Je ťažké si predstaviť, že v útrobách Černobyľský reaktor číslo 4Zatiaľ čo žiarenie dokáže človeka zabiť v priebehu niekoľkých minút, existuje niečo, čo tejto smrtiacej energii nielen odoláva, ale vďaka nej aj prosperuje. Presne to sa však deje s niektorými kurióznymi čiernymi hubami, ktoré už desaťročia mätú vedcov, astrobiológov… a čoraz viac aj záhradkárov a nadšencov zelených biotechnológií.
Tieto organizmy, medzi ktorými vyniká huba. Cladosporium sphaerospermumZdá sa, že využívajú žiarenie, akoby to bola akási „energetická potrava“. Ich zvláštna schopnosť rásť v jednom z najtoxickejších prostredí na planéte otvorila dvere myšlienkam, ktoré by pred rokmi zneli ako sci-fi: živé steny, ktoré chránia astronautov, biologické materiály, ktoré blokujú kozmické žiarenie, a prečo nie, aplikácie v záhradníctve a pestovaní v extrémnych podmienkach kde je radiácia skutočným problémom.
Od jadrovej katastrofy k živému laboratóriu pod holým nebom
26. apríla 1986 zle naplánovaný bezpečnostný test premenil Černobyľ na jednu z... najväčšie environmentálne katastrofy v históriiVýbuch štvrtého reaktora vypustil do atmosféry obrovský oblak rádionuklidov, ktorý sa podľa rôznych výpočtov rovná stovkám hirošimských bômb a kontaminoval pôdu, lesy a celé mestá.
Útek oslobodil niektorých 200 ton rádioaktívneho materiálu To si vynútilo vytvorenie približne 30-kilometrovej vylúčenej zóny okolo elektrárne na hranici medzi Ukrajinou a Bieloruskom. Táto oblasť sa stala prakticky nedostupnou pre ľudský život a podľa niektorých štúdií ľudia cez ňu mohli prechádzať. stáročia predtým, ako tam mohli opäť bezpečne žiťnajmä v prostredí najbližšie k reaktoru, kde určité izotopy (ako napríklad Cs-137 alebo stroncium-90) zostanú aktívne desaťročia alebo tisíce rokov.
Napriek tomu príroda, ktorá si zvyčajne robí svoje, začala vykazovať známky zotavenia. Mladé lesy zaplavili budovy a cesty, vlky, diviaky, jelene a losy Našli nečakané útočisko a hustota divokej zveri v chránenej zóne sa stala ešte väčšou ako v mnohých blízkych chránených rezerváciách. Medzi pokrútenými stromami, dravými vtákmi, čiernymi bocianami, žabami, ropuchami a légiou hmyzu sa Černobyľ stal akousi rádioaktívnou prírodnou rezerváciou.
Ale čo bolo skutočne prekvapujúce, spočívalo v jadre katastrofy. V 90. rokoch 20. storočia skupina vedcov vrátane ukrajinského mykológa Nelli ŽdanovováZačal skúmať ruiny elektrárne, vstupoval do galérií, chodieb a oblastí, kde radiácia meraná Geigerovými počítačmi zostávala na zničujúcich úrovniach. To, čo našli v stropoch, stenách a kovových potrubiach, bolo rovnako znepokojujúce ako fascinujúce: čierna pleseň, ktorá kolonizovala najviac kontaminované povrchy.
Objav rádiotropných čiernych húb
Počas prvých odberových kampaní v zničenom reaktore a jeho okolí Ždanovová a ďalšie tímy identifikovali viac ako tri desiatky druhov húbMnohé z nich boli tmavé, takmer čierne, s bunkovými stenami veľmi bohatými na melanín. Medzi nimi všetkými začal vynikať jeden druh (paradoxne žijúci v tme): Cladosporium sphaerospermum.
