen Anekdoten über die deformierten Viecher von Tschernobyl. Buchstäblich bei jedem Stein, den wir umdrehen, finden wir ein Signal für die mutagenen Eigenschaften der Strahlung in der Region.
Gibt es einen Schwellenwert der Strahlung, unterhalb dessen es keine Wirkung gibt?
Die Auswirkung von Strahlung auf die Mutations-, Krebs- und Sterblichkeitsrate variiert je nach Spezies sehr stark. Aber statistisch gesehen, gibt es eine einfache Beziehung zur Dosis. Kleine Dosis, kleine Wirkung; große Dosis, große Wirkung. Es scheint keinen Schwellenwert zu geben, unterhalb dessen es keinen Effekt gibt.
Interessanterweise reagieren in der Natur lebende Organismen viel empfindlicher auf Strahlung als Labortiere – vergleicht man Mäuse, die im Labor gezüchtet wurden, mit Mäusen in freier Wildbahn, die identischen Mengen ionisierender Strahlung ausgesetzt waren, ist die Sterblichkeitsrate bei wilden Mäusen acht- bis zehnmal höher als bei Labormäusen. Das liegt daran, dass Labortiere vor den meisten Stressoren – wie Kälte oder Hunger – geschützt sind.
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Sind auch Pflanzen und Bäume betroffen?
Ja, wir haben viele deformierte Pollen gesammelt. Und auch viele deformierte Bäume gesehen. Kiefern zeigen oft Wuchsformanomalien, auch in normalen Gebieten ohne Radionukleotidkontamination. Manchmal ist es ein Insektenbefall, manchmal ein harter Frost zur falschen Zeit – man kann solche Anomalien überall finden.
Aber in den kontaminierten Gebieten der Ukraine haben wir eine Korrelation zwischen der Häufigkeit der Anomalien und dem Tschernobyl-Ereignis. Das ist ein ziemlich starker Beweis. Es gab eine Arbeit, die ein sehr ähnliches Phänomen in Fukushima zeigte. Die Bäume dort sind sehr jung, werden aber wahrscheinlich auch in 30 Jahren zu Ästen verdreht sein!
Was sind die langfristigen Auswirkungen der Strahlung auf Tier- oder Pflanzenarten in kontaminierten Gebieten? Deren Genom wurde verändert. Werden Mutanten bestehen bleiben?
Nun, auf lange Sicht, nein. Die Sache ist die, dass eine gewisse Hintergrundrate von Mutationen ständig in jeder Spezies vorkommt, sogar in nicht kontaminierten Gebieten – wenn auch mit einer viel geringeren Rate als in Gebieten, die durch Atomunfälle kontaminiert sind. Die meisten genetischen Varianten sind also schon ausprobiert worden. Die große Mehrheit ist entweder neutral oder leicht schädlich. Wenn eine Mutation einen Nutzen hätte, wäre sie bereits in der Population vorhanden.
Der langfristige Effekt von Atomunfällen auf die Biodiversität ist also … keiner?
Ja, das ist richtig. Im Laufe der Evolution erwarten wir, dass sich die Populationen wieder normalisieren, nachdem das Mutagen verschwunden ist. Die Radionukleotide zerfallen, die heißen Stellen kühlen schließlich ab, Mutationen werden wieder seltener, und gesunde Tier- und Pflanzenpopulationen besiedeln die Stellen wieder. So kehrt der genetische Status quo ante zurück – es sei denn, es sind Mutationen aufgetreten, die die Fitness dauerhaft erhöhen, aber das ist sehr selten.
Einige Mutationen können eine Weile bestehen bleiben, wenn sie während der heißen Phase adaptiv sind. Zum Beispiel gibt es eine Selektion für Tiere, deren Zellen eine höhere Ladung an Antioxidantien produzieren, was sie resistenter gegen die Auswirkungen ionisierender Strahlung macht. Aber dieser Schutz hat einen metabolischen Preis. Wenn die Strahlenbelastung nachlässt, werden diese Varianten wieder aus der Population herausselektiert.
