Radiazioni ionizzanti: le mutazioni sugli animali

Le radiazioni ionizzanti – quali sono per definizione quelle emesse dall’inquinamento o contaminazione radioattiva – hanno proprietà mutageniche, ovvero modificano il DNA delle cellule, la macromolecola che contiene l’informazione genetica degli organismi viventi.

Tutta la vita sulla Terra e negli oceani vive con l’esposizione a livelli naturali di radiazioni ionizzanti e la maggior parte di questi danni genetici vengono riparati naturalmente, ma l’aggiunta di radiazioni umane può rendere più difficile per il corpo riparare i geni danneggiati, dando luogo a mutazioni spesso “bizzarre” nella discendenza, cioè nella prole nel caso degli animali.

Un tasso di mutazioni di fondo avviene costantemente in ogni specie, anche in aree non contaminate, ma ad un tasso molto inferiore rispetto a quelle contaminate da radioattività. Quindi, la maggior parte delle varianti genetiche sono già state provate. La grande parte di esse sono neutrali o leggermente deleterie. Se una certa mutazione offrisse un vantaggio, sarebbe già presente nella popolazione.

Dosi elevate di radiazioni ionizzanti causano mortalità o riduzione del potenziale riproduttivo delle forme viventi, ma dosi minori preoccupano ugualmente per i possibili effetti sulla genetica degli animali che vengono esposti. I maggiori incidenti avvenuti nelle centrali nucleari permettono di studiare questo tipo di  effetti nell’ambiente naturale, non in quello artificiale di un laboratorio.

Gli effetti prodotti dagli incidenti nucleari sulla fauna selvatica sono notevoli e chiaramente visibili, come testimoniano in particolare le ricerche dei biologi che hanno trascorso anni a raccogliere insetti, uccelli e topi mutanti nei pressi delle centrali nucleari di Chernobyl (Ucraina) e di Fukushima (Giappone), studiando anche gli effetti dell’elevata radioattività su alberi e piante.

Ad esempio, i macachi giapponesi rimasti nell’area di Fukushima dopo l’incidente sono risultate, secondo una ricerca pubblicata su Nature, microcefale, cioè hanno un cranio più piccolo del normale, e hanno anche corporature più minute. Un effetto simile si era osservato anche a Hiroshima e Nagasaki, dove gli embrioni ed i feti esposti nell’utero davano origine a soggetti che pesano di meno e microcefali.

Inoltre, queste scimmie hanno mostrato alti livelli di cesio nei muscoli e soffrono di anemia, ovvero hanno bassi livelli di emoglobina nel sangue. I ricercatori hanno trovato, in particolare, una correlazione fra l’abbassamento dei livelli di emoglobina e l’aumento della concentrazione del materiale radioattivo nei muscoli. Ciò era accaduto anche nel caso dei bambini di Chernobyl.

In entrambi gli incidenti, è risultato inoltre molto evidente che gli animali deformi sono molto più prevalenti nelle aree di alta contaminazione, anche se la radioresistenza varia da specie e specie. I tipi di mutazione riscontrabili sono tanti: ad esempio, a un coleottero mutante può mancare un occhio oppure esserne cresciuto uno in più, una lucertola può avere due teste o due code, e così via.

Le uova e le larve degli organismi marini sono altamente sensibili alla radiazione ionizzante, in quanto gli atomi radioattivi possono sostituire altri atomi nei loro corpi, causando un’esposizione alle radiazioni che alla lunga può alterare il loro DNA e trasmetterlo alla progenie. La maggior parte degli organismi deformi non sopravvivono, ma alcuni possono passare le anomalie alla generazione successiva.

In entrambi i casi, l’esposizione alle radiazioni potrebbe danneggiare la capacità della popolazione di sopravvivere a lungo termine. Tuttavia, di solito le perdite temporanee locali di una data specie sono compensate dall’immigrazione di individui della medesima specie provenienti dalle aree circostanti che potrebbero essere state influenzate in misura minore dalla contaminazione.

