Je radioaktivita nutná pro život?

Už to tak vypadá. Od svého vzniku se Země koupe v moři kosmického záření i svého vlastního záření z pozemských hornin. A s ní všechno živé, co na Zemi je. Nedávné odborné studie biologických efektů záření prováděné od úrovně přírodního pozadí až k téměř nulové radiaci ukazují, že úplná nepřítomnost ionizujícího záření není pro organizmy dobrá. Jsou to například experimenty s mikroby a buňkami lidských plic, které prováděli vědci na státní universitě Nové Mexiko, či s různými druhy bakterií, jejichž růst se zpomaloval v podmínkách nedostatku radiace. To vše odporuje tradiční hypotéze bezprahovosti účinků ionizujícího záření.

Už 80 let se diskutuje o zdravotních vlivech radiace na lidi i jiné živé organizmy. Ano, velké dávky mají zhoubný vliv, ty největší i smrtící. Ale je nesmírně obtížné ověřit vliv nízké dávky, menší než 0,1 Sv ročně, protože její efekt je tak nepatrný, že jej vysoce převažují jakékoliv jiné dennodenní zdravotní vlivy. Všechny organismy mají schopnost oprav na buněčné úrovni a opravují i chyby vzniklé ionizujícím zářením. Je to mechanismus, který se vyvinul zároveň s vývojem života, protože celá evoluce na Zemi samozřejmě probíhala za přítomnosti přírodního radiačního pozadí. (PNAS 2011).

Účinky záření jsou velmi dobře zdokumentované u vysokých dávek, zejména díky studiím na lidech, kteří přežili výbuch jaderné bomby v Hirošimě a Nagasaki, na likvidátorech havárie v Černobylu a lidí postižených při několika incidentech s uvolněním vysokých dávek záření. Jakýkoliv efekt nízkých dávek zaniká v přírodním pozadí. V padesátých letech vědci namalovali jednoduchou lineární křivku začínající v nule (na obrázku červená linka) a nazvali ji hypotéza o bezprahovosti radiačních účinků (LNT - Linear No-Threshold Dose). O důvodech jsme psali v článku https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/493-lhal-nositel-nobelovy-ceny. Bylo to v době, kdy všichni bojovali proti šíření jaderných zbraní, a jakékoliv zvýšení strachu ze záření mělo posloužit dobré věci. Postupem času se ale ukázalo, že práh existuje - na hranici přírodního pozadí (které je v různých částech světa různé) - a průměrně je to kolem 0.1 Sv. Pod ním žádný efekt není pozorovatelný (na obrázku modrá linka).

Teorie LNT způsobila mnoho škody

LNT tvrdí, že jakékoliv množství radiace představuje zdravotní riziko a nejlepší by bylo žít zcela bez ní. Celý svět přijal princip ALARA (As Low As Reasonably Achievable, tak nízko, jak jen je možné rozumně dosáhnout) pro všechny činnosti související se zářením. Za posledních 60 let se vynaložilo odhadem trilión dolarů na ochranu proti nízkým dávkám záření, bez jakýchkoliv doložitelných přínosů. Naopak - strach z nízkých dávek zničil miliony životů po druhé světové válce, po Černobylu a po Fukušimě prostřednictvím radiofóbie, nucených evakuací, zbytečných záměrných potratů atd. Poslední studie ukazují, že ani po jaderných haváriích se riziko zdravotních poškození vlivem radiace na většině míst v okolí nezvýší příliš nad přírodní úroveň (WNN, NYTimes).

Od roku 1950 se mnoho studií pokoušelo zkoumat vlivy nízkých dávek na organizmy, zvláště člověka, ale interpretace výsledků byla velmi problematická zejména kvůli nemožnosti oddělit radiační efekty od jiných neradiačních. Bylo potřeba udělat experiment, kdy by organizmy rostly v prostředí prostém radiace a porovnávat je se stejnými, pěstovanými při vyšších úrovních záření. Skupina vědců se o to pokusila - vytvořila prostředí s tak nízkou úrovní radiace, jak jen to lze v pozemských podmínkách dosáhnout (Castillo et al., 2015; Smith et al., 2011).

Experiment s nízkým pozadím

LBRE (Low Background Radiation Experiment) proběhl asi 700 m pod zemí v ocelové komoře umístěné v masivních solných usazeninách v Carlsbadu v Novém Mexiku v USA. Úroveň záření je zde 400× nižší než na povrchu země. (Ironií je, že v témže místě, ovšem vzdáleno od experimentálního uspořádání, je úložiště vojenských jaderných odpadů WIPP (Waste Isolation Pilot Plant) amerického ministerstva energetiky (DOE).) Pokus se prováděl na dvou organizmech: prvním byl druh velmi citlivý na záření - Shewanella oneidensis, druhý naopak velmi odolný k záření - Deinococcus radiodurans. Oba druhy se pěstovaly v ultra nízké radiaci a při normálním radiačním pozadí. Odstranit zcela záření je extrémně obtížné, je totiž všude: ve stavebních a konstrukčních materiálech, v nás, v potravinách, ve vzduchu, půdě, vodě, ve všech laboratorních materiálech i ve výživě, kterou vědci mikroby krmili.

