Чернобилски гъби: аномален живот под радиация

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Животът е в състояние да укроти дори смъртоносна радиация и да използва енергията си в полза на нови създания.

Противно на много очаквания, катастрофата в Чернобил не превърна околните гори в мъртва ядрена пустиня. Всеки облак има сребърна подплата и след създаването на зоната на изключване антропогенният натиск върху местната природа рязко спадна. Дори в най-увредените райони растителният живот бързо се възстановява, диви свине, мечки и вълци се завръщат в долината на Припят. Природата оживява като приказен Феникс, но невидимата задушаваща хватка на радиацията се усеща навсякъде.

„Вървяхме през гората, небето беше изрисувано с великолепен залез“, казва американският микробиолог Кристофър Робинсън, който работи тук през 2018 г. - На една широка поляна срещнахме коне, около четиридесет. И всички те имаха жълти очи, които трудно можеха да различат минаващите ни. Наистина животните масово страдат от катаракта: зрението е особено чувствително към радиация, а слепотата е често срещан резултат от дълъг живот в зоната на изключване. Нарушенията в развитието са често срещани при местните животни и често се появява рак. И още по-пагубно е в близост до бившия епицентър на катастрофата.

Четвъртият блок, който експлодира през 1986 г., беше покрит със защитен саркофаг няколко месеца по-късно, където бяха събрани други радиоактивни отломки от мястото. Но още през 1991 г., когато микробиологът Нели Жданова и нейните колеги изследват тези останки с помощта на дистанционно управлявани манипулатори, животът се появява и тук. Установено е, че смъртоносните отломки са обитавани от процъфтяващи съобщества от черни гъби.

През следващите години сред тях са идентифицирани представители на около сто рода. Някои от тях не само издържат на смъртоносното ниво на радиация, но дори и самите те са привлечени от нея, като растенията към светлината.

оцеляване

Високоенергийната радиация е опасна за всички живи същества. Той лесно уврежда ДНК, причинявайки мутации и грешки в кода. Тежките частици са способни да разграждат химически съединения като гюлла, което води до появата на активни радикали, които незабавно взаимодействат с първия съсед, който намерят. Достатъчно интензивно бомбардиране може да причини радиолиза на водни молекули и цял дъжд от произволни реакции, които убиват клетката. Въпреки това някои същества показват невероятна устойчивост на подобни влияния.

Едноклетъчните организми имат сравнително проста структура и не е толкова лесно да се наруши метаболизма им от свободните радикали, а мощните инструменти за възстановяване на протеини бързо възстановяват увредената ДНК. В резултат на това гъбите са способни да абсорбират до 17 000 сиви радиационна енергия - много порядки повече от количеството, безопасно за хората. Освен това някои от тях буквално се радват на такъв радиоактивен „дъжд“.

Известният каньон на еволюцията близо до планината Кармел в Израел е ориентиран с един наклон към Европа, а другият към Африка. Разликата между осветеността им достига 800%, а "африканският" склон, облъчен от слънцето, е обитаван от гъби, които растат по-добре при наличие на радиация. Подобно на тези, открити в Чернобил, те изглеждат черни поради големите количества меланин. Този пигмент е в състояние да прихваща високоенергийни частици и да разсейва тяхната енергия, като предпазва клетките от увреждане.

Разтваряйки такава гъбична клетка, под микроскоп може да се види нейният "призрак" - черен силует на меланин, който се натрупва в концентрични слоеве в клетъчната стена. Гъбите от "африканската" страна на каньона съдържат три пъти повече от него, отколкото жителите на "европейския" склон. Те също така са богати на много микроби, живеещи във високопланинските райони, които в естествени условия получават до 500-1000 сиви годишно. Но дори такова прилично количество абсорбирана радиация за гъбите е нищо. Малко вероятно е целият този меланин да се произвежда само за защита.

