Svampar i Tjernobyl: anomalt liv under strålning

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Livet kan tämja även dödlig strålning och använda sin energi till nytta för nya varelser.

Tvärtemot många förväntningar förvandlade inte Tjernobyl-katastrofen de omgivande skogarna till en död kärnkraftsöken. Varje moln har en silverkant, och efter upprättandet av uteslutningszonen sjönk det antropogena trycket på den lokala naturen kraftigt. Även i de mest skadade områdena återhämtade sig växtlivet snabbt, vildsvin, björnar och vargar återvände till Pripyatdalen. Naturen kommer till liv som en fantastisk Fenix, men strålningens osynliga kvävande grepp känns överallt.

"Vi gick genom skogen, himlen målades med en magnifik solnedgång", säger den amerikanske mikrobiologen Christopher Robinson, som arbetade här 2018. – I en bred glänta mötte vi hästar, ett fyrtiotal. Och alla hade gula ögon som knappt kunde skilja på oss som gick förbi." Djur lider faktiskt av grå starr i massor: synen är särskilt känslig för strålning, och blindhet är ett vanligt resultat av ett långt liv i exkluderingszonen. Utvecklingsstörningar är vanliga hos lokala djur och cancer förekommer ofta. Och ännu mer katastrofalt att vara nära olyckans tidigare epicentrum.

Det fjärde blocket, som exploderade 1986, täcktes av en skyddande sarkofag några månader senare, där annat radioaktivt skräp från platsen samlades in. Men redan 1991, när mikrobiologen Nelly Zhdanova och hennes kollegor undersökte dessa rester med hjälp av fjärrstyrda manipulatorer, dök livet upp även här. Det dödliga skräpet visade sig vara bebott av blomstrande samhällen av svarta svampar.

Under de följande åren identifierades representanter för ett hundratal släkten bland dem. Vissa av dem tål inte bara den dödliga strålningsnivån, utan även de själva dras till det, som växter till ljus.

Överlevnad

Högenergistrålning är farlig för allt levande. Det skadar lätt DNA, vilket orsakar mutationer och fel i koden. Tunga partiklar kan bryta upp kemiska föreningar som kanonkulor, vilket leder till uppkomsten av aktiva radikaler, som omedelbart interagerar med den första granne de hittar. Ett tillräckligt intensivt bombardemang kan orsaka radiolys av vattenmolekyler och en hel skur av slumpmässiga reaktioner som dödar cellen. Trots detta visar vissa varelser fantastiskt motstånd mot sådana influenser.

Encelliga organismer har en relativt enkel struktur, och det är inte så lätt att störa deras ämnesomsättning av fria radikaler, och kraftfulla verktyg för proteinreparation reparerar snabbt skadat DNA. Som ett resultat kan svampar absorbera upp till 17 000 Gray av strålningsenergi - många storleksordningar mer än den mängd som är säker för människor. Dessutom njuter några av dem bokstavligen av sådant radioaktivt "regn".

Den berömda Canyon of Evolution nära Mount Carmel i Israel är orienterad med en sluttning mot Europa, den andra mot Afrika. Skillnaden mellan deras belysning når 800%, och den "afrikanska" sluttningen som bestrålas av solen är bebodd av svampar som växer bättre i närvaro av strålning. Liksom de som finns i Tjernobyl verkar de svarta på grund av de stora mängderna melanin. Detta pigment kan fånga upp högenergipartiklar och avleda deras energi, vilket förhindrar att celler skadas.

Genom att lösa upp en sådan svampcell, under ett mikroskop, kan man se dess "spöke" - en svart siluett av melanin, som ackumuleras i koncentriska lager i cellväggen. Svampar från den "afrikanska" sidan av kanjonen innehåller tre gånger mer av det än invånarna i den "europeiska" sluttningen. De är också rika på många mikrober som lever i höglandet, som under naturliga förhållanden får upp till 500-1000 Grå per år. Men även en sådan anständig mängd absorberad strålning för svamp är ingenting. Det är osannolikt att allt detta melanin produceras enbart för skydd.

