直到 1986 年 4 月 26 日，切爾諾貝利核電站的一個反應堆爆炸，相當於 400 顆廣島原子彈的放射性塵埃散佈到整個北半球，科學家們對輻射對植被和野生動物的影響幾乎一無所知。這場災難創造了一個活生生的實驗室，尤其是在該地點周圍 1100 平方英里的區域內，即所謂的隔離區。
1994 年，得克薩斯理工大學的生物學教授羅納德·切瑟和羅伯特·貝克是最早獲准完全進入該區域的美國科學家。“那是一個令人毛骨悚然的地方——放射性非常強，”貝克回憶道。“我們抓到了一堆田鼠，它們看起來像雜草一樣健康。我們對此著迷。”當貝克和切瑟對田鼠的 DNA 進行測序時，他們沒有發現異常的突變率。他們還注意到，狼、猞猁和其他一度稀有的物種在該區域內漫遊，彷彿這裡是一個原子野生動物保護區。聯合國機構於 2003 年成立的切爾諾貝利論壇釋出了一份關於災難 20 週年的報告，證實了這一觀點，宣告“環境條件對該區域的生物群產生了積極影響”，將其轉變為“獨特的生物多樣性保護區”。
在貝克和切瑟在該區域搜尋田鼠五年後，蒂莫西·A·穆索訪問了切爾諾貝利，統計鳥類數量，並發現了相互矛盾的證據。穆索是南卡羅來納大學的生物學教授，他的合作者安德斯·帕佩·莫勒，現任巴黎-薩德大學生態學、系統學和進化實驗室的研究主任，特別關注了家燕。他們發現隔離區內的家燕數量少得多，而剩下的家燕壽命縮短、生育能力下降（在雄性中）、大腦變小、腫瘤、部分白化病（一種基因突變）以及白內障的發病率更高。在過去 13 年中發表的 60 多篇論文中，穆索和莫勒表明，暴露於低水平輻射對該區域的整個生物圈產生了負面影響，從微生物到哺乳動物，從昆蟲到鳥類。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。 透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續推出關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的報道。
穆索和莫勒有他們的批評者，包括貝克，他在 2006 年與切瑟合著的《美國科學家》文章中辯稱，該區域“實際上已成為保護區”，穆索和莫勒的“驚人結論僅得到間接證據的支援”。但他們的研究以及關於低劑量輻射影響的辯論結果有可能為我們如何應對核災難以及總體核能政策提供資訊。
我們對電離輻射健康影響的幾乎所有了解都來自一項正在進行的原子彈倖存者研究，即壽命研究（LSS）。輻射暴露的安全標準是基於 LSS 的。然而，LSS 對低劑量輻射暴露的影響（恰恰是切爾諾貝利存在的條件）留下了很大的疑問，沒有解答。大多數科學家都認為，無論劑量多麼小，都不存在“安全”劑量的輻射。而小劑量是我們最不瞭解的。LSS 沒有告訴我們太多關於 100 毫西弗 (mSv) 以下劑量的資訊，也沒有告訴我們關於放射性生態系統的任何資訊。例如，需要多少輻射才會導致基因突變，這些突變是否可遺傳？輻射引起的疾病（如癌症）的機制和基因生物標誌物是什麼？
2011 年 3 月福島第一核電站發生的三重熔燬事故創造了另一個活生生的實驗室，穆索和莫勒可以在那裡研究低劑量輻射，複製他們在切爾諾貝利的研究，並讓他們“更加確信我們看到的這些影響與輻射有關，而不是其他因素，”穆索說。福島 310 平方英里的隔離區比切爾諾貝利的要小，但在其他方面是相同的。這兩個區域都包含廢棄的農田、森林和城市區域，這些區域的輻射水平在短距離內變化很大。而且，他們幾乎肯定能比科學家進入蘇聯管理的切爾諾貝利更快地進入福島。簡而言之，福島提供了一個解決爭論的機會。
