Życie jest w stanie okiełznać nawet śmiertelne promieniowanie i wykorzystać jego energię na rzecz nowych stworzeń.
Wbrew wielu oczekiwaniom katastrofa w Czarnobylu nie zmieniła okolicznych lasów w martwą nuklearną pustynię. Każda chmura ma srebrną powłokę, a po ustanowieniu strefy wykluczenia presja antropogeniczna na lokalną przyrodę gwałtownie spadła. Nawet na najbardziej zniszczonych obszarach rośliny szybko się odrodziły, dziki, niedźwiedzie i wilki powróciły do doliny Prypeci. Natura budzi się do życia jak bajeczny Feniks, ale niewidzialne, duszące uchwycenie promieniowania jest odczuwalne wszędzie.
„Spacerowaliśmy po lesie, na niebie malował się wspaniały zachód słońca” - mówi amerykański mikrobiolog Christopher Robinson, który pracował tu w 2018 roku. - Na szerokiej polanie spotkaliśmy konie, około czterdziestki. I wszyscy mieli żółte oczy, które ledwo nas odróżniały, gdy przechodziliśmy. Istotnie, 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 jest przebywanie w pobliżu dawnego epicentrum wypadku.
Czwarty blok, który eksplodował w 1986 roku, kilka miesięcy później został pokryty ochronnym sarkofagiem, w którym zebrano inne radioaktywne szczątki z tego miejsca. Ale już w 1991 r., Kiedy mikrobiolog Nelly Zhdanova i jej koledzy zbadali te szczątki za pomocą zdalnie sterowanych manipulatorów, również tutaj pokazało się życie. Stwierdzono, że śmiertelne szczątki były zamieszkane przez dobrze prosperujące zbiorowiska czarnych grzybów. W kolejnych latach zidentyfikowano wśród nich przedstawicieli około stu rodzajów. Niektóre z nich nie tylko wytrzymują śmiertelny poziom promieniowania, ale nawet same są do niego przyciągane, jak rośliny do światła.
Przetrwanie
Promieniowanie wysokoenergetyczne jest niebezpieczne dla wszystkich żywych istot. Z łatwością uszkadza DNA, powodując mutacje i błędy w kodzie. Ciężkie cząsteczki są zdolne do rozkładania związków chemicznych jak kule armatnie, co prowadzi do pojawienia się aktywnych rodników, które natychmiast wchodzą w interakcję z pierwszym znalezionym sąsiadem. Wystarczająco intensywne bombardowanie może spowodować radiolizę cząsteczek wody i cały deszcz nieuporządkowanych reakcji, które zabijają komórkę. Mimo to niektóre istoty wykazują niesamowitą odporność na takie efekty.
Film promocyjny:
Organizmy jednokomórkowe są stosunkowo proste 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 pochłonąć do 17 000 szarości energii promieniowania - o wiele rzędów wielkości bardziej bezpiecznych dla ludzi.
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 na nasłonecznionym stoku „afrykańskim” zamieszkują grzyby, które lepiej rosną w obecności promieniowania. Podobnie jak te znalezione w Czarnobylu, wydają się czarne ze względu na duże ilości melaniny. Ten pigment jest w stanie przechwytywać cząsteczki o wysokiej energii i rozpraszać ich energię, chroniąc komórki przed uszkodzeniem.
Rozpuszczając taką komórkę grzyba pod mikroskopem można zobaczyć jej „ducha” - czarną sylwetkę melaniny, która gromadzi się w koncentrycznych warstwach w ścianie komórkowej. Grzyby z „afrykańskiej” strony kanionu zawierają go trzy razy więcej niż mieszkańcy „europejskiego” zbocza. Są też bogate w wiele drobnoustrojów żyjących na wyżynach, które w warunkach naturalnych dostają nawet 500-1000 grey rocznie. Ale nawet tak przyzwoita ilość pochłoniętego promieniowania dla grzybów to nic. Jest mało prawdopodobne, aby cała ta melanina była produkowana wyłącznie w celu 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 zostały pomyślnie opracowane przez biologów Arturo Casadevalę i Ekaterinę Dadachovą pracujących w USA. Naukowcy wykazali, że pod wpływem promieniowania setki razy wyższego niż naturalne tło, czarne melanizowane grzyby (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis i Cryptococcus neoformans) trzykrotnie intensywniej asymilują węgiel z pożywki. W tym samym czasie zmutowane grzyby albinosy, niezdolne do produkcji melaniny, z łatwością tolerowały promieniowanie, ale rosły w zwykłym tempie.