Kompliziert wird es, wenn die schädlichen Mutationen rezessiv sind, das heißt, wenn zwei Kopien für die Ausprägung der Mutation erforderlich sind. Viele Mutationen fallen in diese Kategorie. Sie können sich in Populationen anreichern, weil sie erst dann exprimiert werden, wenn zwei Kopien in einem Individuum vorkommen.
Deshalb können Populationen über viele Generationen hinweg von solchen Mutationen betroffen sein, selbst nachdem das Mutagen entfernt wurde, und über die Ausbreitung auch in Populationen, die nie von dem Mutagen betroffen waren.
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Wie kann radioaktive Kontamination mit anderen Problemen interagieren, die Ökosysteme betreffen, wie Lebensraumverlust oder Klimawandel?
Der Klimawandel ist sicherlich ein zusätzlicher Stressor, der wahrscheinlich mit der Strahlung interagiert, um Populationen zu beeinflussen. Wir haben gezeigt, dass die Schwalben zwar an den meisten Orten ihre Bruttermine als Reaktion auf die Erwärmung vorverlegt haben, in der Tschernobyl-Region sind sie jedoch tatsächlich verspätet. Wir stellen die Hypothese auf, dass dies auf den Stress durch die radioaktiven Verunreinigungen zurückzuführen ist.
Die größte Befürchtung ist derzeit die Beobachtung von heißeren und trockeneren Sommern in der Ukraine und die daraus resultierende Zunahme der Anzahl und Größe von Waldbränden. Im Sommer 2015 gab es drei große Brände, und einer von ihnen brannte durch einige stark kontaminierte Gebiete.
Wir haben vorhergesagt, dass solche Ereignisse eine erhebliche Bedrohung sowohl für die menschliche Bevölkerung als auch für die Umwelt durch Resuspension und Ablagerung von Radionukliden in der Laubstreu und der Pflanzenbiomasse darstellen könnten.
Neben der Bedrohung durch katastrophale Waldbrände, die nukleare Kontamination verbreiten, bewegen sich auch Vögel und Säugetiere. Nehmen sie in kontaminierten Gebieten radioaktive Elemente mit ihrer Nahrung und ihrem Wasser auf, tragen sie anderswohin und verbreiten so die Kontamination weiter?
Können Tiere Radionuklide bewegen? Ja! Ich habe vor Jahren eine Studie durchgeführt, die gezeigt hat, dass jedes Jahr sehr große Mengen an Radionukliden von Vögeln exportiert werden. Aber es scheint unwahrscheinlich, dass die Menge ausreicht, um messbare gesundheitliche Auswirkungen zu verursachen – es sei denn, man isst die Vögel. Es ist bekannt, dass einige Menschen, die außerhalb der Sperrzone von Tschernobyl leben, sehr signifikante Dosen von der Jagd auf die kontaminierten Wildschweine bekommen, die die Zone verlassen.
Wie lange werden die kontaminierten Zonen um Tschernobyl und Fukushima noch mutagen und gefährlich sein?
Tschernobyl war 10 Tage lang ein nuklearer Brand und ein andauerndes Spaltungsereignis, bei dem Strontium-, Uran- und Plutonium-Isotope in die Landschaft gestreut wurden. Sie haben lange Halbwertszeiten, so dass viele Gebiete für Jahrhunderte, ja sogar Tausende von Jahren gefährlich bleiben werden.
Fukushima war größtenteils ein Cäsium-Ereignis, und Cäsium-Radionukleotide haben eine relativ kurze Halbwertszeit. Das Gebiet wird sich größtenteils innerhalb von Jahrzehnten, höchstens innerhalb von ein paar hundert Jahren, auf natürliche Weise dekontaminieren.
Timothy Mousseau ist Professor für Biowissenschaften an der University of South Carolina in Columbia, South Carolina. Er ist einer der weltweit führenden Experten für die Auswirkungen von Radionukleotid-Kontamination durch Atomunfälle auf wildlebende Vogel-, Insekten-, Nager- und Pflanzenpopulationen.