在福島核事故發生後的幾個月內，穆索和莫勒就在冒煙的核電站以西受汙染的山區森林中統計鳥類數量，但他們無法進入隔離區本身，看看家燕發生了什麼情況。最終，在 2013 年 6 月，穆索成為首批獲准完全進入福島隔離區的科學家之一。
生物對輻射的敏感性差異很大，同一物種的不同個體之間也存在差異，這也是不應從蝴蝶推斷到家燕，或從田鼠推斷到人類的原因之一。穆索說，蝴蝶尤其對輻射敏感。2012 年 8 月，線上期刊《科學報告》發表了一篇論文，研究了福島核事故對酢漿灰蝶的影響。（《大眾科學》和《科學報告》均為自然出版集團的附屬機構。）沖繩琉球大學的生物學教授大瀧丈二透露，在災難發生兩個月後，在福島附近採集的蝴蝶翅膀、腿和眼睛畸形。穆索和莫勒對切爾諾貝利和福島昆蟲的調查顯示，蝴蝶作為一個群體數量下降。但大瀧的論文增加了一個重要的新變化。當他將發生突變的福島蝴蝶與健康的實驗室樣本雜交繁殖時，基因異常的發生率隨著每一代新生的增加而增加。大瀧是第一位嚴格證明生活在福島的生物多代遺傳突變累積的科學家。
穆索認為，這種現象，即基因突變的積累，是侵蝕放射性生態系統健康狀況的潛在暗流，偶爾會在突變蝴蝶的後代或患有部分白化病的家燕身上顯現出來。甚至貝克也同意穆索對大瀧結論的看法：“顯然，蝴蝶身上發生了一些與輻射有關的事情。多代暴露確實會導致基因組改變。”
在預訂去東京的機票之前，穆索試圖在日本找到一家鉛磚供應商，他需要鉛磚來進行一系列新的實驗。然而，他在日本找不到足夠的鉛磚，於是他帶著 600 磅鉛磚擠在八個行李箱裡飛往東京。我在機場見到了他和他的博士後研究員，一位名叫安德烈亞·博尼索利·阿爾誇蒂的義大利人，並幫助他們將鉛磚裝到租來的汽車後備箱裡。然後我們開車前往我們在福島核電站以北的南相馬市的酒店。
汽車在因地震而隆起的道路上嘎嘎作響，我們穿過一個又一個荒涼的小鎮，蜿蜒向北駛向核電站。穆索一邊開車，一邊掃描著緊閉店門的店面和空蕩蕩的房子，尋找家燕巢。家燕是理想的科學研究物件，因為它們是戀鄉的，這意味著這些鳥類傾向於在一生中返回同一地點繁殖。在正常條件下，關於它們的很多知識已經為人所知，並且它們與其他溫血脊椎動物具有相似的遺傳、發育和生理特徵。家燕是名副其實的煤礦中的金絲雀，只不過所說的煤礦是放射性的。穆索數了大約十幾個舊巢的“疤痕”，即石膏粘在屋簷下的新月形泥點，但沒有一個新巢。
“第一年它們就表現出如此負面的影響，”他說。“我以為今年很難找到它們。”
在核電站以西幾英里的地方，我們到達了隔離區的邊界：一個由兩名驚訝的警察把守的路障，他們戴著口罩朝我們揮舞手臂，喊著“掉頭！”。穆索的許可證尚未生效，於是他掉頭了。
“我簡直不敢相信沒有任何活躍的家燕巢，”他在返回繞行點的路上說。他抬頭看了一眼棲息在電線杆上的一隻孤獨的鶺鴒。“我沒有看到任何蝴蝶飛舞。沒有看到任何蜻蜓飛舞。這真是一個死區。”
福島提供了一個千載難逢的機會，讓我們得以一窺生態系統對放射性汙染的早期反應。人們對切爾諾貝利幾代田鼠和家燕知之甚少，更不用說其他生物了。軼事報告指出，動植物大量死亡，但沒有關於它們恢復的詳細資訊。某些物種是否進化出更強的修復輻射損傷的 DNA 的能力？現在研究福島的生態系統對於開發預測模型至關重要，這些模型可以解釋對低水平輻射暴露的適應以及遺傳損傷的積累如何隨著時間的推移而發展。