L’impatto della radiazione sui tassi di mutazione, cancro e mortalità risulta variare molto da specie a specie. Ma, statisticamente, c’è una semplice relazione dell’effetto con la dose: piccola dose, piccolo effetto; grande dose, grande effetto. Inoltre, non sembra esserci una soglia al di sotto del quale non esiste alcun effetto, ovvero per la quale il rischio cancerogeno e mutageno indotto è zero.

È interessante notare che gli organismi che vivono in natura sono molto più sensibili alla radiazione rispetto agli animali da laboratorio: confrontando i topi in laboratorio ed i topi in natura, esposti a livelli identici di radiazioni ionizzanti, il tasso di mortalità tra i topi selvatici è di otto o dieci volte maggiore. Ciò perché gli animali da laboratorio sono protetti da molti fattori di stress, come il freddo o la fame.

Per quanto riguarda le piante e gli alberi, è possibile raccogliere molti pollini deformi e vedere molti alberi deformi. I pini mostrano spesso anomalie della forma di crescita, anche in aree normali senza contaminazione da radionuclidi. A volte è un’infestazione di insetti, a volte un forte congelamento avvenuto al momento sbagliato, ma si possono trovare anomalie simili ovunque.

Nel corso di tempi molto lunghi, via via che gli agenti mutageni scompariranno, ci si aspetta che le popolazioni animali e vegetali ritornino alla normalità. I radionuclidi, infatti, decadono lentamente nel tempo, di conseguenza le mutazioni diventano meno frequenti e le popolazioni sane animali e vegetali ricolonizzano i siti oggi contaminati, ristabilendo la situazione genetica quo ante.

L’incidente di Chernobyl è stato un incendio nucleare e un evento di fissione durata per 10 giorni, ed ha causato lo spargimento di isotopi dello stronzio, dell’uranio e del plutonio. Questi hanno lunghi periodi di vita, per cui tante aree resteranno pericolose per secoli, finanche per migliaia di anni. L’incidente di Fukushima ha in gran parte rilasciato radionuclidi di cesio, che hanno un’emivita relativamente breve (30 anni per il cesio-137). La zona si decontaminerà in modo naturale in un paio di secoli.

Alcune mutazioni potrebbero persistere per un po’ nella popolazione, se sono utili al suo adattamento nella fase attuale. Per esempio, ora c’è una pressione selettiva per gli animali le cui cellule producono un carico di antiossidanti più elevato, che li rende più resistenti agli effetti delle radiazioni ionizzanti. Ma questa protezione aggiuntiva ha un “costo” dal punto di vista metabolico. Pertanto, dopo che i livelli di radiazione saranno diminuiti, queste varianti verranno eliminate dalla popolazione.

Dove le cose si complicano è quando le mutazioni dannose sono recessive, cioè quando ci vogliono due copie – una per ogni cromosoma – per il manifestarsi della mutazione. Molte mutazioni rientrano in questa categoria. Possono accumularsi nelle popolazioni proprio perché non si manifestano fino a quando due copie non entrano nello stesso individuo, una da parte della madre, l’altra da quella del padre.

A causa di questo effetto, le popolazioni possono essere influenzate da tali mutazioni per molte generazioni anche dopo che il mutageno è stato rimosso e pure attraverso la dispersione delle mutazioni in questione in popolazioni che non sono mai state colpite direttamente dal mutageno.

A quest’ultimo riguardo, va sottolineato che, insieme agli incendi ed al vento, gli animali – ad esempio gli uccelli, i cinghiali, etc. – contribuiscono alla diffusione dei radionuclidi a lunghe distanze dalla sorgente della contaminazione. Tuttavia, è improbabile che ciò avvenga in quantità sufficienti per causare effetti misurabili nelle persone, a meno che, ovviamente, non mangino questi animali.

 

Riferimenti bibliografici:

• Nuclear accidents make mutant bugs and birds, http://www.dw.com/en/nuclear-accidents-make-mutant-bugs-and-birds/a-19098683

• Radiation in Japan Seas: Risk of Animal Death, Mutation?, https://news.nationalgeographic.com/news/2011/03/110331-japan-radiation-health-mutations-nuclear-animals-ocean-science-world/