Experimentální podmínky

250 milionů let stará, geologicky nedotčená solná formace v 700m hloubce spolehlivě odstíní kosmické a solární záření. Sloučenina NaCl neobsahuje téměř žádné radioaktivní izotopy. Experimentální komora byla vyrobena z předválečné oceli bez stopových radionuklidů. Mikroorganizmy rostly ve zvláštních inkubátorech při 30° C a 48% relativní vlhkosti. Rostly v úrovních hluboko pod přírodním radiačním pozadím - 0,2 nGy/h (ekvivalent 0,0017 miliSv/rok), mnohem nižších, než jsou kdekoliv na Zemi a než kdy jindy bylo v laboratorních podmínkách dosaženo. Kontrolní vzorky stejných organizmů rostly v přírodním radiačním pozadí, byly tedy vystavené záření o úrovni 100 nGy/h (ekvivalent 0,877 miliSv/rok).

Výsledky

Byly provedeny tři nezávislé, opakované experimenty ke studiu účinků těchto dvou dávkových příkonů záření na růst buněk a expresi genů (exprese genu je proces, kterým je v genu uložená informace převedena v reálně existující buněčnou strukturu nebo funkci. Obecně je to několikakroková syntéza určitého proteinu.) Sledovaly se sekvence DNA genů, které dříve vykazovaly významné vzorce regulace (zapnutí a vypnutí genů používaných k reakci na šok nebo stres biochemické povahy) po vystavení ionizujícímu, ultrafialovému a slunečnímu záření. Při umístění do extrémně nízkých úrovní záření, v podstatě do nulového záření, se růst u obou druhů baktérií zpomalil. Oba druhy také v nepřítomnosti záření vykazovaly měřitelnou stresovou reakci, identifikovatelnou ke konkrétním genům v jejich DNA (viz obrázky).

Úžasně se tyto reakce obrátily, když byly bakterie přeneseny zpět do prostředí s normálním pozadím. Experiment používal důmyslné reciproční kontroly, aby se ověřilo, že pozorované fyziologické reakce byly opravdu způsobeny zářením. Obnovením úrovně normálního radiačního pozadí u kultur zbavených záření se zvýšila rychlost růstu obou druhů a hustota kultivovaných buněk se vrátila k hustotě kontrolního vzorku již po 24 hodinách.

Geny související se stresem se „zapnuly“ v bakteriálních kulturách pěstovaných téměř bez záření (400krát menším než úroveň pozadí). Stejné geny se „vypnuly“ v reakci na normální či ještě vyšší úrovně záření (400× vyšší než normální úroveň pozadí), což demonstruje nepříznivé účinky nulového záření a velmi nízkých dávek záření. Výsledky zahrnují i nová data získaná v pokusech v r. 2015 při vysokých pozaďových úrovních záření (Castille 2015). Pokud by byla tradiční hypotéza LNT správná, měly by tyto vyšší úrovně záření zapnout geny související se stresem, ale skutečnost je právě opačná.

Závěry

Dva druhy bakterií z různorodých taxonů (biologických kategorií) vnímaly a vykazovaly fyziologickou odpověď na nepřítomnost záření, což naznačuje, že tyto nízké úrovně záření jsou významným prvkem životního prostředí. A byl to nedostatek záření, který způsobil značný stres, nikoli přítomnost záření.

Tyto výsledky jsou v rozporu s predikcemi hypotézy LNT. Přítomnost záření nemusí být nutně špatná a nepřítomnost záření nemusí být nutně dobrá. Doporučuji, abyste si přečetli celé články v odkazech pro podrobnou technickou diskusi.

Protože se život na Zemi vyvíjel v přítomnosti radiačního pozadí, zdá se, že život je nízkým dávkám záření dobře přizpůsoben a úplná nepřítomnost záření mu nedělá dobře.

Poznámka redakce: další informace k této problematice najdete v článku autorů P. Zahradník, K. Fantínová publikovaném v Třípólu https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/511-etika-a-rizika-radiace

Zdroje: https://journals.lww.com/health-physics/Citation/2011/03000/EXPLORING_BIOLOGICAL_EFFECTS_OF_LOW_LEVEL.7.aspx

https://www.pnas.org/content/109/2/443

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.3109/09553002.2015.1062571

https://www.nytimes.com/2015/09/22/science/when-radiation-isnt-the-real-risk.html?_r=3

https://www.world-nuclear-news.org/RS-Canadian-accident-study-puts-risks-into-perspective-2608157.html

https://science.naturalnews.com/2002/5902481_Influence_of_a_low_background_radiation_environment_on_biochemical_and.html

https://journals.lww.com/health-physics/Abstract/1987/05000/Influence_on_Cell_Proliferation_of_Background.7.aspx

http://www.forbes.com/sites/jamesconca/2015/09/23/is-radiation-necessary-for-life/#42030dc424ea