穆索很遺憾他無法在事故發生後立即進入隔離區。“我們將獲得更嚴格的資料，瞭解那裡有多少燕子，有多少消失了，”我們在到達酒店後他說。“返回的那些是抗性基因型，還是僅僅是某種程度上幸運？”
第二天，在穆索的許可證生效後，一隊警察揮手示意我們的汽車透過路障，進入隔離區。然後穆索直接開車前往福島第一核電站的大門。他計劃沿著沿海平原一路工作，從核爆中心到被廢棄的城鎮雙葉町、大熊町和浪江町，統計每一隻家燕，標繪每一個巢穴的位置，並儘可能多地捕捉這些鳥。“我們在這裡獲得的每一個數據點都非常寶貴，”他對博尼索利·阿爾誇蒂說。
在距核電站一英里的地方，博尼索利·阿爾誇蒂發現一隻家燕棲息在一棟房子附近的電線上。車庫內的壁架上有一個用新鮮泥土築成的巢。輻射水平峰值達到每小時 330 微西弗，比正常本底輻射高出 3000 多倍，也是穆索在野外記錄到的最高水平。
“10 小時後，你將獲得一年的劑量，”博尼索利·阿爾誇蒂指的是美國普通人一年內接受的本底輻射量。他和東京城市大學環境研究系的教員北村亙將霧網（類似於由尼龍網製成的大型排球網）掛在車庫的入口處。然後他們等待——又等待——燕子飛入網中。穆索不想浪費時間試圖捕捉一隻鳥，即使它住在熱點旁邊。於是他們收拾起霧網，開車前往雙葉町。
雙葉町是一座鬼城，除了以前的居民外，所有人都禁止進入，以前的居民每月只允許返回幾個小時，檢查房屋和企業。鎮中心上方的一塊標誌牌上寫著：“核能：能源的光明未來。”主幹道上的輻射水平並不比隔離區外的許多汙染區更糟。但汙染只是雙葉町的問題之一。9.0 級地震幾乎沒有留下完好無損的建築物。許多建築物傾斜在基礎上。有些已經完全倒塌。我們沿著街道行駛，碾過陶瓷瓦片和碎玻璃。老鼠和烏鴉在商店貨架上成堆的垃圾和腐爛的食物中翻找。北村用雙筒望遠鏡觀察，數到六隻燕子在一家被砸壞的體育用品商店附近盤旋。
“架起網和杆子！”他喊道。
北村和博尼索利·阿爾誇蒂蹲在商店外，一張霧網鬆散地束在他們之間。燕子在上空俯衝和鳴叫。突然，一對燕子衝進商店。兩人跳起來，將網拉到入口處，將鳥困在裡面。一隻接一隻地，花了兩個小時才捕捉並採集了所有六隻燕子的樣本。在釋放鳥之前，穆索為它們安裝了微型熱釋光劑量計 (TLD)，以追蹤它們的輻射劑量。在雙葉町火車站附近，輻射水平高出 10 倍，他們又捕捉到兩隻燕子。
那天晚上晚些時候，團隊在南相馬市一起吃了晚餐。每個人都很疲憊。我問北村親眼目睹隔離區是什麼感覺。“我感到一種悲傷，”他說，“因為事故發生後什麼都沒有發生。”他對在雙葉町看到的情景感到不安，不想再回去了。
日本政府最初誓言在 2014 年 3 月之前清理福島縣 11 個汙染最嚴重的市鎮。他們的目標是將年劑量率降低到 1 毫西弗，這是國際放射防護委員會建議的公眾限值。但迄今為止，大部分清理工作都集中在穩定核電站受損的反應堆上，這些反應堆繼續向太平洋洩漏輻射。日本當局不再有具體的去汙時間框架。相反，他們已將每年 1 毫西弗定為長期目標，現在鼓勵 83,000 名疏散人員返回年劑量率高達 20 毫西弗的地區，這相當於委員會對核工作人員的劑量限值。日本執政黨最近釋出了一份報告，承認許多受汙染地區至少一代人無法居住。
目標轉移突顯了我們對低劑量輻射影響的知識與管理核清理協議等公共政策之間的差距。儘管科學家尚未確定“安全”劑量的輻射，但日本管理者需要一個目標數字來制定去汙和重新安置政策，因此他們依賴國際放射防護委員會等諮詢機構和不完善的研究，如 LSS。
