Schildkröten tragen in ihren Panzern Spuren der nuklearen Geschichte der Menschheit

Celia Ford

An einem Frühlingstag im Jahr 1978 fing ein Fischer einen Tigerhai in der Lagune rund um das Enewetak-Atoll, das zu den Marshallinseln im Nordpazifik gehört. Dieser Hai landete zusammen mit den Überresten einer grünen Meeresschildkröte, die er verschluckt hatte, in einem Naturkundemuseum. Heute erkennen Wissenschaftler, dass diese Schildkröte Hinweise auf die nukleare Vergangenheit der Lagune enthält – und uns helfen könnte zu verstehen, wie sich Kernforschung, Energieerzeugung und Kriegsführung in Zukunft auf die Umwelt auswirken werden.

Im Jahr 1952 hatte der weltweit erste Wasserstoffbombentest eine Nachbarinsel zerstört – eine von 43 Atombomben, die in den ersten Jahren des Kalten Krieges bei Enewetak gezündet wurden. Kürzlich begann Cyler Conrad, ein Archäologe am Pacific Northwest National Laboratory, zu untersuchen, ob die radioaktiven Signaturen dieser Explosionen von einigen besonders guten Umwelthistorikern archiviert wurden: Schildkröten.

„Überall auf der Welt, wo nukleare Ereignisse stattgefunden haben, gibt es Schildkröten“, sagt Conrad. Das liegt nicht daran, dass Schildkröten – darunter Meeresschildkröten, Landschildkröten und Süßwasserschildkröten – von Atomteststandorten angezogen werden. Sie sind einfach überall. Sie sind seit Beginn der aufgezeichneten Geschichte tragende Säulen der Mythologie und Populärkultur. „Unsere menschliche Geschichte auf dem Planeten ist wirklich eng mit Schildkröten verbunden“, sagt Conrad. Und weil sie bekanntermaßen langlebig sind, fügt er hinzu, seien sie in einzigartiger Weise dafür gerüstet, die Geschichte der Menschheit in ihren robusten, langsam wachsenden Hüllen zu dokumentieren.

Durch die Zusammenarbeit mit Forschern des Los Alamos National Laboratory, das einst von J. Robert Oppenheimer geleitet wurde, konnte Conrad einige der weltweit fortschrittlichsten Werkzeuge zum Nachweis radioaktiver Elemente nutzen. Letzte Woche berichtete die Studie seines Teams in PNAS Nexus, dass diese Schildkröte und andere, die in der Nähe von Atomentwicklungsstandorten gelebt hatten, hochangereichertes Uran – ein verräterisches Zeichen für Atomwaffentests – in ihren Panzern trugen.

Schildkrötenpanzer sind mit Rillen bedeckt, Platten aus Keratin, dem gleichen Material wie Fingernägel. Schuppen wachsen in Schichten wie Baumringe und bilden wunderschöne Wirbel, die in jedem Blatt eine chemische Aufzeichnung der Umgebung der Schildkröte bewahren. Wenn ein Tier mehr von einer Chemikalie aufnimmt, als es ausscheiden kann, sei es durch Fressen, Einatmen oder Berühren, verbleibt diese Chemikalie in seinem Körper.

Sobald chemische Schadstoffe – darunter Radionuklide, die instabilen radioaktiven Alter Egos chemischer Elemente – ihren Weg nach Scute finden, bleiben sie im Grunde dort stecken. Während diese in Baumringen oder weichem Tiergewebe schichtübergreifend verschmiert werden können, bleiben sie zu dem Zeitpunkt, als die Schildkröte freigelegt wurde, in jeder Schuppenschicht hängen. Das Wachstumsmuster auf dem Panzer jeder Schildkröte hängt von der jeweiligen Art ab. Bei Dosenschildkröten zum Beispiel wachsen ihre Schuppen mit der Zeit nach außen, so wie Menschen Fingernägel wachsen lassen. Wüstenschildkrötenschildkröten wachsen ebenfalls nacheinander, aber neue Schichten wachsen unter älteren Schichten und überlappen sich, um ein baumringartiges Profil zu bilden.

