De grootste kernramp in de geschiedenis vond meer dan 30 jaar geleden plaats in de kerncentrale van Tsjernobyl in wat toen nog de Sovjet-Unie was. Door de meltdown, de explosies en de nucleaire brand die tien dagen lang duurde, kwamen enorme hoeveelheden radioactiviteit in de atmosfeer terecht en werden grote delen van Europa en Eurazië besmet. De Internationale Organisatie voor Atoomenergie schat dat Tsjernobyl 400 keer meer radioactiviteit in de atmosfeer heeft gebracht dan de bom die in 1945 op Hiroshima werd gegooid.
Radioactief cesium uit Tsjernobyl kan vandaag de dag nog steeds in sommige voedingsmiddelen worden aangetroffen. En in delen van Midden-, Oost- en Noord-Europa bevatten veel dieren, planten en paddestoelen nog zo veel radioactiviteit dat ze onveilig zijn voor menselijke consumptie.
De eerste atoombom ontplofte meer dan 70 jaar geleden in Alamogordo, New Mexico. Sindsdien zijn er meer dan 2000 atoombommen getest, waarbij radioactieve stoffen in de atmosfeer zijn gebracht. En er zijn meer dan 200 kleine en grote ongelukken gebeurd met nucleaire installaties. Maar deskundigen en belangengroepen voeren nog steeds felle discussies over de gevolgen van radioactiviteit voor de gezondheid en het milieu.
Hoewel populatiebiologen in het afgelopen decennium aanzienlijke vooruitgang hebben geboekt bij het documenteren van de invloed van radioactiviteit op planten, dieren en microben. Mijn collega’s en ik hebben deze effecten geanalyseerd in Tsjernobyl, Fukushim en natuurlijk radioactieve gebieden op aarde.
Onze studies verschaffen nieuwe fundamentele inzichten in de gevolgen van chronische, multigenerationele blootstelling aan lage-dosis ioniserende straling. Het belangrijkste is dat we hebben ontdekt dat individuele organismen op verschillende manieren door straling worden beschadigd. De cumulatieve effecten van deze verwondingen resulteren in kleinere populaties en een verminderde biodiversiteit in gebieden met veel straling.
Brede gevolgen in Tsjernobyl
Blootstelling aan straling heeft genetische schade en verhoogde mutatiecijfers veroorzaakt in veel organismen in de regio Tsjernobyl. Tot nu toe hebben we weinig overtuigend bewijs gevonden dat veel organismen daar evolueren om beter bestand te zijn tegen straling.
De evolutionaire geschiedenis van organismen kan een grote rol spelen bij het bepalen hoe kwetsbaar zij voor straling zijn. In onze studies behoren soorten die in het verleden een hoog mutatiepercentage hebben vertoond, zoals de boerenzwaluw (Hirundo rustica), de ijsmus (Hippolais icterina) en de grauwe klauwier (Sylvia atricapilla), tot de soorten met de grootste kans op een afname van de populatie in Tsjernobyl. Onze hypothese is dat soorten verschillen in hun vermogen om DNA te repareren, en dat dit van invloed is op zowel het aantal DNA-substituties als de gevoeligheid voor straling van Tsjernobyl.
Net als menselijke overlevenden van de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki, hebben vogels en zoogdieren in Tsjernobyl staar in hun ogen en kleinere hersenen. Dit zijn directe gevolgen van de blootstelling aan ioniserende straling in lucht, water en voedsel. Net als sommige kankerpatiënten die bestralingstherapie ondergaan, hebben veel van de vogels misvormd sperma. In de meest radioactieve gebieden is tot 40% van de mannelijke vogels volledig steriel, zonder sperma of met slechts enkele dode zaadcellen in hun voortplantingsorganen tijdens het broedseizoen.
Tumoren, vermoedelijk van kanker, zijn duidelijk bij sommige vogels in gebieden met veel straling. Hetzelfde geldt voor ontwikkelingsstoornissen bij sommige planten en insecten.
Gezien het overweldigende bewijs van genetische schade en verwonding van individuen, is het niet verrassend dat populaties van veel organismen in sterk besmette gebieden zijn geslonken. In Tsjernobyl waren alle belangrijke groepen dieren die we onderzochten minder talrijk in meer radioactieve gebieden. Hieronder vallen vogels, vlinders, libellen, bijen, sprinkhanen, spinnen en grote en kleine zoogdieren.
Niet elke soort vertoont hetzelfde patroon van achteruitgang. Veel soorten, waaronder wolven, vertonen geen effecten van straling op hun populatiedichtheid. Enkele vogelsoorten blijken talrijker te zijn in meer radioactieve gebieden. In beide gevallen kunnen de hogere aantallen het gevolg zijn van het feit dat er voor deze soorten minder concurrenten of roofdieren zijn in sterk radioactieve gebieden.
