Плесен от Чернобил, поглъщаща радиация, може да ни помогне да опознаем космоса

Плесен, открита на мястото на ядрената катастрофа в Чернобил, изглежда се храни с радиация. Можем ли да го използваме, за да предпазим космонавтите от въздействието на космическите лъчи?

През май 1997 г. Нели Жданова влиза в едно от най-радиоактивните места на Земята - изоставените руини на взривилата се атомна електроцентрала в Чернобил и установява, че не е сама. На тавана, стените и вътрешността на металните тръби, които предпазват електрическите кабели, се е заселила черна плесен. Това е място, което някога се смяташе за несъвместимо с живота, съобщава Би Би Си. 

В полетата и горите отвън вълците и дивите свине се възстановяват при отсъствието на хората. Но дори и днес има горещи точки, където могат да се открият зашеметяващи нива на радиация, дължащи се на материалите, изхвърлени от реактора при експлозията.             

Мухълът, образуван от редица различни гъбички, сякаш прави нещо удивително. Той не се е появил там просто, защото работниците в централата ги няма. Жданова е открила в предишни проучвания на почвата около Чернобил, че тези плесени всъщност растат в посока на радиоактивните частици, които са разпръснати в района. Тя е установила, че те са достигнали до първоначалния източник на радиация - помещенията в сградата на експлодиралия реактор.

С всяко проучване, което води близо до вредната радиация, работата на Жданова променя нашите представи за това как радиацията влияе на живота на Земята. Днес нейното откритие дава надежда за почистване на радиоактивни обекти и дори предлага начини за защита на астронавтите от вредна радиация по време на космическите им пътувания. 

Единадесет години преди посещението на Жданова рутинна проверка на безопасността на реактор четири в АЕЦ „Чернобил" бързо се превръща в най-тежката ядрена авария в света. Серия от грешки както в проектирането на реактора, така и в неговата експлоатация, води до огромна експлозия в ранните часове на 26 април 1986 г. Резултатът е еднократно масивно изпускане на радионуклиди. Радиоактивният йод е основна причина за смъртта през първите дни и седмици, а по-късно и за рак.

В опит да се намали рискът от радиационно отравяне и дългосрочни здравни усложнения, била създадена 30-километрова зона за изключване. Тя е известна също и като „Зона за отчуждаване". Нейната цел е да се държат хората на далеч от най-опасните радиоактивни остатъци от реактор четири.

Но докато хората били държани на разстояние, черната плесен на Жданова бавно колонизирала района.

Подобно на растенията, които се стремят към слънчевата светлина, изследванията на Жданова показват, че гъбичните хифи на черната плесен изглеждат привлечени от йонизиращото лъчение. Но „радиотропизмът", както го нарича Жданова, е парадокс.  Йонизиращото лъчение е като цяло много по-мощно от слънчевата светлина, като поток от радиоактивни частици, които разкъсват ДНК и протеини, както куршумите пробиват плътта. Уврежданията, които причинява, могат да предизвикат вредни мутации, да унищожат клетки и да убият организми. Наред с очевидно радиотропните гъби, проучванията на Жданова откриват 36 други вида обикновени, но отдалечено свързани плесени, които растат около Чернобил. През следващите две десетилетия нейната пионерска работа върху радиотропните плесени, които тя идентифицира, достига далеч извън Украйна. Тя допринася за познанията за потенциално нова основа на живота на Земята. Такава, която процъфтява благодарение на радиацията, а не на слънчевата светлина.

А учените от НАСА обмислят да обградят астронавтите си със стени от гъби, за да им осигурят трайна форма на поддържане на живот.

В центъра на тази история е пигмент, широко разпространен в живота на Земята. Меланинът. Тази молекула, която може да варира от черна до червеникаво-кафява, е причината за различните цветове на кожата и косата при хората. Но тя е и причината, поради която различните видове плесени, растящи в Чернобил, са черни. Клетъчните им стени са пълни с меланин. По същия начин, по който по-тъмната кожа предпазва нашите клетки от ултравиолетовата (UV) радиация, Жданова предполага, че меланинът на тези гъби действа като щит срещу йонизиращата радиация.

Не само плесените са се възползвали от защитните свойства на меланина. В езерата около Чернобил жабите с по-висока концентрация на меланин в клетките си, и следователно с по-тъмен цвят, оцеляват по-добре и се размножават, като постепенно преобразяват местната популация в черна.

Във войната щитът може да защити войника от стрела, като отклони снаряда от тялото му. Но меланинът не работи по този начин. Той не е твърда или гладка повърхност. Радиацията, дали ултравиолетова или радиоактивни частици, се поглъща от неговата хаотична структура, като енергията му се разсейва, а не се отклонява. Меланинът е също антиоксидант, молекула, която може да превърне реактивните йони, които радиацията произвежда в биологичната материя, и да ги върне в стабилно състояние.

През 2007 г. Екатерина Дадачова, ядрен учен в Медицинския колеж „Алберт Айнщайн" в Ню Йорк, допълва работата на Жданова върху гъбите в Чернобил, като разкрива, че растежът им не е само насочен (радиотропен), а всъщност се увеличава в присъствието на радиация.

Меланизираните плесени, точно като тези в реактора на Чернобил, растат с 10% по-бързо в присъствието на радиоактивен цезий в сравнение със същите плесени, отгледани без радиация, открива тя.

Дадачова и нейният екип също така откриват, че меланизираните плесени, които са били облъчени, изглежда използват енергията, за да стимулират метаболизма си. С други думи, те я използват, за да растат.