Táto huba pokrývala oblasti s extrémne vysokou úrovňou žiarenia a urobila to so zvláštnosťou, ktorá prelomila stereotyp: namiesto toho, aby sa jej hýfy sťahovali od rádioaktívnych zdrojov, zdalo sa, že... rastú orientované na rádioaktívny materiálToto správanie bolo pomenované rádiotropizmusNebol to len odpor; vyvolávalo to dojem, že huba „hľadala“ žiarenie.
Každý, kto má aspoň základné znalosti o radiačnej biológii, vie, že to znie šialene: ionizujúce žiarenie (gama, alfa a beta častice, vysokoenergetické protóny...) je podstatne energickejšie ako viditeľné svetlo a Ničí DNA a proteíny väčšiny živých organizmov, čo spôsobuje mutácie, rakovinu alebo bunkovú smrť. Preto sa používa napríklad v rádioterapii na ničenie nádorov.
Vzorky získané v Černobyle však ukázali niečo úplne iné. Tieto čierne huby nielenže kolonizovali vysoko kontaminované materiály, ale v porovnaní s inými hubami v oblasti... Obzvlášť prudko rástli v prítomnosti žiarenia.To viedlo výskumníkov k otázke, či by mohli nejakým spôsobom využívať túto smrtiacu energiu.
Aby to ešte viac skomplikovalo, paralelne boli v oblasti pozorované aj iné organizmy s podobnými stratégiami. Napríklad niektoré žaby z blízkych rybníkov vykazovali vyššie hladiny melanínu v pokožkePrijali tmavšie odtiene, ktoré im zrejme poskytovali určitú výhodu v dlhodobom prežití. Všetko naznačovalo, že melanín zohráva v tomto extrémnom ekosystéme kľúčovú úlohu.
Melanín: od farby pokožky k ochrane (a možnej batérii) proti žiareniu
Melanín je všadeprítomný pigment: je zodpovedný za farbu našej pokožky. pokožka, vlasy a dúhovkaJe tiež prítomný v mnohých zvieratách, rastlinách a mikroorganizmoch. V našom prípade vieme, že tmavšie odtiene pleti sú lepšie chránené pred slnečným ultrafialovým (UV) žiarením, čím sa znižuje časť poškodenia, ktoré spôsobuje DNA.
V hubách z Černobyľu sa tento melanín hromadí v bunkových stenách, čo im dodáva charakteristickú čiernu farbu. Na rozdiel od pevnej škrupiny melanín funguje ako druh chaotickej energetickej špongieNamiesto odrážania žiarenia ho absorbuje a rozptyľuje jeho energiu do viacerých smerov, čím minimalizuje vplyv na životne dôležité štruktúry tela.
Okrem toho je melanín silný reagensIonizujúce žiarenie vytvára voľné radikály a vysoko reaktívne ióny, ktoré poškodzujú lipidy, proteíny a nukleové kyseliny. Chemická štruktúra melanínu dokáže „zachytiť“ mnohé z týchto reaktívnych zlúčenín a neutralizovať ich, čím ich transformuje na stabilnejšie molekuly. Táto dvojitá funkcia – absorbovanie energie a deaktivácia voľných radikálov – robí z melanínu ideálneho kandidáta na pochopenie odolnosti týchto húb.
Experimentálne výsledky však zašli ešte ďalej. V roku 2007 jadrový vedec Jekaterina DadachovováPracoval na Lekárskej fakulte Alberta Einsteina v New Yorku a vystavil melanizované huby – vrátane kmeňov podobných tým z Černobyľu – zdroje rádioaktívneho céziaV porovnaní s identickými plodinami, ale bez ožiarenia, pozoroval, že tie, ktoré boli vystavené žiareniu, vyrástli približne o jeden o 10% rýchlejšie.
Dadachovej tím meral nielen rast, ale aj zmeny v samotnom melaníne. Keď boli huby ožiarené, pigment vykazoval štrukturálne zmeny a správanie zodpovedajúce... menič energieNiečo, čo je schopné premeniť časť energie žiarenia na procesy užitočné pre metabolizmus huby. Táto myšlienka viedla k vytvoreniu termínu, ktorý znel takmer kacírsky: rádiosyntéza.