Välstånd

Till och med Nelly Zhdanova 1991 visade att svampar som samlats in nära kärnkraftverket i Tjernobyl når strålningskällan och växer bättre i dess närvaro. 2007 utvecklades dessa resultat av biologerna Arturo Casadevala och Ekaterina Dadachova som arbetar i USA. Forskare har visat att svarta melaniserade svampar (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis och Cryptococcus neoformans) under påverkan av strålning hundratals gånger högre än den naturliga bakgrunden assimilerar kol från näringsmediet tre gånger mer intensivt. Samtidigt tolererade mutanta albinosvampar, som inte kunde producera melanin, strålning lätt, men växte i vanlig takt.

Det är värt att säga att melanin kan finnas i celler i lite olika kemiska konfigurationer. Dess huvudsakliga form hos människor är eumelanin, det skyddar huden från ultraviolett strålning och ger den en brun-svart färg. Den röda färgen på läpparna och bröstvårtorna bestäms av närvaron av feomelanin. Och det är pheomelanin som produceras av svampceller under påverkan av strålning, även om det i sådana mängder redan ser helt svart ut.

Övergången från eu- till feomelanin åtföljs av en ökning av överföringen av elektroner från NADP till ferricyanid - detta är ett av de första stegen i glukosbiosyntesen. Det är inte förvånande att, enligt vissa antaganden, sådana svampar är kapabla att utföra reaktioner som liknar fotosyntes, men istället för ljus använder de energin från radioaktiv strålning. Denna förmåga tillåter dem att överleva och frodas där mer komplexa och petiga organismer dör.

Ett stort antal mycket melaniserade svampsporer finns i avlagringarna under den tidiga kritaperioden. Under den eran dog många djur och växter ut: "Denna period sammanfaller med övergången genom den" magnetiska nollan "och den tillfälliga förlusten av den" geomagnetiska skölden "som skyddar jorden från strålning", skriver Ekaterina Dadachova. Radiotrofiska svampar kunde inte låta bli att dra fördel av denna situation. Förr eller senare kommer vi också att använda detta.

Bilaga

Användningen av melanin för att utnyttja strålningsenergi är fortfarande bara en hypotes. Men forskningen fortsätter, eftersom radiotrofen inte är något exotiskt. Under förhållanden med brist på resurser och tillräcklig strålning kan vissa vanliga svampar förbättra melaninsyntesen och uppvisa förmågan att "mata på strålning". Till exempel är de tidigare nämnda C. sphaerospermum och W. dermatitidis utbredda jordorganismer, och C. neoformans infekterar ibland människor, vilket orsakar infektiös kryptokokkos.

Sådana svampar växer ganska lätt i laboratorieförhållanden, de är lätta att manipulera. Och på grund av deras förmåga att befolka områden med hög förorening, kan de bli ett bekvämt verktyg för bortskaffande av radioaktivt avfall. Idag brukar sådant skräp – till exempel gamla overaller – pressas och rullas ihop för lagring tills instabila nuklider naturligt är utarmade. Det är möjligt att svampar som kan överleva på högenergistrålning kommer att påskynda denna process ibland.

2016 skickades melaniserade svampar som samlats in nära kärnkraftverket i Tjernobyl ut i rymden. Även med all avskärmning beaktad är de vanliga strålningsnivåerna på ISS 50 till 80 gånger högre än bakgrundsstrålning nära jordens yta, vilket ger förutsättningar för tillväxten av sådana celler. Proverna tillbringade cirka två veckor i omloppsbana innan de returnerades för att tillåta forskare att undersöka hur mikrogravitation påverkade dem. Kanske en dag måste svampar leva så här från generation till generation.

Strålningsenergin från en stjärna försvagas snabbt när den rör sig till solsystemets periferi, men kosmisk strålning finns i de mest avlägsna utkanterna. I teorin kan svampcellers melanin användas för att producera biomassa eller syntetisera komplexa molekyler som skulle krävas under långdistansbemannade uppdrag. Det är troligt att man, förutom gröna och frodiga växthus på framtidens rymdfarkost, måste ordna ett annat - det mest avlägsna, som kommer att övervuxa med användbar svartmögel som kan absorbera strålningsenergi.