核泄漏十年后的日本福岛:变成野生动物的天堂

美国佐治亚大学最新研究称,日本福岛核泄漏事件带来一场灾难,该地区一片荒芜,没有人类生活的迹象,但是现今10年过去了,这里变成了野生动物的天堂,存在着大量种类繁多的野生动物。

一份基于相机记录的研究报告发表在《生态与环境前沿期刊》上,该研究报告称,日本福岛26.7万多张野生动物照片记录了20余种动物,包括:野猪、日本野兔、猕猴、野鸡、狐狸、狸(狐狸的近亲物种)等。

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  佐治亚大学野生动物生物学家詹姆斯•比斯利(James Beasley)说:“切尔诺贝利和福岛核事故发生数年之后,科学界和公众非常关注该区域野生动物的生存状况,希望了解核辐射对野生动物构成怎样的影响。”

之前一些研究报告揭晓了切尔诺贝利核电站野生动物生存状况,近期科学家也开始关注核泄漏事件发生10年之后的日本福岛。

比斯利表示,我们的研究结果首次证实,尽管福岛存在着辐射污染,但在疏散区,仍有大量野生动物生存,并且种类达到20多种。相机拍摄到人类疏散区存在与人类发生冲突的物种,尤其是野猪,这表明当人类撤离之后,这些物种数量大幅增加。

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图中是一只正在觅食的狸。

福岛大学环境放射性研究所教授托马斯•辛顿(Thomas Hinton)等人在福岛发现具有生物多样性的3个区域,相关摄影数据来自3个区域的106个拍摄点,这3个区域是:高辐射污染的无人区;中等辐射污染的人类活动限制区;较低环境辐射污染的人类可居住区。

在相机观察的120天里,相机拍摄了4.6万张野猪照片,其中2.6万张是在无人区拍摄的,1.3万张是在人类活动限制区拍摄的,0.7万张是在人类可居住区拍摄的。

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日本鬣羚是一个例外,它是一种类似山羊的哺乳动物,平时会远离人类,但在福岛有人居住的高地区域频繁发现它们的活动踪迹,研究人员称,这可能是一种动物行为调整,鬣羚会避开疏散区数量较多的野猪。

  在无人区和人类活动限制区拍摄次数较多的其他物种包括:浣熊、日本貂和日本猕猴。辛顿指出,最新研究报告并不是对动物健康的评估分析,仅是对该区域野生动物种群的观察记录。这项研究具有重要作用,其调查了核辐射对野生动物种群的影响,而此前大多数研究都是观察分析对单个动物的辐射危害,在此次研究中无人区作为研究控制区,尽可能减少人类进入次数。

科学家称,虽然之前没有关于疏散区野生动物数量的统计,但其与人类可居住区的地理位置和地形相似,因此该区域是最佳观察地点。

研究小组还评估了其他变量的影响:与主道的距离、相机记录的活动时间、植被类型和海拔高度等。比斯利说:“从山地至沿海栖息地,地形各不相同,我们知道这些栖息地存在着不同类型的物种,为了考虑这些因素,我们在分析中加入了栖息地和景观属性,例如:海拔高度等。”

基于这些分析,我们的研究结果显示,人类活动水平、海拔高度和栖息地类型是影响物种数量的主要因素,而不是辐射等级。

研究结果表明,大多数物种的活动模式与已知行为模式一致,浣熊是夜行动物,它们在晚上更活跃,而野鸡是白天活动的动物,白天更活跃。然而,在无人区的野猪比人类可居住区的野猪更加活跃,该物征显示它们可能在没有人类活动的情况下会改变自己的行为方式。

但是日本鬣羚是一个例外,它是一种类似山羊的哺乳动物,平时会远离人类,但在福岛有人居住的高地区域频繁发现它们的活动踪迹,研究人员称,这可能是一种动物行为调整,鬣羚会避开疏散区数量较多的野猪。

 

 

同样核泄漏的切尔诺贝利究竟是一片辐射笼罩的废土荒地,还是一个万物繁盛的后核天堂?目前的科学研究对此尚无定论。基因突变和其他核污染的负面影响程度仍在辩论之中。

距北乌克兰切尔诺贝利核事故已过去了35年。如今,新闻报道常常把这片土地描绘成野生动物的天堂。在照片中,我们能看到游荡于废弃城镇建筑之中的狐狸和在人类永久性撤离后种群壮大的野牛野马们。不过,在一部分科学家的眼中,大自然并没有看上去的那么安定祥和。

