26 апреля 1986 года из-за отключения системы охлаждения ядерного реактора четвертого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) произошёл взрыв, высвободивший невиданное количество радиоактивного материала. Ядерное топливо продолжало гореть 10 дней, дополнительно “обогащая” окружающую среду радиоактивными нуклидами – неустойчивыми разновидностями разных химических элементов.
Нуклиды вроде йода-131 распадались в течение нескольких недель. Но такие изотопы, как цезий-137 и стронций-90, распадаются десятки лет, а плутоний-239 – десятки тысяч лет. Совокупное влияние радиации от взрыва, пожара и долгоживущих изотопов, накопившихся в среде, изменило жизнь всех биологических организмов на километры вокруг, и влияние катастрофы сохраняется до сих пор на территории вплоть до Брянской области, которая находится в 200 км от бывшей ЧАЭС.
В первом эпизоде о Чернобыле мы расскажем, как всё начиналось: что происходило с живыми организмами, оказавшимися рядом с аварией.
Животные, которые оказались рядом
С началом аварии место катастрофы стало источником ионизирующей радиации, которая разрывает сразу обе цепи ДНК. Если повреждение одной цепи ДНК легко восстановить по её копии, то при разрыве двух цепей запасная цепь тоже повреждена. Поэтому в результате ремонта двухцепочечного разрыва могут возникать опасные ошибки. Итак, раскалённые частицы радиоактивного топлива высоко выносились горячим потоком воздуха и распространялись вокруг. Часть из них попадала на покровы животных. [1]
Оказавшиеся в месте ожога клетки животных были вынуждены делиться для восстановления ткани. Для активного деления клеток должен постоянно удваиваться их генетический материал, а ДНК во время своего удвоения наиболее уязвима к повреждениям. Из-за излучения оставшихся в месте ранения радионуклидов вынужденные делиться клетки мутировали с невероятной скоростью, и животным оставалось мало шансов на жизнь из-за развития злокачественных опухолей. [1, 2]
Тем, кто избежал от ожогов, предстояло столкнуться с острой лучевой болезнью, сопровождавшейся язвами и отмиранием кожи. Животные, получившие меньшие дозы облучения и перенесшие влажное отслоение кожи, имели шанс выжить, хотя риск развития злокачественных опухолей все равно оставался высоким [3]
Лес рядом с аварией: захоронение и восстановление
Животные могли мигрировать и спастись от катастрофы, поэтому самые большие дозы радиации из-за своей неподвижности получили растения. Деревья, растущие на границе лесного массива, обращённого к ЧАЭС, получили смертельную дозу радиации. И после пожара на станции сосны на расстоянии до 40 метров от границы леса стояли всё так же, но уже мёртвые. [4]
Потом станет ясно, что лес оказался щитом на пути радиоактивного загрязнения, задержавшим его значительную часть. Настолько большую, что деревья и земля остались покрытыми опасным слоем буро-жёлтого цвета, светились, что было заметно по ночам, и были прозваны рыжим лесом (red forest). Конечно, оставлять это так стоять было опасно, поэтому ликвидаторы аварии захоронили лес на площади в 10 км2, повалив и закопав деревья бульдозерами.