Rádiosyntéza: Huby, ktoré „konzumujú“ žiarenie?
Návrh Dadachovej a kolegov bol rovnako pozoruhodný ako aj rozumný: melanizované huby, ako napríklad Cladosporium sphaerospermum Mohli by využívať ionizujúce žiarenie analogicky k tomu, ako rastliny využívajú svetlo pri fotosyntéze. Zatiaľ čo chlorofyl zachytáva fotóny viditeľného svetla na napájanie reťazca prenosu elektrónov a produkciu ATP, melanín by ho absorboval oveľa energickejšie žiarenie a smeroval by ho do metabolických dráh, ktoré ešte nie sú úplne opísané.
Odtiaľ pochádza tento termín rádiosyntézaProces, pri ktorom by melanín premieňal energiu žiarenia na dodatočný impulz pre metabolizmus húb. Podľa odhadov, ktoré citovala samotná Dadachová, môže ionizujúce žiarenie obsahovať až miliónkrát viac energie Biele svetlo, ktoré rastliny využívajú pri fotosyntéze, si vyžaduje veľmi výkonné molekulárne „zariadenie“ na zníženie tejto energie na použiteľnú úroveň. A práve tu by prišiel na rad melanín.
Je však dôležité nebyť príliš optimistický: hoci laboratórne údaje poukazujú na zvýšený rast pod vplyvom žiarenia a funkčné zmeny melanínu, Úplná metabolická dráha ešte nebola preukázaná ekvivalent fotosyntézy. Napríklad nebol pozorovaný žiadny jasný proces fixácie uhlíka závislý od žiarenia ani priama, postupná premena tejto energie na ATP.
Preto mnohí odborníci trvajú na tom, že rádiosyntéza je dodnes dobre podložená, ale neúplná hypotézaJe známe, že žiarenie mení melanín a že melanizované huby môžu za týchto podmienok získať výhodu, ale presný mechanizmus, zapojené receptory alebo oblasti melanínu a cesta k konečným biochemickým procesom zostávajú neobjasnené.
Ďalším dôležitým bodom je to Nie všetky čierne huby sa správajú rovnako.V štúdii z roku 2006 Ždanovová a jej tím zozbierali v Černobyle 47 melanizovaných druhov a iba 9 vykazovalo jasný rádiotropizmus voči zdroju cézia-137. Nedávno, v roku 2022, experimenty v Sandia National Laboratories (Nové Mexiko) s melanizovanými a nemelanizovanými hubami vystavenými UV žiareniu a céziu-137 nezistili žiadne významné rozdiely v raste. Inými slovami, tento jav nie je ani univerzálny, ani automatický.
Čierne huby cestujú do vesmíru: testy na Medzinárodnej vesmírnej stanici
Ak existuje jedno prostredie, kde je žiarenie neustálym problémom, je to vesmír. Mimo ochranného štítu zemskej atmosféry a magnetosféry sú astronauti vystavení takzvanému žiareniu. galaktické kozmické žiarenie: spŕška protónov a iných nabitých častíc, z ktorých mnohé pochádzajú z hviezdnych explózií, a pohybujú sa rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla.
Toto žiarenie prechádza relatívne ľahko cez materiály, ako je olovo, a predstavuje jeden z väčšie riziká pre budúce dlhodobé misie na Mesiac, Mars alebo ešte ďalej. Preto vesmírne agentúry – okrem iných NASA, ESA, čínska CNSA – hľadajú efektívne, ľahké a ak je to možné, ľahko vyrobiteľné štíty mimo Zeme.
V tejto súvislosti prestala myšlienka použitia čiernych húb ako „biologického dáždnika“ proti žiareniu znieť ako pritiahnutá za vlasy. V rokoch 2018 až 2020 tím výskumníkov, vrátane biochemika Nils Averesch (Univerzita na Floride), poslala úrodu Cladosporium sphaerospermum na Medzinárodná vesmírna stanica (ISS) študovať jeho správanie v mikrogravitácii a za skutočného kozmického žiarenia.
