Egy új tanulmány több száz gén expressziójában változásokat észlelt a 2011-es nukleáris katasztrófa által szennyezett területeken élő békáknál. Bár több spermát termelnek, a tudósok figyelmeztetnek a termékenységükre és evolúciójukra gyakorolt lehetséges rejtett hatásokra.
Több mint egy évtizede a fukusimai nukleáris katasztrófa által szennyezett területeket tudományos megfigyelés alatt tartják. Most azonban a Society for Experimental Biology éves konferenciáján bemutatott új kutatás döntő lépést tett: megfigyelte, hogy a sugárzás hogyan befolyásolja a területen túlélő vadon élő állatok szaporodóképességét. A figyelem középpontjában egy kicsi, de bátor főszereplő áll: a japán faikabóca (Dryophytes japonicus).
Mi történik a spermiumával, génjeivel és hormonjaival több generáció után egy radioaktív környezetben? A tudósok felfedezései nem csak meglepőek, hanem arra is rákényszerítenek, hogy újragondoljuk, hogyan értékeljük egy nukleáris katasztrófa hosszú távú ökológiai hatását. Ez természetesen kiterjeszthető más nukleáris katasztrófákra is.
Egy szabadtéri laboratórium Japánban
A 2011-es fukusimai baleset hatalmas mennyiségű radioaktív anyagot juttatott a környezetbe. Bár sok faj elmenekült vagy eltűnt, mások maradtak, vagy később érkeztek, és olyan területeket kolonizáltak, ahol már nem élnek emberek.
Ez az új tanulmány, amelyet Léa Dasque (ASNR, Franciaország) vezetett, kihasználta ezt az „ökológiai ablakot”, hogy elemezze a krónikus sugárterhelés következményeit a reproduktív biológiára az ilyen megváltozott tájakon élő békák esetében.
A kutatók Dryophytes japonicus példányokat gyűjtöttek különböző sugárzási szintű területeken. A herék, a sperma, a tesztoszteron és a genetikai aktivitás vizsgálatára összpontosítottak. Ezenkívül transzkriptomikai eszközöket is használtak annak megfigyelésére, hogy mely gének aktiválódnak vagy szabályozódnak a sugárzás hatására.
Több sperma, jobb szaporodás? Nem feltétlenül
Az egyik legszembetűnőbb megfigyelés a gonadoszomatikus index (a nemi mirigyek relatív mérete a testhez viszonyítva) növekedése volt a sugárzásnak kitett egyedeknél. Ezen állatoknál magasabb spermiumkoncentrációt is észleltek. Ez első ránézésre reproduktív előnynek tűnhet.
A kutatók azonban óvatosak. Bár a spermiumok mennyisége nagyobb volt, még nem erősítették meg, hogy a spermiumok minősége vagy a megtermékenyítőképesség is ugyanolyan jó. Még mindig vizsgálják az alapvető jellemzőket, mint például a spermiumok mozgékonysága, amely kulcsfontosságú tényező a szaporodási hatékonyságban.
Az ilyen típusú fiziológiai reakciók kompenzációs mechanizmusok lehetnek: a szervezet, amikor ellenséges környezetet érzékel, több energiát fordíthat a reprodukcióra, hogy biztosítsa az utódokat, bár ez nem garantálja a sperma megfelelő működését.
A gének beszélnek: molekuláris nyomot hagyó sugárzás
Annak megértése érdekében, hogy ezek a fizikai változások sejt szintű eltéréseket is kísértek-e, a kutatócsoport szekvenálta a békák transzkriptómáját, vagyis az adott pillanatban aktivált gének összességét. Több mint 9000, a herékben expresszálódó gén azonosítására került sor, és körülbelül 10%ukban jelentős, sugárzással kapcsolatos eltéréseket találtak.
Az eredeti absztraktban így fogalmaznak: „A gének körülbelül 10%-át kitevő alcsoport differenciált expressziós mintázatot mutatott a sugárzásnak kitett és nem kitett csoportok között.”
