Автор фото, BBC/Getty Images
В мае 1997 года Нелли Жданова зашла в одно из самых радиоактивных мест на Земле — заброшенные руины разрушенного ядерного реактора на Чернобыльской АЭС — и увидела, что она там не одна.
Черная плесень поселилась на потолке, стенах и внутри металлических труб, защищавших электрические кабели, — в месте, которое когда-то считалось опасным для жизни.
В полях и лесах за станцией после исчезновения людей волки и кабаны восстановили свою популяцию. Но даже сегодня существуют горячие точки, где можно обнаружить ошеломляющие уровни радиации.
Плесень, образованная несколькими разными грибами, казалась особенной. Она не просто заняла место, освободившееся после ухода рабочих со станции.
Ранее, изучая почву вокруг Чернобыля, Жданова обнаружила, что плесневые грибы на самом деле привлекаются к радиоактивным частицам, засоряющим эту территорию.
Теперь она обнаружила, что они достигли первоначального источника радиации — помещений внутри разрушенного реакторного здания.
С каждым исследованием, которое приближало ее к опасному излучению, работа Ждановой также бросала вызов нашему пониманию того, как радиация влияет на жизнь на Земле.
Теперь это открытие дает надежду на очистку радиоактивных территорий и может даже защитить астронавтов от вредного излучения во время космических путешествий.
Фото предоставлено Getty Images
26 апреля 1986 года испытание безопасности на четвертом реакторе Чернобыльской АЭС быстро превратилось в самую страшную ядерную аварию в мире.
Серия ошибок как в конструкции реактора, так и в его работе привела к огромному взрыву. Результатом стал массовый выброс радионуклидов. Радиоактивный йод стал основной причиной смерти в первые дни и недели, а позже и рака.
Чтобы снизить риск облучения и долгосрочных последствий для здоровья, была создана 30-километровая зона отчуждения, чтобы держать людей подальше от наиболее опасных радиоактивных остатков четвертого реактора.
Но пока людей держали подальше, черная плесень Ждановой медленно «колонизировала» эту территорию.
Фото предоставлено Германом Орисаолой/Пабло Буррако
Исследование Ждановой показало, что, как и растения, стремящиеся к солнечному свету, гифы, то есть длинные нитевидные клетки, грибов, по-видимому, притягиваются к ионизирующей радиации.
Но «радиотропизм», как его назвала Жданова, был парадоксом: ионизирующее излучение вообще мощнее солнечного света, это поток радиоактивных частиц, который разрывает ДНК и белки, как пули пронзают плоть.
Наносимый им ущерб может вызывать вредные мутации, разрушать клетки и убивать организмы.
Помимо очевидно радиотропных грибов, Жданова обнаружила еще 36 видов распространенных, но отдаленно родственных грибов, растущих вокруг Чернобыля.
В течение следующих двух десятилетий ее новаторские работы по выявленным ею радиотропным грибам вышли далеко за пределы Украины.
Она добавила знания о потенциально новой основе жизни на Земле, которая процветает за счет радиации, а не солнечного света.
И это привело учёных НАСА к идее окружить своих астронавтов стенами из грибов — как долговременной формы системы жизнеобеспечения.
Центральным элементом этого явления является пигмент, распространенный в живых организмах на Земле – меланин. Эта молекула, цвет которой может варьироваться от черного до красновато-коричневого, определяет различный цвет кожи и волос у людей. И именно она является причиной того, что различные виды плесени, растущей в Чернобыле, были черными. Их клеточные стенки были насыщены меланином.
Жданова подозревала, что так же, как темная кожа защищает наши клетки от ультрафиолетового (УФ) излучения, меланин этих грибов действует как щит от ионизирующего излучения.
Однако защитные свойства меланина использовали не только грибы. В прудах вокруг Чернобыля лягушки с более высокой концентрацией меланина в клетках и, следовательно, более темной окраской, выживали и лучше размножались, постепенно превращая местную популяцию в черную.
Меланин не работает так, как, например, щит от стрелы. Это не твердая и не гладкая поверхность. Излучение – будь то УФ или радиоактивные частицы – поглощается его неупорядоченной структурой, и его энергия рассеивается, а не отражается.
Меланин также является антиоксидантом, молекулой, которая может преобразовывать реактивные ионы, образующиеся под воздействием радиации в биологических тканях, и возвращать их в стабильное состояние.
В 2007 году Катерина Дадачева, учёный-ядерщик из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью—Йорке, дополнила работу Ждановой о чернобыльских грибах, показав, что их рост был не только «направленным» (радиотропным), но и фактически усиливался в присутствии радиации.
Меланизированные грибы — те же самые, что были найдены внутри чернобыльского реактора — росли на 10% быстрее в присутствии радиоактивного цезия по сравнению с теми же грибами, выращенными без радиации, обнаружила она.
Дадачева и ее команда обнаружили, что меланизированные грибы, которые я облучил, использовали энергию для поддержания своего метаболизма. Другими словами, они использовали это для роста.
Изображение предоставлено: Elsevier/Жданова и др. 2000
Жданова предположила, что эти грибы могут использовать энергию радиации, и теперь исследования Дадачевой, похоже, развили эту идею.
Эти грибы не просто росли в направлении излучения ради тепла или какой-то неизвестной реакции между излучением и окружающей средой, как предполагала Жданова.
Дадачева считала, что грибы активно питаются энергией радиации. Она назвала этот процесс «радиосинтезом». И меланин был центральным элементом этой теории.