Vzorky boli porovnané s kontrolnými kultúrami udržiavanými na Zemi. Po 26 dňoch expozície na ISS vedci pozorovali, že vesmírne huby V priemere rástli 1,21-krát rýchlejšie než kontrolná skupina. To posilnilo myšlienku, že ožarovanie by im mohlo dávať výhodu, hoci samotní autori uznávajú, že Mikrogravitácia by tiež mohla zohrať úlohu v tomto rozdiele. V skutočnosti Averesch naďalej vykonáva experimenty na Zemi so strojmi, ktoré simulujú beztiažový stav, aby tieto dva faktory oddelili.
Ďalšou kľúčovou časťou experimentu bolo meranie schopnosť húb blokovať žiarenieNa tento účel boli senzory umiestnené pod tenkou vrstvou mycélia. C. sphaerospermumAko huba rástla, detektory zaznamenali postupný pokles rádioaktívneho toku, čo dokazuje, že aj malá „škvrna“ plesne Mohlo by to slúžiť ako čiastočný štít proti okolitému žiareniu z ISS.
Tento výsledok sám o sebe nedokazuje rádiosyntézu, ale potvrdzuje, že biomasa bohatá na melanín – plus vodu, cukry a ďalšie bunkové zložky – vykazuje zaujímavá schopnosť absorbovať a tlmiť žiarenieVoda je v skutočnosti jedným z najznámejších ochranných prostriedkov proti vysokoenergetickým protónom vďaka svojim vysoký obsah protónov (vodíka)Nie je náhoda, že vodné nádrže sa v návrhoch vesmírnych biotopov považujú za bariéru.
Napriek týmto výhradám správanie týchto húb na obežnej dráhe podnietilo predstavivosť... vesmírni inžinieri a architektiAk už tenká vrstva mycélia do istej miery znižuje žiarenie, čo by nedokázala celá stena „kultivovaná“ melanizovanými hubami, možno v kombinácii s inými biologickými materiálmi?
Čierna huba ako živý pancier: lunárne základne, Mars a ďalšie
Keď hovoríme o vyslaní ľudí natrvalo na Mesiac alebo na Mars, otázkou nie je len to, ako sa tam dostať, ale Ako tam žiť bez toho, aby vás vypálila radiáciaVypustenie ton olova, betónu alebo špeciálneho skla do vesmíru je extrémne drahé z hľadiska paliva a logistiky. V skutočnosti astrobiológ Lynn J. Rothschild (NASA Ames) prirovnala túto stratégiu ku korytnačke, ktorá si nesie vlastný pancier: funguje, ale je nesmierne neefektívna.
Preto si koncepty ako... získavajú na popularite „mikroarchitektúra“Využitie húb a iných organizmov na výrobu časti infraštruktúry pre budúce základne na mieste. Rothschild a jeho tím vyvinuli prototypy nábytku a štrukturálne mycéliové panely ktoré by mohli rásť v plesniach, stvrdnúť a slúžiť ako steny alebo stropy. Ak by sa k tomu pridali melanizované druhy s rádioprotektívnou schopnosťou, výsledkom by bolo niečo ako samoopravný biologický štít.
Myšlienka je na papieri jednoduchá: namiesto prepravy ton materiálov by ste poslali iba malé množstvá spór, živín a kultivačného vybaveniaPo ocitnutí sa na Mesiaci alebo Marse by huby rástli s využitím miestnych zdrojov (voda, minerály) a vytvárali by panely, klenby alebo izolačné vrstvy, ktoré by tiež absorbovali značnú časť kozmického žiarenia, ktoré sa snaží prejsť cez biotop.