просперитет

Дори Нели Жданова през 1991 г. демонстрира, че гъбите, събрани в близост до атомната електроцентрала в Чернобил, достигат до източника на радиация и растат по-добре в негово присъствие. През 2007 г. тези резултати са разработени от биолозите Артуро Казадевала и Екатерина Дадачова, работещи в САЩ. Учените са доказали, че под въздействието на радиация, стотици пъти по-висока от естествения фон, черните меланизирани гъби (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis и Cryptococcus neoformans) усвояват въглерода от хранителната среда три пъти по-интензивно. В същото време мутантните албиносни гъби, неспособни да произвеждат меланин, понасят лесно радиацията, но растат с обичайната скорост.

Струва си да се каже, че меланинът може да присъства в клетките в малко по-различни химични конфигурации. Основната му форма при хората е еумеланин, той предпазва кожата от ултравиолетово лъчение и й придава кафяво-черен цвят. Червеният цвят на устните и зърната се определя от наличието на феомеланин. И това е феомеланин, който се произвежда от гъбични клетки под въздействието на радиация, въпреки че в такива количества вече изглежда напълно черен.

Преходът от eu- към феомеланин е придружен от увеличаване на трансфера на електрони от NADP към ферицианид - това е една от първите стъпки в биосинтеза на глюкоза. Не е изненадващо, че според някои предположения такива гъби са способни да извършват реакции, подобни на фотосинтезата, но вместо светлина използват енергията на радиоактивното излъчване. Тази способност им позволява да оцелеят и да процъфтяват там, където умират по-сложни и придирчиви организми.

Голям брой силно меланизирани гъбични спори са открити в отлаганията от раннокредния период. В онази епоха много животни и растения изчезнаха: „Този период съвпада с прехода през „магнитната нула“и временната загуба на „геомагнитния щит“, който предпазва Земята от радиация“, пише Екатерина Дадачова. Радиотрофните гъби не можеха да не се възползват от тази ситуация. Рано или късно ние също ще използваме това.

Приложение

Използването на меланин за използване на радиационна енергия все още е само хипотеза. Изследванията обаче продължават, тъй като радиотрофът не е нещо екзотично. В условия на липса на ресурси и достатъчно радиация, някои обикновени гъби могат да засилят синтеза на меланин и да проявят способността да се „хранят с радиация“. Например, споменатите по-горе C. sphaerospermum и W. dermatitidis са широко разпространени почвени организми, а C. neoformans понякога заразява хората, причинявайки инфекциозна криптококоза.

Такива гъби растат доста лесно в лабораторни условия, лесно се манипулират. И поради способността си да заселват райони с високо замърсяване, те могат да се превърнат в удобно средство за погребване на радиоактивни отпадъци. Днес такива боклуци - например стари гащеризони - обикновено се пресоват и навиват за съхранение, докато нестабилните нуклиди се изчерпят естествено. Възможно е гъби, които могат да оцелеят при високоенергийно лъчение, да ускорят този процес в пъти.

През 2016 г. в космоса бяха изпратени меланизирани гъби, събрани в близост до атомната електроцентрала в Чернобил. Дори като се вземе предвид цялата екранировка, обичайните нива на радиация на МКС са 50 до 80 пъти по-високи от фоновата радиация близо до земната повърхност, осигурявайки условия за растеж на такива клетки. Пробите прекараха около две седмици в орбита, преди да бъдат върнати, за да позволят на учените да проучат как микрогравитацията им е повлияла. Може би някой ден гъбите ще трябва да живеят така от поколение на поколение.

Радиационната енергия на звезда бързо отслабва, когато се придвижи към периферията на Слънчевата система, но космическата радиация присъства в най-далечните покрайнини. На теория меланинът на гъбичните клетки може да се използва за производство на биомаса или синтезиране на сложни молекули, които биха били необходими по време на мисии с екипаж на дълги разстояния. Вероятно в допълнение към зелените и буйни оранжерии на космическия кораб на бъдещето ще трябва да се организира още една - най-далечната, която ще бъде обрасла с полезна черна плесен, която може да абсорбира радиационна енергия.