Grzyby w Czarnobylu: anomalne życie pod wpływem promieniowania

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Życie jest w stanie okiełznać nawet śmiertelne promieniowanie i wykorzystać jego energię dla dobra nowych stworzeń.

Wbrew wielu oczekiwaniom katastrofa w Czarnobylu nie zamieniła okolicznych lasów w martwą nuklearną pustynię. Każda chmura ma srebrną podszewkę, a po ustanowieniu strefy wykluczenia presja antropogeniczna na lokalną przyrodę gwałtownie spadła. Nawet w najbardziej zniszczonych obszarach życie roślinne szybko się odrodziło, dziki, niedźwiedzie i wilki powróciły do Doliny Prypeci. Natura budzi się do życia jak bajeczny Feniks, ale niewidzialny, duszący uścisk promieniowania jest wyczuwalny wszędzie.

„Szliśmy przez las, niebo pomalowane było wspaniałym zachodem słońca” – mówi amerykański mikrobiolog Christopher Robinson, który pracował tutaj w 2018 roku. - Na szerokiej polanie spotkaliśmy konie, około czterdziestki. I wszyscy mieli żółte oczy, które ledwo mogły odróżnić nas przechodzących”. Rzeczywiście, zwierzęta masowo cierpią na zaćmę: wzrok jest szczególnie wrażliwy na promieniowanie, a ślepota jest częstym skutkiem długiego życia w strefie wykluczenia. Zaburzenia rozwojowe są powszechne u lokalnych zwierząt i często występuje rak. A jeszcze bardziej katastrofalne w pobliżu byłego epicentrum wypadku.

Czwarty blok, który eksplodował w 1986 roku, został kilka miesięcy później przykryty ochronnym sarkofagiem, w którym zebrano inne radioaktywne szczątki z tego miejsca. Ale już w 1991 roku, kiedy mikrobiolog Nelly Zhdanova i jej koledzy zbadali te pozostałości za pomocą zdalnie sterowanych manipulatorów, życie pojawiło się również tutaj. Stwierdzono, że śmiertelne szczątki były zamieszkane przez kwitnące społeczności czarnych grzybów.

W kolejnych latach zidentyfikowano wśród nich przedstawicieli około stu rodzajów. Niektóre z nich nie tylko wytrzymują śmiertelny poziom promieniowania, ale nawet ich przyciąga, jak rośliny do światła.

Przetrwanie

Promieniowanie wysokoenergetyczne jest niebezpieczne dla wszystkich żywych istot. Łatwo uszkadza DNA, powodując mutacje i błędy w kodzie. Cząstki ciężkie są zdolne do rozbijania związków chemicznych, takich jak kule armatnie, co prowadzi do pojawienia się aktywnych rodników, które natychmiast oddziałują z pierwszym napotkanym sąsiadem. Wystarczająco intensywne bombardowanie może spowodować radiolizę cząsteczek wody i cały deszcz przypadkowych reakcji, które zabijają komórkę. Mimo to niektóre stworzenia wykazują niesamowitą odporność na takie wpływy.

Organizmy jednokomórkowe mają stosunkowo prostą strukturę i nie jest łatwo zakłócić ich metabolizm przez wolne rodniki, a potężne narzędzia do naprawy białek szybko naprawiają uszkodzone DNA. W rezultacie grzyby są w stanie wchłonąć do 17 000 grey energii promieniowania - o wiele rzędów wielkości więcej niż ilość bezpieczna dla ludzi. Co więcej, niektórzy z nich dosłownie cieszą się takim radioaktywnym "deszczem".

Słynny Kanion Ewolucji w pobliżu Góry Karmel w Izraelu jest zorientowany jednym zboczem w kierunku Europy, a drugim w kierunku Afryki. Różnica między ich oświetleniem sięga 800%, a „afrykańskie” zbocze napromieniowane przez słońce jest zamieszkane przez grzyby, które lepiej rosną pod wpływem promieniowania. Podobnie jak te znalezione w Czarnobylu, wydają się czarne ze względu na duże ilości melaniny. Ten pigment jest w stanie przechwytywać wysokoenergetyczne cząstki i rozpraszać ich energię, chroniąc komórki przed uszkodzeniem.

Rozpuszczając taką komórkę grzyba, pod mikroskopem widać jej „ducha” – czarną sylwetkę melaniny, która gromadzi się w koncentrycznych warstwach w ścianie komórkowej. Grzyby z „afrykańskiej” strony kanionu zawierają jej trzy razy więcej niż mieszkańcy „europejskiego” stoku. Są też bogate w wiele żyjących na wyżynach drobnoustrojów, które w warunkach naturalnych otrzymują do 500-1000 szarości rocznie. Ale nawet tak przyzwoita ilość pochłanianego promieniowania dla grzybów to nic. Jest mało prawdopodobne, że cała ta melanina jest produkowana wyłącznie dla ochrony.