Da sie so empfindlich auf Umweltveränderungen reagieren, gelten Schildkröten seit langem als Wächter der Gesundheit des Ökosystems – eine andere Art Kanarienvogel im Kohlebergwerk. „Sie werden uns Dinge zeigen, bei denen es sich um neu auftretende Probleme handelt“, sagt Wallace J. Nichols, ein Meeresbiologe, der nicht an dieser Studie beteiligt war. Aber Conrads neue Erkenntnisse zeigen, dass Schildkröten uns auch „Dinge zeigen, die eindeutig Probleme aus der Vergangenheit sind“.

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Will Knight

Joe Ray

Conrads Team in Los Alamos hat fünf Schildkröten aus Museumsarchiven handverlesen, von denen jede ein anderes nukleares Ereignis in der Geschichte darstellt. Eine davon war die Grüne Meeresschildkröte des Enewetak-Atolls, eine Leihgabe aus dem Bernice Pauahi Bishop Museum in Honolulu, Hawaii. Zu den anderen gehörte eine Mojave-Wüstenschildkröte, die in Reichweite des Fallouts des ehemaligen Nevada-Testgeländes gesammelt wurde; ein Flusskooter vom Standort Savannah River, der Treibstoff für Atomwaffen herstellte; und eine östliche Dosenschildkröte aus Oak Ridge, die einst Teile für Atomwaffen herstellte. Als natürliche Kontrolle diente eine Sonora-Wüstenschildkröte, die weit entfernt von Atomtests oder Produktionsstandorten gesammelt wurde.

Während seiner Arbeit in Los Alamos traf Conrad den Isotopengeochemiker und zukünftigen Co-Autor Jeremy Inglis, der wusste, wie man selbst die subtilsten Anzeichen einer nuklearen Exposition in einem Schildkrötenpanzer erkennt. Sie entschieden sich für die Suche nach Uran. Für einen Geochemiker mag dies zunächst wie eine seltsame Wahl erscheinen. Uran kommt überall in der Natur vor und weist nicht unbedingt auf etwas historisch Bedeutsames hin. Aber mit ausreichend empfindlicher Ausrüstung kann Uran viel über die Isotopenzusammensetzung oder das Verhältnis seiner Atome mit unterschiedlichen Konfigurationen von Protonen, Elektronen und Neutronen verraten. Natürliches Uran, das in den meisten Gesteinen vorkommt, hat eine ganz andere Konfiguration als das hochangereicherte Uran, das in Nuklearlabors und Waffen vorkommt.

Um das hochangereicherte Uran zu finden, das zwischen den normalen Stoffen in jeder Schildkrötenpanzerprobe versteckt war, trug Inglis in einem Reinraum einen Ganzkörperschutzanzug, um zu verhindern, dass sein Uran in die Quere kam. („In meinen Haaren ist genug Uran, um ein Pikogramm einer Probe zu verunreinigen“, sagt er.) Inglis beschreibt die Proben wie einen Gin Tonic: „Das Tonic ist das natürliche Uran. Wenn Sie Ihrem hochangereicherten Uran-Gin viel natürliches Uran-Tonikum hinzufügen, ruinieren Sie ihn. Wenn wir unsere Proben mit natürlichem Uran verunreinigen, ändert sich das Isotopenverhältnis und wir können das gesuchte Signal nicht sehen.“

Das Team kam zu dem Schluss, dass alle vier Schildkröten, die aus historischen Atomtest- oder Produktionsstätten stammten, Spuren von hochangereichertem Uran trugen. Die Sonora-Wüstenschildkröte, die noch nie nuklearer Aktivität ausgesetzt war, war die einzige ohne diese.

