Da Chernobyl a Fukushima, ecco come le radiazioni mutano la genetica degli esseri viventi

[18 agosto 2014]

A più di tre anni dalla tragedia nucleare di Fukushima Daiichi, le sue drammatiche conseguenze non conoscono tregua, e il Journal of Heredity dell’American Genetic Association ha appena pubblicato 3 studi che sono un preoccupante approfondimento sull’eredità genetica dell’incidente nucleare seguito al maremoto.

Nell’introduzione agli studi (Outcomes of Fukushima: Biological Effects of Radiation on Nonhuman Species), Tomoko Y. Steen  e Timothy Mousseau della Georgetown University, ricordano che dopo il disastro nucleare di  Chernobyl i biologi riuscirono a raccogliere campioni di campioni biologici e dei dati con molto ritardo, cosa che ha comportato una perdita di informazioni importanti sugli effetti delle radiazioni ionizzanti per gli ecosistemi e le popolazioni umane. Per evitare che si ripetesse la stessa cosa per Fukushima Daiichi i biologi giapponesi e la comunità scientifica internazionale hanno avviato studi sugli esiti del disastro nucleare fin dall’estate del 2011 «il massiccio rilascio di radiazioni ionizzanti per aree vicine centrali nucleari possono causare importanti cambiamenti irreversibili degli ecosistemi e gravi danni alla salute umana – ricordano Mousseau e Steen –  e comprendere i rischi e quantificare i risultati di incidenti nucleari è di interesse mondiale».

Lo speciale del Journal of Heredity  mette a confronto i dati e descrive alcune delle sfide degli studi genetici su specie non umane a Chernobyl e Fukushima. »Gli obiettivi di questi progetti in corso sono quelli di individuare le strategie per ulteriori indagini sugli effetti biologici generali delle radiazioni ionizzanti – spiegano i due ricercatori –  nonché per comprendere i risultati genetici più lungo termine dei vari livelli di radiazione». Le ricerche riguardano 3 diversi taxa: piante di riso, farfalle e uccelli.

Precedenti studi sulla genetica ed i sistemi ecologici sulle popolazioni di specie selvatiche a Chernobyl e Fukushima, hanno dimostrato un significativo sviluppo di effetti genetici, fisiologici e sulla salute causati dall’esposizione alle radiazioni ionizzanti. Mousseau e Steen sono convinti che «Le osservazioni a  Fukushima e Chernobyl serviranno come importanti  linee di base per lo sviluppo di studi sugli effetti delle radiazioni ionizzanti nel corso del tempo, dato che per esprimersi alcuni risultati biologici possono richiedere anni o generazioni.  Dai due studi emerge che ci sono notevoli variazioni tra i taxa nella loro apparente sensibilità alle radiazioni ionizzanti, che riflettono differenze comportamentali così come le storie evolutive ed il  background genetico di ciascun gruppo. Già nel 1927  Hermann Joseph Muller aveva  che le radiazioni ionizzanti provoca danni genetici, e che la stragrande maggioranza di tali variazioni sono dannose, ma non abbiamo ancora una piena comprensione dell’impatto e soglie di esposizione alle radiazioni ionizzanti sugli individui delle popolazioni di specie selvatiche.

Nello studio “In Genetic and Ecological Studies of Animals in Chernobyl and Fukushima” Mousseau e  Anders P. Møller, del Laboratoire d’Ecologie, Systématique et Evolution dell’Université Paris-Sud  scrivono che «i pochi studi genetici che sono stati condotti a Chernobyl in genere mostrano tassi elevati di frequenza dei danni e di mutazioni genetici. Tutti i principali gruppi tassonomici studiati (ad esempio, uccelli, api, farfalle, cavallette, libellule, ragni, mammiferi) mostrano dimensioni delle popolazioni ridotte nelle aree  altamente radioattive della zona di esclusione di Chernobyl». I censimenti della popolazione di uccelli, farfalle e cicale realizzati a Fukushima suggeriscono che l’abbondanza delle popolazioni di specie selvatiche presenti è negativamente influenzata dall’esposizione a contaminanti radioattivi, mentre altri gruppi, come  libellule, cavallette, api, ragni, non hanno mostrato  diminuzioni significative, almeno durante la prima estate dopo il disastro.  Secondo i due ricercatori  attualmente non ci sono sufficienti informazioni per gruppi diversi di insetti e uccelli per valutare gli effetti sulla loro life history e che «Le differenze osservate tra Fukushima e Chernobyl possono riflettere i diversi tempi di esposizione e il significato accumulo di mutazioni  multigenerazionali a Chernobyl rispetto a Fukushima. Nella loro apparente sensibilità alle radiazioni, c’è una notevole variazione tra i taxa e questo si riflette su parte della  life history, la fisiologia, il comportamento e la storia evolutiva. È interessante notare che, per gli uccelli, diminuzione della popolazione a Chernobyl può essere previsto dai tassi di sostituzione storici dei  DNA base-pair mitocondriali che potrebbero rispecchiare l’intrinseca capacità di riparazione del DNA.