Жданова е предположила, че тези гъби могат да усвояват енергията от радиацията, а изследванията на Дадачова изглежда се основават на тази теория. Тези гъби не просто растат към радиацията, за да се стоплят, или поради някаква неизвестна реакция между радиацията и околната среда, както е предположила Жданова. Дадачова вярва, че гъбите активно се хранят с енергията от радиацията. Тя нарича този процес „радиосинтеза". А меланинът е в центъра на тази теория.

„Енергията на йонизиращата радиация е около един милион пъти по-висока от енергията на бялата светлина, която се използва във фотосинтезата. Така че е необходим доста мощен преобразувател на енергия, и ние смятаме, че меланинът е способен да преобразува йонизиращата радиация в използваеми нива на енергия", обяснява Дадачова.

Радиосинтезата все още е само теория, тъй като може да бъде доказана само ако бъде открит точният механизъм между меланина и метаболизма. Учените трябва да намерят точния рецептор или конкретно кътче в сложната структура на меланина, който участва в превръщането на радиацията в енергия за растеж.

През последните години Дадачова и нейните колеги започнали да идентифицират някои от пътищата и протеините, които може да са в основата на увеличаването на растежа на гъбите при йонизираща радиация. Не всички меланизирани гъби показват тенденция към радиотропизъм и положителен растеж в присъствието на радиация.

Например, проучване от 2006 г. на Жданова и нейните колеги установява, че само девет от 47-те вида меланизирани гъби, които са събрали в Чернобил, са расли към източник на радиоактивен цезий (цезий-137).

По същия начин, през 2022 г. учени от Sandia National Laboratories в Ню Мексико не са открили разлика в растежа, когато два вида гъби (един меланизиран, друг не) са били изложени на ултравиолетова радиация и цезий-137. Но същата година същата тенденция за растеж на гъбите при излагане на радиация е била открита отново. Този път в космоса.

За разлика от радиоактивния разпад, открит в Чернобил, така нареченото галактическо космическо лъчение е невидима буря от заредени протони, всеки от които се движи с почти светлинна скорост през Вселената. Произхождащо от експлодиращи звезди извън нашата Слънчева система, то преминава дори през олово без особени затруднения. На Земята атмосферата ни предпазва до голяма степен от него, но за астронавтите, пътуващи в дълбокия космос, то е „най-голямата опасност" за тяхното здраве.

Но дори галактическата космическа радиация не е била проблем за пробите от Cladosporium sphaerospermum, същия щам, който Жданова е открила да расте в Чернобил, според проучване, в рамките на което тези гъби са били изпратени на Международната космическа станция през декември 2018 г.

„Ние показахме, че расте по-добре в космоса", казва Нилс Авереш, биохимик, работещ в Университета на Флорида и съавтор на проучването.

В сравнение с контролните проби на Земята, изследователите установяват, че плесените, които са били изложени на галактично космическо лъчение в продължение на 26 дни, са расли средно 1,21 пъти по-бързо. Въпреки това, Авереш все още не е убеден, че това се дължи на факта, че C. sphaerospermum е усвоявал лъчението в космоса. Повишените нива на растеж биха могли да бъдат резултат и от нулевата гравитация, казва той, друг фактор, който плесените на Земята не са изпитвали.

Авереш в момента провежда експерименти с машина за случайно позициониране, която симулира нулева гравитация тук, на Земята, за да анализира тези две възможности. Но Авереш и колегите му също така тествали защитния потенциал на меланина в C. sphaerospermum, като поставиха сензор под проба от гъбите на борда на Международната космическа станция. В сравнение с пробите без гъби, количеството блокирана радиация се е увеличило с растежа на гъбите, и дори малко плесен в петриева чашка изглежда е било ефективен щит.

„Като се има предвид сравнително тънкият слой биомаса, това може да показва дълбока способност на C. sphaerospermum да абсорбира космическа радиация в измервания спектър", посочват изследователите.

Авереш казва, че все още е възможно очевидните радиозащитни ползи от гъбите да се дължат на компоненти на биологичния живот, различни от меланина. Водата, например, молекула с голям брой протони в структурата си (осем в кислорода и по един във всеки водород), е един от най-добрите начини за защита срещу протоните, които летят през космоса, астробиологичен еквивалент на борбата с огън срещу огън.

Въпреки това, откритията отварят интересни перспективи за решаване на проблема с живота в космоса. Както Китай, така и САЩ планират да имат база на Луната през следващите десетилетия, а базираната в Тексас компания SpaceX има за цел да изстреля първата си мисия до Марс до края на 2026 г. и да изпрати хора там три до пет години по-късно. Всички хора, които живеят в тези бази, ще трябва да бъдат защитени от космическата радиация. Но използването на вода или полиетиленова пластмаса като радиозащитен кокон за тези бази може да се окаже твърде тежко за излитане. Металът и стъклото представляват подобен проблем.

Лин Ротшилд, астробиолог в изследователския център „Еймс" на НАСА, сравнява транспортирането на тези материали в космоса за изграждане на космически бази с костенурка, която носи черупката си навсякъде, където отива.

„Това е надежден план, но с огромни енергийни разходи", каза тя в съобщение на НАСА от 2020 г. Нейните изследвания са довели до създаването на мебели и стени на гъбична основа, които могат да бъдат отглеждани на Луната или Марс. Тази „микоархитектура" не само би намалила разходите за излитане, но ако заключенията на Дадачова и Авереш се окажат верни, би могла да се използва и за създаване на радиационен щит, самовъзстановяваща се бариера между хората, пътуващи в космоса, и бурята от галактична космическа радиация отвън.

Точно както тези черни плесени колонизирали изоставения свят в Чернобил, може би един ден те ще могат да защитят първите ни стъпки в нови светове другаде в Слънчевата система.