Che cos’è la Radioecologia?

A due anni e mezzo dallo tsunami che ha causato l’incidente alla centrale nucleare di Fukushima, dove si è verificata la fusione del nocciolo in tre reattori, la situazione è ancora lontana dallo stabilizzarsi. La TEPCO, compagnia proprietaria dell’impianto, non riesce ancora ad arrestare la fuoriuscita di acque contaminate, che si stanno lentamente versando nell’Oceano.

Puoi ripercorrere gli eventi principali del disastro nucleare avvenuto nel marzo 2011 nel nostro approfondimento Speciale terremoto in Giappone.

Oltre a innescare uno stato di allerta sanitaria per la popolazione, gli incidenti nucleari hanno anche profonde conseguenze ambientali. La disciplina che studia gli effetti della radioattività sugli ecosistemi è la radioecologia, che oggi impiega un numero relativamente ristretto di ricercatori, impegnati sul campo soprattutto a Chernobyl e Fukushima. Ne parliamo con Andrea Bonisoli-Alquati, ricercatore post-doc al laboratorio del Professor Tim Mousseau della University of South Carolina (USA), i cui studi riguardano appunto i teatri di questi due incidenti.

In quali modi un incidente nucleare può interferire con l’ecosistema?
In un incidente nucleare si verifica il rilascio incontrollato nell’ambiente di radionuclidi, cioè di elementi radioattivi. Questi elementi possono suscitare tossicità acuta sia nel breve periodo, come tanti altri contaminanti chimici, sia avere effetti a lungo termine sulle popolazioni di diverse specie.
I radioecologi sono interessati principalmente a quest’ultima categoria di effetti, cioè alle conseguenze ecologiche di lungo periodo. Sappiamo infatti che le radiazioni, anche a basse dosi, hanno sul DNA effetti di due tipi: da una parte le radiazioni danneggiano la molecola direttamente, dall’altra esse creano nel citoplasma delle cellule radicali liberi e altre specie chimiche altamente reattive in grado di generare stress ossidativo, a sua volta causa di alterazioni del DNA. Attraverso la riproduzione, il DNA mutato dalle radiazioni viene trasmesso alla progenie, e in questo modo gli effetti si propagano attraverso le generazioni.

Il cesio 137 è il principale radioisotopo che si diffonde nei disastri nucleari: le f.a.q. dell’EPA (Environmental Protection Agency, Stati Uniti) e le mappe di deposizione per Chernobyl e Fukushima sul sito del CEREA (Centre d’Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique, Francia).

Come si studiano gli effetti di un incidente nucleare sull’ambiente?
Visto che gli effetti fisiologici delle radiazioni variano a seconda della specie, per far emergere un quadro d’insieme che sia il più completo possibile i radioecologi mettono sotto la propria lente d’ingrandimento diversi tipi di organismi: si studiano in particolare uccelli, mammiferi e insetti, ma anche piante, funghi e licheni.
La rondine (Hirundo rustica), per esempio, è uno degli organismi più studiati a Chernobyl: nidificando sempre negli stessi luoghi è infatti facile da catturare e ricatturare più volte, così è possibile osservarla con una periodicità molto precisa. Gli animali vengono catturati, identificati, misurati, sottoposti a prelievi di campioni biologici (sangue, plasma, sperma, penne) e infine liberati.  Per misurare l’esposizione diretta alle radiazioni, inoltre, di recente sono stati applicati agli individui di diverse popolazioni di uccelli dei dosimetri simili a quelli che utilizzano i professionisti di radiomedicina.
Al ritorno in laboratorio comincia poi l’analisi dei dati e dei campioni raccolti, grazie all’impiego di diverse tecniche e strumentazioni. A livello cellulare, per esempio, alcune aberrazioni sono visibili al microscopio, mentre per trovare le molecole che causano stress ossidativo (come perossidi, superossidi e radicali liberi) si utilizza la spettrometria di massa. Per valutare il danno genetico vero e proprio è necessario invece sottoporre il DNA contenuto nelle cellule a elettroforesi: dal momento che le radiazioni tendono a rompere la molecola di DNA, applicando un campo elettrico è possibile separare dal nucleo i frammenti di filamento frutto di quei danni, e quantificarne poi l’entità grazie all’applicazione di un colorante che ne permette la visualizzazione in microscopia a fluorescenza.

Molti isotopi radioattivi sono naturalmente presenti nell’ambiente e gli scienziati se ne servono per studiare l’inquinamento, come viene mostrato in questo video della IAEA, l’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica.

Che cosa è stato scoperto a Chernobyl e Fukushima?
A Chernobyl abbiamo scoperto che più è alto il livello delle radiazioni, più gli uccelli sviluppano cervelli più piccoli della norma. Sempre negli uccelli si registra un aumento di tumori, albinismo parzialecataratte. Inoltre, dal momento che le radiazioni influiscono sulla mortalità in modo non omogeneo tra i due sessi, sono cambiati anche i rapporti tra maschi e femmine nelle popolazioni: per esempio, la sopravvivenza degli adulti di rondine in aree contaminate è ridotta del 24% per i maschi, ma di ben il 57% nelle femmine, così si registra un eccesso di individui di sesso maschile. Sia tra gli uccelli, sia tra gli insetti ci sono inoltre anomalie morfologiche, tipicamente asimmetrie, anch’esse compatibili con l’effetto delle radiazioni.
Nel caso di Fukushima, al momento gli studi sugli uccelli non hanno evidenziato le stesse anomalie morfologiche e fisiologiche, mentre farfalle e libellule presentano diverse mutazioni. Grazie ai censimenti al canto e con reti, possiamo inoltre dire che sia nel territorio di Fukushima, che nell’area di Chernobyl, le popolazioni di diverse specie di uccelli sono diminuite, così come il numero delle specie presenti.

Andrea Bonisoli-Alquati si è recato più volte a Chernobyl per svolgere la sua attività di ricerca. Chernobyl. Non puoi vedere la radiazione è uno dei suoi reportage fotografici.


Come è possibile contenere gli effetti delle radiazioni?
La radioecologia non si occupa direttamente di procedure di bonifica e decontaminazione. Quello che siamo in grado di dire, tuttavia, è che queste pratiche di contenimento dovrebbero tenere in considerazione anche gli studi di ecologia evoluzionistica, che purtroppo al momento sono molto ridotti. In altre parole, a livello ecologico ed evolutivo conosciamo molto poco l’impatto delle radiazioni. Queste conoscenze, invece, sarebbero fondamentali per imparare a fronteggiare la situazione non solo a Chernobyl e a Fukushima, ma anche in casi meno noti. In sostanza, il modo migliore per capire come arginare gli effetti delle radiazioni è continuare a fare ricerca.

Per studiare gli effetti a lungo termine delle radiazioni sulle popolazioni, la University of South Carolina porta avanti dal 1998 la Chernobyl Research Initiative e dal 2011 ha esteso le ricerche al territorio di Fukushima.

Per la lezione

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