“你最終必須設定一些任意的限制，”哥倫比亞大學放射學研究中心主任戴維·布倫納說。“任意是因為我們不知道風險是什麼。更任意是因為這可能無論如何都不是一個是非題，安全/不安全的事情。”布倫納的研究表明，與低至每年 5 毫西弗的劑量相關的癌症發病率有所增加。低於這個任意閾值，沒有確鑿的證據表明對人類存在直接的健康風險，儘管穆索和莫勒已經觀察到對動植物種群的負面影響。在災難發生後四個月內暴露於輻射的福島居民中，97% 的人接受的劑量低於 5 毫西弗。“一旦你達到這些劑量水平，你就必須依賴對機制的最佳理解，”布倫納說，“而這非常有限。”
在浪江町郊外的一個居民區，博尼索利·阿爾誇蒂發現一個家燕巢楔在兩棟房子之間的狹窄巷子裡。這是在令人失望的一天巡視雙葉町和浪江町周圍荒涼的地區，數了數十個空巢和疤痕後，他看到的第一個活躍的巢。在雨水沖刷掉所有巢之前統計巢穴對於確定事故發生前燕子種群的基線至關重要，但穆索還需要活鳥的樣本用於他的實驗室工作。巷子裡的巢穴裡有三隻雛鳥，是他在這個區域發現的第一批，還有三個未發育的卵。“這是一個重要的巢穴，”穆索說。公共廣播系統傳來錄音，在霧濛濛的山丘和休耕的稻田中迴盪，顯得格外陰森：隔離區將在一個小時後關閉。
博尼索利·阿爾誇蒂坐在汽車的前座上。他從塑膠容器中舀起一隻雛鳥，用各種工具測量它。他吹了吹雛鳥翅膀下側的絨毛，露出了一塊皮膚，並用針刺破了它。一些血液進入了毛細管；一些塗在玻璃載玻片上。然後他用帆布袋繫緊雛鳥，將其放入“烤箱”中，這是一個用膠帶捆在一起的一堆鉛磚。這些磚塊形成了一個遮蔽室，使穆索能夠測量單隻鳥類的全身負荷，而不會讓本底輻射混淆結果。
“我們的目標是能夠逐年觀察單隻鳥類，並確定生存機率是否與它們接受的劑量有關，”他說。“如果我們真的想了解遺傳變異和放射敏感性的機制以及它們如何影響個體，那麼就有必要進行這種更精細的劑量測定。”
但這個地點的輻射水平太高，無法進行精確測量。穆索將汽車移到街上，重新設定了伽馬能譜儀。幾分鐘後，它顯示出明顯的銫 137 汙染訊號，這是福島放射性塵埃中的主要同位素。這隻雛鳥，大約一週大，是放射性的。
警察每天都會攔下穆索的汽車，仔細檢查他的許可證。在這些緊張的交談中，我唯一聽懂的是tsubame，日語中“家燕”的意思。tsubame這個詞通常會引來困惑的微笑。家燕在日本是好運的象徵。許多人在家門口的門上方釘上小木平臺來吸引鳥類。在隔離區，這些平臺和房屋一樣，都是空蕩蕩的。
每天隔離區關閉後，穆索和博尼索利·阿爾誇蒂都會工作到深夜，在福島以北的清潔地區捕捉家燕，以建立對照組。“清潔”是一個相對的術語。在災難期間被疏散的南相馬市的本底輻射仍然是正常水平的兩倍。儘管如此，在我們整天待在隔離區後，南相馬市整潔的社群，與浪江町、雙葉町和大熊町的社群相同，感覺就像一個平行宇宙。令人驚訝的是，家燕巢裡堆滿了胖乎乎的、發出啾啾聲的雛鳥。好奇的鄰居經常出來觀看穆索和博尼索利·阿爾誇蒂用網捕捉鳥類。他們總是給我們提供茶和蛋糕，並禮貌地詢問輻射。
“去年挨家挨戶走訪時，令人震驚的一件事是人們問我們，‘這裡安全還是不安全？我們應該住在這裡嗎？’”博尼索利·阿爾誇蒂回憶道。“這應該由政治家來決定。我告訴他們我們是為了鳥而來。”
在穆索在日本的最後一天，他在鹿島一條髒亂的街道上發現了一個活躍的家燕巢。它被貼在一棟空房子的門廊裡的燈具上。穆索獲得了一位鄰居的許可，可以用網捕捉鳥類。他說他是當地河流協會的成員，他很高興有人正在調查放射性汙染，因為政府沒有這樣做。“政府總是保密的，”他說，抱怨放射性塵埃衝入河流。在那裡捕獲的錦鯉魚每公斤含有 24 萬貝克勒爾的銫，他說。人們不吃這些魚，這很幸運，因為日本魚類消費的輻射限制是每公斤 100 貝克勒爾。