Nell’altro studio, “Fukushima’s Biological Impacts: The Case of the Pale Grass Blue Butterfly” un team di 4 ricercatori  (Taira, Nohara, Hiyama e Otaki), del dipartimento di chimica, biologia e scienze marine dell’università giapponese delle Ryukyu, valuta gli effetti della catastrofe nucleare di Fukushima Daichi nella zona intorno alla centrale studiando la Zizeeria maha, la farfalla più comune in Giappone e giungono a risultati tanto importanti quanto preoccupanti: le farfalle mostrano sia una diminuzione delle dimensioni delle ali anteriori, alti tassi di mortalità ed alti tassi di anomalie sia negli adulti che nelle larve. Secondo i ricercatori giapponesi, «In quasi tutte le località, i tassi di anormalità osservati nel settembre 2011 sono stati superiori a quelli osservati nel  maggio 2011, il che implica un accumulo transgenerazionale dei danni genetici. Alcune delle caratteristiche anomale nel generazione F 1 sono stati ereditati dalla generazione F 2 . In particolare in un incrocio, l’F 2, il tasso di anormalità è arrivato al 57%>. La riduzione delle dimensioni delle ali anteriori e gli alti livelli di mortalità e anormalità sono stati riprodotti in test di laboratorio su larve.

«Abbiamo osservato – scrivono i ricercatori – la possibile evoluzione in tempo reale della resistenza alla radiazione nelle farfalle di Fukushima, che, in retrospettiva, indica che sono necessari tentativi di campionamento sul campo nelle primissime fasi degli incidenti nucleari per capire quali sono le regioni inquinate» dicono i ricercatori e sono convinti che «La raccolta dei dati fenotipici sul campo e la loro riproduzione in laboratorio dovrebbe essere la base del progetto sperimentale per dimostrare gli effetti biologici degli inquinanti ambientali e per studiare i meccanismi molecolari responsabili di questi effetti».

Nel terzo studio (Unraveling Low-Level Gamma Radiation–Responsive Changes in Expression of Early and Late Genes in Leaves of Rice Seedlings at litate Village, Fukushima) un folto team di ricercatori spiega: «Nell’estate del 2012, un anno dopo l’incidente nucleare del  marzo 2011 presso la centrale nucleare di Fukushima Daiichi, abbiamo esaminato gli effetti delle radiazioni gamma sul riso in un settore altamente contaminata del villaggio di Iitate a Fukushima, Giappone». Il team ha studiato i cambiamenti morfologici e molecolari su piantine di riso sane esposte ad un continuo basso dosaggio di radiazioni gamma fino a 4 µSv h−1, circa 80 volte superiore a quelle del livello di fondo naturale». Dopo l’esposizione ai raggi gamma, sono stati analizzati i  geni coinvolti nella replicazione/riparazione del  DNA, lo stress ossidativo, la fotosintesi e le funzioni difensive/stress. «Ad esempio – scrivono i ricercatori – l’ OsPCNA mRNA è rapidamente aumentato in  6, 12 e 24 ore, suggerendo che le cellule del riso abbiano risposto alle sollecitazioni alle radiazioni attivando un gene coinvolto nei meccanismi di riparazione del DNA». Alla 72esima ora  i geni legati al percorso fenilpropanoide ( OsPAL2 ) ed alla morte cellulare (OsPR1oa ) erano  fortemente indotti, indicando l’attivazione di risposte di difesa/stress».

Quindi le cellule dei riso rispondono all’esposizione ai raggi gamma, e la ricerca sulla reazione dei suoi geni fornisce nuove informazioni sui nuovi processi che regolano la crescita e la vita del riso.

Insomma, se ce ne fosse stato ulteriore bisogno, i tre studi dimostrano i pesanti effetti del nucleare sulla vita, dalle rondini alle farfalle, al riso, con pesanti modifiche genetiche di intere generazioni. Il confronto tra Chernobyl e Fukushima dimostra che il rischio dura per decenni e si moltiplica e potenzia. Seguendo, mutando e indebolendo la complessa rete della vita.