Bovendien zijn uitgestrekte gebieden van de exclusieve zone van Tsjernobyl momenteel niet zwaar besmet en lijken ze een toevluchtsoord te vormen voor veel soorten. Een in 2015 gepubliceerd rapport beschreef dat wilde dieren zoals wilde zwijnen en elanden floreren in het Tsjernobyl-ecosysteem. Maar bijna alle gedocumenteerde gevolgen van straling in Tsjernobyl en Fukushima hebben uitgewezen dat individuele organismen die aan straling zijn blootgesteld, ernstige schade lijden.
Er kunnen uitzonderingen zijn. Zo kunnen stoffen die antioxidanten worden genoemd bescherming bieden tegen de schade aan DNA, eiwitten en lipiden die door ioniserende straling wordt veroorzaakt. Het gehalte aan antioxidanten in het lichaam kan een belangrijke rol spelen bij het beperken van de schade door straling. Er zijn aanwijzingen dat sommige vogels zich aan straling hebben aangepast door de manier waarop zij antioxidanten in hun lichaam gebruiken te veranderen.
Parallellen in Fukushima
We hebben de geldigheid van onze Tsjernobyl-studies getest door ze te herhalen in Fukushima, Japan. Bij de stroomuitval en kernsmelting in 2011 van drie kernreactoren daar kwam ongeveer een tiende van de hoeveelheid radioactief materiaal vrij als bij de ramp in Tsjernobyl.
In het algemeen hebben we vergelijkbare patronen gevonden in de afname van het aantal en de diversiteit van vogels, hoewel sommige soorten gevoeliger zijn voor straling dan andere. Ook bij sommige insecten, zoals vlinders, is een achteruitgang geconstateerd, die het gevolg kan zijn van de opeenstapeling van schadelijke mutaties over meerdere generaties.
Onze studies in Fukushima hebben baat gehad bij meer verfijnde analyses van de stralingsdoses die dieren hebben ontvangen. In één artikel hebben we samen met radio-ecologen een reconstructie gemaakt van de doses die zo’n 7000 vogels hebben ontvangen. De parallellen die we hebben gevonden tussen Tsjernobyl en Fukushima leveren sterk bewijs dat straling de onderliggende oorzaak is van de effecten die we op beide locaties hebben waargenomen.
Sommige leden van de stralingsregulerende gemeenschap zijn traag geweest om te erkennen hoe nucleaire ongelukken schade hebben toegebracht aan in het wild levende dieren. Zo heeft het door de VN gesponsorde Tsjernobyl-forum het idee aangewakkerd dat het ongeval een positief effect heeft gehad op levende organismen in de uitsluitingszone vanwege het ontbreken van menselijke activiteiten. Een rapport uit 2013 van het Wetenschappelijk Comité van de Verenigde Naties inzake de gevolgen van atoomstraling voorspelt minimale gevolgen voor de biota dier en plant van de regio Fukushima.
Gelukkig genoeg waren deze officiële beoordelingen grotendeels gebaseerd op voorspellingen van theoretische modellen, niet op directe empirische waarnemingen van de planten en dieren die in deze regio’s leven. Op basis van ons onderzoek en dat van anderen is nu bekend dat dieren die onder alle stressfactoren in de natuur leven, veel gevoeliger zijn voor de effecten van straling dan eerder werd aangenomen. Hoewel veldstudies soms niet de gecontroleerde omgeving hebben die nodig is voor nauwkeurige wetenschappelijke experimenten, compenseren zij dit met een realistischer beschrijving van natuurlijke processen.
Onze nadruk op het documenteren van stralingseffecten onder “natuurlijke” omstandigheden met behulp van wilde organismen heeft veel ontdekkingen opgeleverd die ons zullen helpen ons voor te bereiden op het volgende nucleaire ongeval of daad van nucleair terrorisme. Deze informatie is absoluut noodzakelijk als wij het milieu willen beschermen, niet alleen voor de mens, maar ook voor de levende organismen en de ecosysteemdiensten die al het leven op deze planeet in stand houden.
Er zijn momenteel meer dan 400 kernreactoren in bedrijf over de hele wereld, terwijl er 65 nieuwe in aanbouw zijn en nog eens 165 in bestelling of gepland zijn. Alle in bedrijf zijnde kerncentrales produceren grote hoeveelheden kernafval dat nog duizenden jaren zal moeten worden opgeslagen. Gezien dit feit en de waarschijnlijkheid van toekomstige ongevallen of nucleair terrorisme is het van belang dat wetenschappers zoveel mogelijk te weten komen over de effecten van deze verontreinigende stoffen in het milieu, zowel voor het verhelpen van de gevolgen van toekomstige incidenten als voor een op bewijzen gebaseerde risicobeoordeling en de ontwikkeling van een energiebeleid.