事实上,就切尔诺贝利周遭微生物、真菌、动植物的健康状况,科学界正在展开一场激烈的辩论。有些科学家用人类离开后繁荣生长的野生动物为例,主张残留放射性污染的健康威胁并不显著;其他科学家却发现核放射对生物健康状况及多度产生的影响大多是负面的,不论是鸟类还是哺乳动物,在污染越重的地方都数量更小。近几年间,这场辩论的激烈程度有增无减。

归根结底,用David Copplestone的话说,“这些研究都总有一些可信的地方”——他是苏格兰斯特灵大学的一名放射生态学家。问题的关键在于如何解读现象。这场辩论的核心并不是“长期放射对生物有没有负面影响”,而是“这些负面影响什么时候才算是显著”。虽然切尔诺贝利周围的放射线强度自事故以来直线上升,但是重占地盘的生物们所经受的慢性放射污染却是低强度的。

搞清楚放射污染究竟有没有危害——如果有,是何种、多大的危害——非常重要,因为它不仅可以让我们了解到史上最大的这场核事故怎样改变了环境,还可以让我们了解长期、低强度的放射性污染通常会对生物产生什么影响。检视不同科学家得出截然相反结论的原因、思考新研究可以为这场辩论带来什么样的启发,或许就会让我们离最终答案越来越近。

短期放射性后果

1986年四月,切尔诺贝利核电厂其中一个核子反应炉的一次安全系统检测完全失控,爆炸将大量的残骸和放射性原子(或称放射性同位素)喷射到空中,并在接下来的几天内释放了可能比广岛原子弹爆炸多出几百倍的辐射。在现场短时间内吸入超过13400毫希沃特(辐射计量单位,人体能够接受的正常辐射量为每年1.5-3.5毫希沃特)后,二十多位应急人员在数月内丧生。在接下来的数十年内,数千名疑似当时吸入了较少量放射元素的儿童与青少年患上了甲状腺癌,幸运的是,这种癌症通常并不致命。

图片[4]-核泄漏十年后的日本福岛:变成野生动物的天堂

1986年,切尔诺贝利核电站一次失败的安全测试导致了爆炸和巨大的核辐射泄漏。据估算,这场意外泄漏的辐射量是二战期间广岛原子弹的几百倍。

当地的动植物群落同样在起初的惨剧中饱受打击。多达600公顷的松树成片死亡,栖息其中的许许多多的哺乳动物和无脊椎动物也无法幸免。如今,枯木残骸所在的地区被称为“红色森林”。事故发生至今,核电站周围四千多平方千米的隔离区依旧罕有人迹。

随着时间的流逝,最为危险的放射性同位素衰变之后,这一片区域的环境便不再那么严酷了。举例来说,放射性同位素碘-131在1986年的夏天就已衰变殆尽,剩下衰变更慢的铯-137和锶-90不均匀地分布在这片区域的泥土、植物、真菌和动物之中。现在,区域中的辐射强度通常低于会导致急性辐射病的程度,其具体数值高可达红色森林中的每小时0.4毫希沃特(比背景基值高出几千倍,依旧危险)、低则可以比一般基值辐射强度还要低。

据俄勒冈州立大学专攻放射生态学的保健物理学家Kathryn Higley解释,一般环境之中的放射性辐射并不总是有害的,因为生物体内都有阻止、修复轻度损伤的生理机制。然而,当强度上升,放射性辐射是何时、如何在不同生物体内累积成健康威胁的问题,我们依旧知之甚少。切尔诺贝利周遭辐射强度参差不齐的核污染地带创造了不可多得的机会,来让我们寻求问题的答案。

不过,研究切尔诺贝利的核辐射生态系统也是一个非比寻常的挑战。据Higley说,尽管科学家们知道辐射会如何影响一个单独的细胞(比如,通过诱发基因突变、或者一种名为氧化应激的分子损伤),想要预测这对一个生物体在寿命跨度上的影响依旧很难。即使这些影响真的少量地存在,对其进行具体分析更是难上加难,因为在现实中,生态系统中既存的作用和影响已经十分繁杂。尽管如此,她表示:“这恰恰是人们当下最关注的点。”