Ez egy súlyos megállapítás. Az érintett gének kritikus folyamatokban vesznek részt, mint például a spermiumfejlődés, a hormonális szabályozás és a sejtanyagcsere. Bár a funkcionális elemzések még folyamatban vannak, már megerősítést nyert, hogy ezek közül a gének közül néhány ionizáló sugárzásnak érzékeny biológiai útvonalakhoz tartozik.
Az ilyen típusú rendellenességek láncreakciót válthatnak ki. A génexpresszió változásai veszélyeztethetik a termékenységet, megváltoztathatják az utódok fejlődését, vagy akár a szexuális viselkedést is a következő generációkban.
A tesztoszteron, a nagy kérdés
A reproduktív szerkezetben és működésben megfigyelt hatások ellenére a tesztoszteronszint stabil maradt a sugárzásnak kitett és a nem kitett békák között. Ez az eredmény érdekes, mivel a tesztoszteron kulcsfontosságú hormon a szexuális viselkedés szabályozásában, a másodlagos nemi jellegek kialakulásában és a spermiumtermelésben.
Ez arra utal, hogy a sugárzás nem érinti egyformán az endokrin rendszer összes szintjét, vagy hogy a szervezet hormonális kompenzációs mechanizmusok révén megtalálja a módját bizonyos kritikus funkciók megőrzésére. Arra is utalhat, hogy más tényezők – például az oxidatív stressz vagy a DNS-károsodás – közvetítik a biológiai hatásokat, a közvetlen hormonális hatásokon túl.
Egy megváltozott ökoszisztéma, egy folyamatban lévő evolúció
A tanulmány nemcsak azonnali hatásokra utal, hanem mélyebb kérdéseket is felvet az állatvilág hosszú távú evolúciójáról a szennyezett környezetben. Lehetséges, hogy ezek a békák genetikailag alkalmazkodnak a sugárzáshoz? Milyen ára van ennek az alkalmazkodásnak? Mi történik az ilyen környezetben született utódokkal?
A reprodukcióra összpontosítva a kutatócsoport egy kulcsfontosságú kérdést vet fel. Ha a sugárzás veszélyezteti egy faj életképes utódok nemzésére való képességét, akkor az ökoszisztémában való fennmaradása kétségessé válik, még akkor is, ha fizikailag túlélnek.
Ahogy a tudományos összefoglalóban kifejtik: „A reprodukcióra gyakorolt hatás kritikus tényező a szennyezett területeken élő populációk hosszú távú életképességének szempontjából.”
Ezen túlmenően ezek az adatok Fukushimán túl is értékesek. Hasonló, csernobili tanulmányokkal összehasonlítva, ahol olyan hatásokat figyeltek meg, mint a genetikai sokféleség csökkenése vagy a testállapot romlása, ez a munka segít egy összehasonlító keret kialakításában a különböző nukleáris kizárási zónák között, és nyomokat ad a vadon élő állatok tolerancia- és ellenálló képességének küszöbértékére vonatkozóan.
A jövő: további elemzések és új fajok
Bár az eredmények még előzetesek, a tanulmány folytatódik. A csapat jelenleg a spermiumok mozgékonyságára vonatkozó adatokat dolgozza fel, és tervezi az elemzés kiterjesztését más fajokra, beleértve a gerincteleneket is. A megfigyelt reakciókban szerepet játszó molekuláris mechanizmusok részletesebb értékelése is várható.
Egy dolog azonban biztos: ez a tanulmány bizonyítja, hogy a krónikus sugárterhelés kézzelfogható biológiai nyomokat hagy. Nem elég megfigyelni, hogy egy faj „túlél-e”. Az igazi kérdés az, hogy hogyan él, hogyan szaporodik, és milyen láthatatlan hatások működnek a sejt- és génszinten.
Fukushima, akárcsak Csernobil, így élő laboratóriummá válik, ahol feltárhatók az alkalmazkodás határai, az indukált mutációk kockázatai és a technológiai katasztrófákra adott ökológiai reakciók összetettsége.