Но не все: для украинских учёных оставили 10 участков на разном удалении от места аварии. Благодаря этому мы знаем, как разрушались и восстанавливались экологические сообщества в разных условиях. С погибших сосен, росших на ближних к аварии гектарах, в течение года постепенно опадали увядшие иглы и растрескивалась кора, затем стала отпадать и она. Умершие деревья оказались идеальной средой для патогенных насекомых, питающихся древесиной, и они начали стремительно размножаться там. Исследователи вовремя поняли, что это опасно для других деревьев, повреждённых радиацией меньше и начавших восстанавливаться, но пока ещё слабых, и провели химическую обработку. [4]
Обработка спасла деревья, действительно начинавшие восстанавливаться. На тех из них, что на момент аварии росли на расстоянии плюс-минус 100 метров от границы леса, уже через год-два появились редкая листва, видоизменённая из-за радиации, хотя деревья пока не зацвели, то есть не появилось шишек. Но уже спустя два года учёные обнаружили на этих же местах сосны с зелёной кроной, местами восстановившейся более чем наполовину. К этому времени сосны, росшие на расстоянии 200-300 метров от границы бывшего леса, внешне восстановились почти полностью, хотя в 86 году на них умерло около половины почек. [4]
Наземные и почвенные животные после аварии
Для наземных животных на пожаре всё не закончилось, и каждый день после аварии они съедали большое количество радионуклидов вместе с пищей. Но почти все они, особенно связанные с частицами топлива, покидали организм с испражнениями, а всё-таки проникшие внутрь него него – с мочой. [1, 5]
А вот через в организм грудных детёнышей через стенку их кишечника могли проникать реально опасные количества изотопов, особенно на первых днях жизни. Дело в том, что детёныши многих млекопитающих получают из материнского молока антитела, защищающие их от опасных болезней, пока собственный иммунитет к этому не готов. И поэтому транспорт через стенку кишечника куда менее специфичен, чем у взрослых. [1]
Куда больше радионуклидов всасывалось в кишечнике, если животное было голодно. И на самом деле, радиация даже не попадающая в организм, а просто постоянно проходящая через кишечник, сама по себе опасна. Потому что эпителиальные клетки кишечника, особенно тонкого, быстро умирают и слущиваются, поэтому вынуждены делиться чрезвычайно часто. Как и во всех активно делящихся клетках, их ДНК сильно уязвима, и поэтому из-за воздействия излучения, судя по экспериментальным данным, в эпителии могли возникать язвы или даже он разрушался в целом. А его структура важна для нормального всасывания питательных веществ, и вообще защищает от пищеварительных соков. [1]
Больше же всего пострадали их лёгкие. Макрофаги – иммунные клетки, собирающие инородные частицы по всему организму – в бронхах и лёгких поглощали радионуклиды, и потом могли скапливаться в некоторых участках. С увеличением количества излучения нарушалась работа клеток, синтезирующих межклеточное вещество стенок альвеол, через которые кровь получает из воздуха кислород и отдаёт наружу углекислый газ. Стенки альвеол становились менее проницаемыми для газов и утолщались, превращаясь из полезного барьера в препятствие. И если животное, получившее большую дозу радиации, не умирало от изменений в лёгких, то могло пострадать в будущем от рака лёгких. [1]
Если говорить о почвенных животных, то зрелых обитателей лесной подстилки авария затронула не сильно – хорошо защитил слой почвы. Но накопившиеся в земле изотопы уничтожили их потомство: яйца, личинки и молодь (новые поколения вообще всегда наиболее уязвимы из-за активного деления клеток). И только миграция из экосистем, слабо пострадавших от аварии, поддержала почвенную жизнь. Благодаря этому за два года численность клещей, жуков, дождевых червей, пауков, личинок различных насекомых, выросши в сотни раз, стала возвращаться к нормальному уровню. [6]
Ровно так же главным способом восстановления популяций наземных животных стала миграция из районов, слабее поражённых аварией.
В следующей статье мы расскажем о распространении чернобыльской радиации и о роли грибов в этих процессах
Источники
- Lang, Sakari, et al. "Biokinetics of nuclear fuel compounds and biological effects of nonuniform radiation." Environmental health perspectives 103.10 (1995): 920-934.
- Lang, S., et al. "Tumour induction in mouse epidermal cells irradiated by hot particles." International journal of radiation biology 63.3 (1993): 375-381.
- Randall, K. "Long-term expression of transforming growth factor TGF beta1 in mouse skin after localized beta-irradiation." International journal of radiation biology 70.3 (1996): 351-360.
- Arkhipov, N. P., et al. "Acute and long-term effects of irradiation on pine (Pinus silvestris) stands post-Chernobyl." Science of the total environment 157 (1994): 383-386.
- Battiston, G. A., et al. "Transfer of Chernobyl fallout radionuclides from feed to growing rabbits: cesium-137 balance." Science of the total environment 105 (1991): 1-12.
- Krivolutzkii, D. A., and A. D. Pokarzhevskii. "Effects of radioactive fallout on soil animal populations in the 30 km zone of the Chernobyl atomic power station." Science of the total environment 112.1 (1992): 69-77.