Sie sammelten Massenproben von Schildkröten von drei ihrer Schildkröten, was bedeutete, dass sie feststellen konnten, ob die Schildkröte irgendwann in ihrem Leben Uran aufgenommen hatte, aber nicht genau wann. Bei der Oak-Ridge-Dosenschildkröte gingen die Forscher jedoch noch einen Schritt weiter und untersuchten Veränderungen der Uranisotopenkonzentrationen in sieben Rillenschichten, die die sieben Lebensjahre der Schildkröte zwischen 1955 und 1962 markierten. Veränderungen in den Rillen korrespondierten mit Schwankungen des dokumentierten Urans Kontaminationsniveaus in der Gegend, was darauf hindeutet, dass der Panzer der Oak Ridge-Schildkröte von historischen nuklearen Ereignissen geprägt war. Sogar die Neugeborenenschildkröte, eine Schicht, die vor dem Schlüpfen der Schildkröte wuchs, wies Spuren der Nukleargeschichte auf, die von ihrer Mutter weitergegeben wurde.

Es ist unklar, welche Auswirkungen diese Kontamination auf die Gesundheit der Schildkröten hatte. Alle diese Muscheln stammten von längst verstorbenen Tieren, die in Museumsarchiven aufbewahrt wurden. Der beste Zeitpunkt, um die Auswirkungen von Radionukliden auf ihre Gesundheit zu beurteilen, wäre zu Lebzeiten gewesen, sagt Kristin Berry, eine auf Wüstenschildkröten spezialisierte Wildtierbiologin am Western Ecological Research Center, die nicht an dieser Studie beteiligt war. Berry fügt hinzu, dass weitere Forschungen mithilfe kontrollierter Experimente in Gefangenschaft dazu beitragen könnten, genau herauszufinden, wie diese Tiere nukleare Schadstoffe aufnehmen. Liegt es an ihrem Essen? Die Erde? Die Luft?

Angela Wasserschneider

Julian Chokkattu

Will Knight

Joe Ray

Da Schildkröten nahezu allgegenwärtig sind, kann die Rückverfolgung der nuklearen Kontamination in Panzern von Tieren, die in verschiedenen Entfernungen von Standorten nuklearer Aktivität leben, uns auch helfen, die langfristigen Umweltauswirkungen von Waffentests und der Energieproduktion zu verstehen. Conrad analysiert derzeit von Berry gesammelte Proben von Wüstenschildkröten aus dem Südwesten Utahs, um die Exposition gegenüber Radionukliden (wie Uran) besser mit ihrer Ernährung im Laufe ihres Lebens in Beziehung zu setzen. Er hofft auch, dass diese Erkenntnisse andere dazu inspirieren werden, Pflanzen und Tiere mit nacheinander wachsenden Geweben zu untersuchen – wie Mollusken, die auch in fast allen Gewässern vorkommen.

Die unglaublichen Migrationsmuster der Meeresschildkröten, die manchmal den gesamten Ozean umspannen (wie sich vielleicht jeder erinnert, der mit „Findet Nemo“ vertraut ist), eröffnen zusätzliche Möglichkeiten. Beispielsweise suchen Meeresschildkröten vor der japanischen Küste nach Nahrung, wo 2011 das stärkste Erdbeben in der Geschichte Japans einen Tsunami auslöste, der zu einer Kettenreaktion von Ausfällen im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi führte. Mit einer Lebenserwartung von bis zu 100 Jahren sind viele dieser Schildkröten wahrscheinlich noch heute am Leben und tragen Spuren der Katastrophe auf ihrem Rücken.

Vor Kurzem hat die japanische Regierung damit begonnen, aufbereitetes radioaktives Wasser aus dem Kraftwerk Fukushima Daiichi langsam in den Pazifischen Ozean einzuleiten. Wissenschaftler und politische Entscheidungsträger scheinen sich zögernd darüber einig zu sein, dass dies die am wenigsten schlechte Möglichkeit zur Abfallentsorgung ist, andere sind jedoch besorgter. (Die chinesische Regierung hat beispielsweise Ende August den Import von Wasserprodukten aus Japan verboten.) Mithilfe von Schildkrötenpanzern können wir möglicherweise besser verstehen, wie sich der Ausfall der Anlage und die folgenden Aufräumarbeiten auf das umliegende Meer auswirken.

Die Körper dieser Kreaturen punkten seit Jahrtausenden. „Im Guten wie im Schlechten werden sie von allem, was wir tun, getroffen“, sagt Nichols. Vielleicht, fügt er hinzu, „ist die Lektion: Schenken Sie Schildkröten mehr Aufmerksamkeit.“