图片[5]-核泄漏十年后的日本福岛:变成野生动物的天堂

生活中,我们不可避免地会受到一些辐射。这张图体现了日常正常生活和核事故中,人们会经历的辐射强度。注意,每向上一个等级,辐射强度增加十倍。

数据上的熔断

本世纪初,当切尔诺贝利地区活跃的野生动物们第一次被在世界范围内报道时,科学家们将此现象归因于人类的离开。可是一起组队研究这片土地上鸟类的两名演化生物学家——法国巴黎-萨克雷大学的Anders Møller和美国南卡罗来纳大学的Timothy Mousseau——却有不同的见解。他们的研究发现,有些鸟类在辐射强度更高的地区呈现出更多的遗传突变现象、脑容量更小、并且精子活跃度更低。在2007年的时候,他们还发现,相比于一般水平值地区,辐射强度高的地区鸟类的个体数量少了66%、物种数量少了50%。

在他们的许多其它研究中,两位科学家们也曾指出,在辐射更强的区域,土壤无脊椎动物的数量显著减少、一些昆虫和诸如野兔和狐狸等的哺乳动物也有个体数量上的减少。在一项和芬兰科学家的合作研究中,他们还探讨了堤岸田鼠受到的诸多健康影响。

两位科学家们总结出了一个辐射强度与其造成影响之间稳定的相关关系:辐射强度越高,其所造成的影响便越明显。根据他们的观察,即使辐射强度低于科学家们认为会造成伤害的程度,这个相关关系依旧存在。“看到辐射暴露在不同物种之间均能带来这种直观、庞大的影响,我们感到十分震惊,”Mousseau表示。他在2021年的《生态学、演化学、系统分类学年刊》中曾撰文介绍过关于他和其他研究者的切尔诺贝利相关研究内容。

图片[6]-核泄漏十年后的日本福岛:变成野生动物的天堂

本图为切尔诺贝利附近的地图,并且有颜色标注的铯-137辐射污染程度。颜色越红,则污染越严重;颜色越绿,则污染越轻。整个区域中的污染程度相差甚多,形成了一个适于研究辐射对于野生动物影响的独特环境。

有的科学家则对这对组合的研究颇有微词,他们不满原因的其中之一来源于对Møller研究成果的不信任——他曾被指控在过去的研究中有过不端行为(据Møller本人在一则声明中的解释,不端行为的审查本身就有很多缺陷;一次在法国执行的审查确实没有找到故意欺诈的证据,而Møller被指控的研究中并不包括辐射相关的内容)。这些批评中另一个共同的原因,是Møller和Mousseau可能低估了自己研究的生物们所经受的辐射剂量,因为他们在分析时并没有将动物们可能吃下、吸入的放射性同位素纳入考虑。曾有别的科学家对Mousseau的12种哺乳动物研究数据重新进行分析,并发现,尽管辐射确实会导致物种多度的减损,这样的效果只有在特定的辐射剂量以上时才会出现,且比他们二人一开始提出的危害剂量要高。

与此同时,无论是基因多样性还是物种多度的方面,另外一些研究团队迄今没有发现辐射对切尔诺贝利周遭的一些动物造成显著的影响。一篇2015年关于白俄罗斯境内核电站附近区域的调研被广为流传,其背后的科学家团队认为,该地有核污染地区与不受辐射污染的自然保护区内的驼鹿、狍子、野猪数量并无明显差别。(但是,无论残留的辐射究竟能造成何种影响,对人类来说,撤离和规避辐射污染的地区都是利大于弊的。)

一篇随后发表的报告同样无法证明辐射减少了事故周围地区的哺乳动物种群密度,哪怕在高度核污染的地区也没有找到相关证据。参加了这两项研究、就职于美国佐治亚大学的野生动物生态学家James Beasley指出,这两项研究都没有排除一种可能性:辐射可对动物个体造成损害、但还未对种群规模造成影响。“如果(辐射)确实造成了某些影响,那么这些影响还不足以抑制那些动物的种群增长。”