Dobrobyt

Nawet Nelly Zhdanova w 1991 roku wykazała, że grzyby zebrane w pobliżu elektrowni jądrowej w Czarnobylu docierają do źródła promieniowania i lepiej rosną w jego obecności. W 2007 roku wyniki te opracowali biologowie Arturo Casadevala i Ekaterina Dadachova pracujący w Stanach Zjednoczonych. Naukowcy wykazali, że pod wpływem promieniowania setki razy wyżej niż naturalne tło czarne melanizowane grzyby (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis i Cryptococcus neoformans) trzykrotnie intensywniej przyswajają węgiel z pożywki. Jednocześnie zmutowane grzyby albinosy, niezdolne do produkcji melaniny, łatwo tolerowały promieniowanie, ale rosły w zwykłym tempie.

Warto powiedzieć, że melanina może występować w komórkach w nieco innych konfiguracjach chemicznych. Jego główną formą u ludzi jest eumelanina, chroni skórę przed promieniowaniem ultrafioletowym i nadaje jej brązowo-czarny kolor. Czerwony kolor ust i sutków determinowany jest obecnością feomelaniny. I to właśnie feomelanina jest produkowana przez komórki grzyba pod wpływem promieniowania, choć w takich ilościach już wygląda na całkowicie czarną.

Przejściu od eu- do feomelaniny towarzyszy wzrost transferu elektronów z NADP do żelazicyjanek – jest to jeden z pierwszych etapów biosyntezy glukozy. Nic dziwnego, że według niektórych założeń takie grzyby są zdolne do przeprowadzania reakcji podobnych do fotosyntezy, ale zamiast światła wykorzystują energię promieniowania radioaktywnego. Ta zdolność pozwala im przetrwać i rozwijać się tam, gdzie giną bardziej złożone i wybredne organizmy.

W osadach okresu wczesnej kredy znajduje się duża liczba silnie melanizowanych zarodników grzybów. W tamtej epoce wyginęło wiele zwierząt i roślin: „Ten okres zbiega się z przejściem przez„ magnetyczne zero”i chwilową utratą„ tarczy geomagnetycznej”, która chroni Ziemię przed promieniowaniem”, pisze Ekaterina Dadachova. Grzyby radiotroficzne nie mogły nie wykorzystać tej sytuacji. Prędzej czy później też z tego skorzystamy.

załącznik

Wykorzystanie melaniny do wykorzystania energii promieniowania jest wciąż tylko hipotezą. Jednak badania trwają, ponieważ radiotrof nie jest czymś egzotycznym. W warunkach braku zasobów i wystarczającego promieniowania niektóre grzyby pospolite mogą nasilać syntezę melaniny i wykazywać zdolność „żywić się promieniowaniem”. Na przykład wyżej wymienione C. sphaerospermum i W. dermatitidis są szeroko rozpowszechnionymi organizmami glebowymi, a C. neoformans czasami zarażają ludzi, powodując zakaźną kryptokokozę.

Takie grzyby dość łatwo rosną w warunkach laboratoryjnych, łatwo nimi manipulować. A ze względu na ich zdolność do zasiedlania obszarów o wysokim skażeniu, mogą stać się wygodnym narzędziem do unieszkodliwiania odpadów radioaktywnych. Dzisiaj takie śmieci - na przykład stare kombinezony - są zwykle prasowane i zwijane do przechowywania, aż do naturalnego wyczerpania się niestabilnych nuklidów. Możliwe, że grzyby, które przetrwają pod wpływem promieniowania o wysokiej energii, czasami przyspieszą ten proces.

W 2016 roku w kosmos wysłano melanizowane grzyby zebrane w pobliżu elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Nawet biorąc pod uwagę wszystkie osłony, zwykłe poziomy promieniowania na ISS są od 50 do 80 razy wyższe niż promieniowanie tła w pobliżu powierzchni Ziemi, zapewniając warunki do wzrostu takich komórek. Próbki spędziły około dwóch tygodni na orbicie, zanim zostały zwrócone, aby umożliwić naukowcom zbadanie wpływu mikrograwitacji na nie. Być może pewnego dnia grzyby będą musiały tak żyć z pokolenia na pokolenie.

Energia promieniowania gwiazdy gwałtownie słabnie, gdy przemieszcza się ona na obrzeża Układu Słonecznego, ale promieniowanie kosmiczne jest obecne na najbardziej odległych obrzeżach. Teoretycznie melanina komórek grzybów mogłaby zostać wykorzystana do produkcji biomasy lub syntezy złożonych molekuł, które byłyby wymagane podczas długodystansowych misji załogowych. Jest prawdopodobne, że oprócz zielonych i bujnych szklarni na statku kosmicznym przyszłości trzeba będzie ustawić jeszcze jedną - najdalszą, porośniętą pożyteczną czarną pleśnią, która może pochłaniać energię promieniowania.