Interview: Nils Zimmermann
Die Menschen, die in der Gegend um das Kernkraftwerk Tschernobyl leben, mussten ihre Häuser infolge der Katastrophe von 1986 und des radioaktiven Niederschlags aus Reaktor 4 verlassen. Es wurde eine 30 Kilometer lange Sperrzone um das Kraftwerk eingerichtet. Erhebliche Radioaktivität ist immer noch vorhanden. Und obwohl es als das am stärksten verstrahlte Ökosystem der Erde gilt, gedeiht dort noch Leben.
Vor der Katastrophe lebten rund 2.000 Menschen in Tulgowitschi, einem Dorf innerhalb der Sperrzone. Heute sind es weniger als 10 Menschen, die diesen Ort ihr Zuhause nennen. Wie verändert sich also eine Landschaft, wenn sie plötzlich von Menschen verlassen wird?
Viele Tiere wie diese Bisons wurden auf dem Gelände gesichtet – aber die Frage, ob die Artenvielfalt in dem Gebiet wirklich gedeiht, ist schwer zu beantworten. Wissenschaftler stellen verschiedene Behauptungen auf. Einige argumentieren, dass die hochintensive Strahlung zu einem Rückgang der Anzahl einiger Spinnen- und Insektenarten geführt hat – vor allem in dem stärker kontaminierten Gebiet, in einem 10-Kilometer-Radius um das Kernkraftwerk.
Elche wurden ebenfalls auf dem Gelände beobachtet, ebenso wie wilde Wölfe, Adler und Pferde. Einige Wissenschaftler haben Studien in Frage gestellt, die auf weniger Wildtiere hinweisen, und sagen, dass ihre Besuche in dem Gebiet zeigen, dass die Anzahl der Tiere dort mindestens so hoch ist wie in ähnlichen Lebensräumen außerhalb der Zone – unabhängig von den Strahlungswerten. Bislang gibt es keine quantitative Vergleichsstudie zur Bewertung der Wildtiere.
Da Radioaktivität bekanntermaßen die DNA schädigt, die die genetische Information kodiert, ist es keine Überraschung, dass Tiere in dem Gebiet mit einer höheren Häufigkeit von Tumoren und körperlichen Anomalien gefunden wurden – wie Vögel mit deformierten Schnäbeln. Es wird jedoch berichtet, dass sich einige Vogelarten an die Radioaktivität angepasst haben, indem sie höhere Mengen an Antioxidantien produzieren, die vor genetischen Schäden zu schützen scheinen.
Forscher haben auch untersucht, ob die Strahlung einen Einfluss auf das Verhalten von Tieren hat. Von Spinnen, denen Koffein oder andere Drogen verabreicht wurden, ist bekannt, dass sie ihre Fähigkeit verlieren, geometrisch perfekte Netze zu bauen.
Timothy Mousseau von der University of South Carolina hat die Netze von Tschernobyl-Spinnen mit der Kamera aufgenommen, um zu analysieren, ob die Radioaktivität sie auf ähnliche Weise beeinflussen könnte.
Radioaktivität kann auch weniger sichtbare Auswirkungen auf Lebewesen innerhalb der Sperrzone haben. Um diese aufzudecken, mussten die Forscher anfangen zu graben. Als sie die Häufigkeit von bodengebundenen Tieren untersuchten, fanden sie Regenwürmer, Diplopoden und Oribatidenmilben, die auf das früheste Stadium der Erholung des Ökosystems nach dem radioaktiven Fallout hinweisen.
Auch wenn es zynisch klingen mag, eröffnet die Atomkatastrophe im japanischen Fukushima ein weiteres „Labor“ für Wissenschaftler, um zu untersuchen, wie die Artenvielfalt auf Radioaktivität reagiert. So haben japanische Forscher bereits nachgewiesen, dass Mutationen im Genom des Blassblauen Schmetterlings zu deformierten Flügeln oder Körpern führen.