Beasly也在和Tom Hinton(日本福岛大学环境放射研究院的辐射生态学家,现今已退休)一起,在福岛第一核电站周边区域采集生物样本以检测辐射可能导致的基因突变。2011年,历经地震和海啸的冲击后,此核电站经历了比切尔诺贝利事件情况稍轻、但依旧十分严重的堆芯熔毁和核泄漏。在事故发生后不久,事故区域附近的老鼠们呈现出了某些遗传畸变。但是,起码有一部分动物并没有表现出长期的影响。

图片[7]-核泄漏十年后的日本福岛:变成野生动物的天堂

切尔诺贝利附近的红蝽翅膀图案有所变形。最左侧的照片为正常的颜色图案;其右侧的照片均有明显不同,推测是基因突变导致。在辐射程度更高的地区,这样的突变更加常见。

直到辐射程度早已降低不少的2016年,Hinton、Beasly和同事们依旧没有找到任何能够表明辐射给福岛事故附近的游蛇和野猪的细胞带来了DNA损伤的证据,哪怕这些动物暴露在和Mousseau的切尔诺贝利数据相差无几的辐射剂量之中。Hinton对此表示:“我还从未成功重复过Møller和Mousseau发表的内容。”

难以消弭的数据差异,让一些分属不同阵营的科学家们对对方的研究结论持疑。这种对立情绪有时甚至延续成了人身攻击。2015年,放射生态学国际联盟(一个由放射科学家们组成的非营利性组织)邀请了双方研究人员到美国迈阿密参会,试图让大家达成一个共识。但是事与愿违,这场争论愈演愈烈,以至于“人们开始互相抨击、辱骂,”加拿大麦克马斯特大学的放射生物学家、联盟的财务主管Carmel Mothersill回忆道。最终,人们只得出了一个共识:“在辐射较轻的区域,很多情况都不清楚,所以我们还不能确定地把任何事情归因于辐射影响。”

这场争辩至今还未分出胜负。对于切尔诺贝利相关研究所得出的结论差异,双方科学家们都给出了自己的解释,比如研究方法、统计技术、或是辐射之外的其他环境因素。以Mousseau和Møller多次研究的红色森林地带为例,这里不光有强辐射的问题,同时也十分贫瘠、植被稀少。因此,Copplestone和他的团队认为,我们不能完全确定,当地动物所受到的负面影响是基于辐射、还是单纯因为其贫瘠的栖息地(Copplestone的部分研究由一个项目所资助,而资助方之一是一家核废料处理公司)。

对于自己和他人研究结果的差异,Mousseau也发表了自己的看法:他指出,部分和他结果背道而驰的研究是在白俄罗斯境内的一片区域进行的,这里比乌克兰的无人禁区更加人烟稀少、未经开垦,因此野生动物可能会以更快的速度从灾难中恢复生息。基辅核研究所的放射生态学家Olena Burdo也认为,对无人区不熟悉的外国科学家们只是偶尔造访这一区域,因此可能会忽略野火或洪水等地区性事件对当地生态系统造成的微妙影响。根据她的发现,也正是这些自然灾害事件,会改变放射同位素和动物种群在事故周围的分布情况。

Mousseau十分肯定,一些生活在污染最轻的地区的物种过得很好,甚至因为人类的离开而可能过得比污染区之外的动物还要好很多。其他科学家们也同意,核污染程度最高的部分地区的确有负面影响、但是这只波及了部分物种;Copplestone最近的一项研究便指出,熊蜂——和其他无脊椎动物一样,曾被认为对辐射伤害有较强的抵抗能力——在实验室中经受和红色森林相当程度的辐射时,其繁殖能力会受损。

这场辩论的核心便是两个很难回答的问题:辐射在多高的强度时会导致明显的损害,以及这样的辐射污染会波及到具体的哪些物种?因为不同的物种对辐射的反应各有不同,“问题的答案并不是非黑即白的,”法国辐射防护与核安全研究所的放射生态学家Christelle Adam-Guillermin表示。经受过超低量辐射的动物们哪怕呈现出受到负面影响的征兆,也不能被直接归因于辐射。“得出确切的结论很难,”她说。