Warto powiedzieć, że melanina może występować w komórkach w nieco innych konfiguracjach chemicznych. Jego główną postacią u ludzi jest eumelanina, chroni skórę przed promieniowaniem ultrafioletowym i nadaje jej brązowo-czarny kolor. Czerwony kolor warg i sutków determinowany jest obecnością feomelaniny. I to właśnie feomelanina jest produkowana przez komórki grzybów pod wpływem promieniowania, choć w takich ilościach wygląda już na całkowicie czarną.
Przejściu z eu- do feomelaniny towarzyszy wzrost transferu elektronów z NADP do żelazicyjanku - to jeden z pierwszych etapów biosyntezy glukozy. Nic dziwnego, że zgodnie z niektórymi założeniami 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 wczesnej kredy występuje duża liczba silnie zmelanizowanych zarodników grzybów. W tamtej epoce wyginęło wiele zwierząt i roślin: „Okres ten zbiega się z przejściem przez„ zero magnetyczne”i chwilową utratą„ tarczy geomagnetycznej”, która chroni Ziemię przed promieniowaniem” - pisze Ekaterina Dadachova. Grzyby radiotroficzne nie mogły nie wykorzystać tej sytuacji. Wcześniej czy później również tego użyjemy.
podanie
Zastosowanie melaniny do wykorzystania energii promieniowania to wciąż tylko hipoteza. Jednak badania trwają, korzyści płynących z radiotrofu nie można nazwać czymś egzotycznym. W warunkach niedoboru zasobów i wystarczającego promieniowania niektóre pospolite grzyby mogą nasilać syntezę melaniny i wykazywać zdolność „odżywiania się promieniowaniem”. Na przykład wyżej wymienione C. sphaerospermum i W. dermatitidis są szeroko rozpowszechnionymi organizmami glebowymi, a C. neoformans czasami infekuje ludzi, powodując zakaźną kryptokokozę.
Takie grzyby rosną dość łatwo w warunkach laboratoryjnych, nie są trudne do manipulacji. A ze względu na ich zdolność do zasiedlania obszarów o dużym skażeniu mogą stać się wygodnym narzędziem do usuwania odpadów radioaktywnych. Dzisiaj takie śmieci - na przykład stare kombinezony - są zwykle prasowane i zwijane w celu przechowywania, aż niestabilne nuklidy zostaną naturalnie wyczerpane. Jest możliwe, że grzyby, które mogą przetrwać na promieniowaniu wysokoenergetycznym, czasami przyspieszają ten proces.
W 2016 roku zmelanizowane grzyby zebrane w pobliżu elektrowni jądrowej w Czarnobylu zostały wysłane w kosmos. Nawet biorąc pod uwagę wszystkie ekrany, zwykłe poziomy promieniowania na ISS są od 50 do 80 razy wyższe niż promieniowanie tła w pobliżu powierzchni Ziemi, co zapewnia warunki do wzrostu takich komórek. Próbki spędziły około dwóch tygodni na orbicie, zanim zostały zwrócone, aby umożliwić naukowcom zbadanie, jak wpłynęła na nie mikrograwitacja. Być może kiedyś grzyby będą musiały tak żyć z pokolenia na pokolenie.
Energia promieniowania gwiazdy szybko słabnie, gdy przemieszcza się ona na obrzeża Układu Słonecznego, ale promieniowanie kosmiczne jest obecne na najbardziej odległych peryferiach. Teoretycznie melanina komórek grzybów mogłaby zostać wykorzystana do produkcji biomasy lub syntezy złożonych cząsteczek, które byłyby potrzebne podczas załogowych misji dalekobieżnych. Jest prawdopodobne, że oprócz zielonych i bujnych szklarni, statek kosmiczny przyszłości będzie musiał zaaranżować kolejny - najdalszy, który zostanie porośnięty przydatną czarną pleśnią, która może pochłaniać energię promieniowania.
Roman Fishman