«Энергия ионизирующего излучения примерно в миллион раз превышает энергию белого света, который используется в фотосинтезе», — говорит Дадачева.
«Итак, вам нужен довольно мощный преобразователь энергии, и мы думаем, что меланин способен именно на это — преобразовывать [ионизирующее излучение] в полезные уровни энергии», — добавляет она.
Радиосинтез все еще остается теорией, потому что его можно будет доказать только тогда, когда будет открыт точный механизм взаимодействия меланина и метаболизма.
Ученым придется найти точный рецептор или конкретную область в сложной структуре меланина, которая участвует в преобразовании радиации в энергию для роста.
В последние годы Дадачева и ее коллеги начали выявлять некоторые пути и белки, которые могут лежать в основе усиленного роста грибов под воздействием ионизирующего излучения.
Не все грибы меланизируются. проявляют склонность к радиотропизму и положительному росту в присутствии радиации.
Например, исследование Ждановой и ее коллег, проведенное в 2006 году, показало, что только девять из 47 видов меланизированных грибов, которые они собрали в Чернобыле, росли в направлении источника радиоактивного цезия (цезия-137).
Аналогично, в 2022 году ученые из Sandia National Laboratories в Нью—Мексико не обнаружили разницы в росте, когда два типа грибов (один меланизированный, другой нет) подверглись воздействию УФ—излучения и цезия-137.
Но в том же году снова была обнаружена та же склонность грибов к росту под воздействием радиации – на этот раз в космосе.
В отличие от радиоактивного распада, наблюдаемого в Чернобыле, так называемое галактическое космическое излучение представляет собой невидимый шторм заряженных протонов, каждый из которых движется почти со скоростью света во Вселенной.
Он возникает в результате взрыва звезд за пределами нашей солнечной системы и может без особых затруднений проходить сквозь свинец. На Земле наша атмосфера во многом защищает нас от нее, но для астронавтов, отправляющихся в космические путешествия, ее называют самой большой угрозой для здоровья.
Но даже галактическое космическое излучение не стало проблемой для образцов Cladosporium sphaerospermum, того же штамма, который Жданова нашла по всему Чернобылю — согласно исследованию, в результате которого грибы были отправлены на Международную космическую станцию в декабре 2018 года.
«Мы показали, что он лучше растет в космосе», — говорит Нильс Авереш, биохимик из Университета Флориды и соавтор исследования исследование.
Фото предоставлено: Нильс Авереш/Аарон Берлинер
По сравнению с контрольными образцами на Земле исследователи обнаружили, что грибы, подвергавшиеся воздействию галактической космической радиации в течение 26 дней, росли в среднем в 1,21 раза быстрее.
Несмотря на это, Авереш до сих пор не убежден, что это происходит потому, что C. sphaerospermum использовала космическое излучение в качестве источника энергии.
Повышенные темпы роста, по его словам, могут быть результатом невесомости, еще одного фактора, с которым не сталкиваются наземные грибы.
Авереш в настоящее время проводит эксперименты с использованием машины случайного позиционирования, которая имитирует невесомость на Земле, чтобы разделить эти две возможности.
Однако Авереш и его коллеги также исследовали фактический потенциал меланина у C. sphaerospermum путем помещения датчика под образец гриба на борту Международной космической станции.
По сравнению с образцами без грибков, количество заблокированного излучения увеличивалось по мере роста грибков, и даже тонкий слой плесени на чашке Петри оказался эффективным щитом.
«Учитывая относительно тонкий слой биомассы, это может указывать на значительную способность C. sphaerospermum поглощать космическое излучение в измеренном спектре», — пишут исследователи.
Авереш отмечает, что вполне возможно, что кажущаяся радиозащита свойства грибов обусловлены компонентами других биологических структур, помимо меланина.
Например, вода — молекула с большим количеством протонов в своей структуре (восемь в атоме кислорода и по одному в каждом атоме водорода) — является одной из лучших защит от протонов, летящих в космосе. Это своего рода астробиологический аналог борьбы с огнем.
Несмотря на это, полученные результаты открыли интересные перспективы решения проблемы жизни в космосе. И Китай, и США планируют создать базы на Луне в ближайшие десятилетия, а базирующаяся в Техасе компания SpaceX планирует запустить свою первую миссию на Марс к концу 2026 года и высадить там людей через три-пять лет.
Людей, которые будут жить на таких базах, нужно будет защищать от космической радиации. Но использование воды или полиэтилена в качестве радиозащитного кокона может оказаться слишком тяжелым.
У металла и стекла схожая проблема. Линн Дж. Ротшильд, астробиолог из Исследовательского центра Эймса НАСА, сравнила транспортировку таких материалов в космос с черепахой, несущей повсюду свой панцирь.
«Это надежный план, но требует огромных затрат энергии», — сказала она в выпуске НАСА за 2020 год.
Ее исследования привели к созданию мебели и стен на основе мицелия, который можно выращивать на Луне или Марсе. Такая «микоархитектурная» среда не только снизит затраты на запуск, но и – если результаты Дадачевой и Авереша подтвердятся – сможет служить радиационным щитом, самовоспроизводящимся барьером между людьми в космосе и штормом галактического космического излучения извне.
Точно так же, как грибы черной плесени «колонизировали» заброшенный мир в Чернобыле, они могут однажды защитить наших первых. шаги в новых мирах Солнечной системы.