此外,还有一个因素可能增加了回答问题的难度:在切尔诺贝利野生动物身上观察到的不良影响,或许不是由于它们正在经受的辐射,而是遗传自它们亲历了1986年事故中放射性坠尘的祖先。科学家们已经通过实验室证明,尽管少量的辐射照射不会对当时的生物细胞、或它们分裂所得的细胞产生即时影响,随后几代的细胞(也就是孙辈细胞们)有时依旧会发生变异、死亡、或失去原有的分裂能力。

虽然受到辐射照射的细胞没有直接遗传突变,但是这些细胞可能会获得更高的突变倾向。研究人员们猜测,这个现象和表观基因组(附着在DNA上、能够影响基因活动的小分子)的变化有关,因为这些变化可以遗传给下一代。

图片[8]-核泄漏十年后的日本福岛:变成野生动物的天堂

电离辐射十分强力,能以多种方式损害细胞,如造成基因突变,或生成可损伤生物分子的高活性化学物质。电离辐射和更低能量的辐射(比如红外线、可见光、微波和无线电波等)有着显著的不同,后者并无明显的危害。

事实的确如此。在一次实验中,白俄罗斯科学家在切尔诺贝利核电站残垣附近捕获了两只怀孕的堤岸田鼠,并将其饲养在一个没有任何辐射的实验室里。研究团队在2006年报告,尽管这两只堤岸田鼠的后代从未经受过强辐射,它们骨髓细胞中的遗传突变数量丝毫不亚于那些仍然栖息在高辐射污染地区的同类们。Mothersill和Mousseau等人利用统计模型估算了这种继承自祖先的影响程度,并得出结论:如今切尔诺贝利地区鸟类的遗传变异情况,也可能有部分原因来自它们祖先所亲历的核电站爆炸事件。(他们也同时指出,目前依旧存在的辐射残余,也会增加额外的突变压力。)

如果这个假说成立,那么科学家们一直以来都忽视了一个可能深切影响着切尔诺贝利周边生物的强大因素:这些生灵当下所遭受的健康影响,或许并不来自它们自己生命中所接触的辐射,而是它们祖先经历的余孽。Mothersill坚信,这个推论“可以让过去泾渭分明的两派人达成和解”。

让整件事情愈发复杂的是,此地区的动物们极有可能在1986年后来回迁徙过,或者甚至是从地区之外来到这里的。也就是说,这片区域就像是一个混乱的集合体,其中个体的祖先们或许经历过一定程度的辐射、也或许没有,才使总结出一个和辐射相关的规律变得十分困难。

一波三折的例子尚不止如此。一些动植物种群如今的繁荣生长,或许是因为它们已经演化得适应了辐射。西班牙奥维耶多大学的Germán Pereda和同事们有一篇尚未发表的研究发现,切尔诺贝利附近的欧洲树蛙体色比事故地区之外的同类深很多。他提出假说,自事故以来,这些树蛙的演化使它们能够在皮肤中制造更多的黑色素,以保护自身不受辐射影响。(不过,Mousseau认为,他还未见过令人信服的证据,可以证明此地区的动物们已经演化得适应了更强的环境辐射。)

无独有偶,还有科学家曾注意到,堤岸田鼠的一些特定细胞会制造出更多的抗氧化物,来对抗辐射引起的毒性。来自乌克兰和英国的研究人员也曾观察到,自1980年代末以来,一些桦树花粉和月见草种子修复DNA损伤的能力愈发见长。

不过,若科学家们想要真正了解生物对核灾难的反应,就需要做更深入的探索。目前为止,大多数的研究都着重寻找辐射强度和野生动物健康状况之间的相关性。芬兰于韦斯屈莱大学的演化生物学家Anton Lavrinienko认为,研究人员们更应该设计实验、来确定辐射是否真的导致了所观察到的现象。他曾和Mousseau合作完成了针对堤岸田鼠的研究。“我们应该停下这样不痛不痒的探索了”,他表示,“我们一直在为此努力。”

 

在人类宏大的科研目标完成前,切尔诺贝利无人禁区里的野生动物们依旧会对有关自己的激烈争辩乐得无知,并且继续它们最擅长的事:在一隅与世隔绝的辐射家园里挖洞、狩猎、飞翔、繁衍。未来的数十年里,辐射生态学家们仍会继续他们的研究和争吵,并(但愿能)最终达成一致结论。

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