其他社群居民要求穆索用他的劑量計測量街道。他答應了，在一張紙上潦草地寫下數字——都遠高於正常的本底輻射水平，河流協會的人莊重地點頭接受了這張紙。當我們收拾網準備離開時，一位老婦人遞來一包橘子。她對我說了一些翻譯過來是“可以安全食用”的話。
“對不起，”我說。“我幫不了你。”
老婦人再次遞出橘子，我意識到她不是在問問題；她是在試圖向我保證她的禮物沒有受到福島的汙染。
“安全，”她笑著說。“來自長崎。”
我們中有 40% 的人有一天會被診斷出患有某種形式的癌症。如果在這個令人沮喪的統計資料中隱藏著一個訊號，一個可能指向低劑量輻射誘發癌症的訊號，那麼它也太微弱了，流行病學家無法聽到。關於低劑量輻射的重大問題最終將由研究“輻射誘導的染色體損傷，或輻射誘導的基因表達，或基因組不穩定性”的研究人員來解答，布倫納說。這正是穆索和莫勒開始用他們對家燕的研究採取的方向。
“不幸的是，腫瘤無法告訴我們它們是由輻射或其他原因引起的，”穆索說。如果他有足夠的資金，穆索將對他在野外安裝了 TLD 的每一隻燕子的 DNA 進行測序。透過將結果與個體劑量估計值進行比較，他或許能夠找到輻射誘發疾病的基因生物標誌物。
去年 11 月，穆索進行了他的第 12 次福島之行，距我陪同他前往隔離區 18 個月後。穆索和莫勒發表了三篇論文，證明福島鳥類數量急劇下降。穆索說，他們正準備在《鳥類學雜誌》上發表的最新人口普查資料為持續下降提供了“非常驚人的”證據，“沒有證據表明存在閾值效應。”但出於某種原因，輻射似乎正在以兩倍於切爾諾貝利的速度殺死福島的鳥類。“也許福島的本地種群缺乏抵抗力，或者放射敏感性增強，”穆索說。“也許切爾諾貝利的鳥類在某種程度上進化出了抵抗力，或者易感的鳥類在過去 26 年中已被淘汰。我們真的不知道答案，但我們希望找到答案。”答案可能就在穆索和博尼索利·阿爾誇蒂在我們旅行中採集的家燕血液中。對這些樣本的初步分析沒有顯示出基因損傷顯著增加的任何證據，儘管現在判斷還為時過早。穆索需要來自汙染最嚴重地區的家燕的更多樣本，那裡的種群正在崩潰。
儘管穆索和莫勒的初步發現為了解福島陷入困境的生態系統提供了一個引人注目的視角，但聯合國原子輻射影響科學委員會 (UNSCEAR) 2014 年的報告呼應了其早先對切爾諾貝利災難的評估，宣告輻射對高汙染地區“非人類生物群”的影響“尚不清楚”，並且在汙染較輕的地區“微不足道”。
“我們正在進行基礎科學研究，而不是毒理學研究，但 UNSCEAR 既沒有費心詢問我們的工作，也沒有找人來解釋我們的發現，”穆索說。“他們設定了人類健康的標準，但他們卻忽視了很大一部分可能相關的資訊。”
他說，被忽視的證據是大量的。“在我多年在切爾諾貝利和現在的福島的經驗中，我們幾乎在我們研究過的每一種物種和每一個生態過程網路中都發現了突變率增加的影響訊號，”穆索說。“一切都在那裡，只是等待被觀察、描述和發表。”
貝克沒有計劃在福島進行研究，但他最近對來自切爾諾貝利的另一種田鼠屬的 DNA 進行了測序。新資料似乎支援穆索和大瀧的結論，即突變率升高與輻射暴露有關。多代暴露的後果，無論它是否會降低動物的健康狀況或繁殖能力，或在後代中引起出生缺陷或癌症，仍然不清楚。“我們需要繼續進行基因組研究，”貝克說，“因為這才是真正的故事所在。”