To dáva zmysel nielen z hľadiska hmotnosti a nákladov, ale aj údržby. Živý, melanizovaný materiál môže regenerácia po dopadoch mikrometeoritov alebo malé praskliny, na rozdiel od tradičných kovových konštrukcií, ktoré si vyžadujú neustále opravy. Predstavte si marťanský skleník pokrytý čiernou hubovou „kožou“, ktorá chráni rastliny aj tých, ktorí ich pestujú.
V skutočnosti, a práve tu prichádza na rad spojenie so záhradkárčením, mnohé z týchto priestorových návrhov biotopov uvažujú moduly na pestovanie rastlín na produkciu potravy, kyslíka a psychickej pohody. Kombinácia rádiotropných húb s rastlinnými plodinami by mohla viesť k zmiešaným systémom, kde mycélium funguje ako štít a štrukturálna podpora, zatiaľ čo rastliny sa starajú o produkciu jedlej biomasy a okysličenie.
Pozemné aplikácie a narážky na záhradníctvo
Krása toho všetkého spočíva v tom, že na to, aby ste si predstavili praktické využitie, nemusíte ísť na Mars. Vlastnosti čiernych húb z Černobyľu vzbudili záujem umelcov, architektov a biotechnológov, ktorí v nich vidia... nástroj na riadenie žiarenia na našej planéteJedným príkladom je dielo architekta a umelca Fernando Cremades, ktorý strávil roky skúmaním toho, ako by sa sušené spóry rádiotropných húb dali použiť na zníženie úrovne rádioaktivity v kontaminovaných oblastiach.
Spoločnosť Cremades dokonca navrhla prototypy autonómnych zariadení, ako sú „drony“ alebo mobilné artefakty, ktoré sú vybavené... Geigerov počítač a systém ArduinoUvoľňujú spóry, keď zistia žiarenie nad určitou hranicou. Myšlienka je taká, že huba kolonizuje najnebezpečnejšie povrchy, absorbuje časť žiarenia a časom prispieva k bioremediácii týchto prostredí.
Pre pokrok v tomto type aplikácie, projekt „Aplikácia rádiotrofných húb a ich nasadenie v rádioaktívnom prostredí„v spolupráci s Univerzitou Johnsa Hopkinsa a centrami ako Medialab Matadero (Madrid). Cieľom je preskúmať v teréne, ako by sa huba mohla správať v mestské prostredie, jadrové sklady, nemocnice (napríklad v oblastiach rádiológie alebo rádioterapie) a iných priestoroch, kde je radiácia, hoci nedosahuje úrovne ako v Černobyle, stále faktorom, ktorý treba zvážiť.
A čo má s tým všetkým spoločné záhradníctvo? Aj keď je zrejmé, Nebudeme sadiť černobyľské huby do záhradného záhona.Áno, existuje zaujímavá paralela: tieto huby sú extrémnym príkladom toho, ako je život schopný prispôsobiť svoj metabolizmus veľmi drsným podmienkam. V záhradníctve a poľnohospodárstve sa im venuje čoraz väčšia pozornosť. prospešné pôdne mikroorganizmy (mykorízne huby, baktérie viažuce dusík atď.), ktoré pomáhajú rastlinám odolávať stresu, suchu alebo chudobným pôdam.
Rádiotropné huby tento obzor rozširujú. Inšpirované ich biológiou by sa mohli v budúcnosti rozvíjať. biohnojivá alebo ochranné biokryty pre prostredia s nízkou, ale pretrvávajúcou rádioaktívnou kontamináciou alebo pre oblasti postihnuté jadrovými haváriami, kde je žiaduce postupné opätovné zavedenie vegetácie. Skúma sa aj možnosť použitia hubového melanínu ako zložky. pokročilé záhradnícke materiály (bariéry, clony, zakrývanie skleníkov), ktoré tlmia určité žiarenie a chránia rastliny aj ľudí.
Navyše, koncept „extrémneho záhradníctva“ – pestovania života na miestach, ktoré považujeme za takmer stratené – dokonale ladí s príbehom o Černobyle. Tam, kde sa všetko zdalo navždy mŕtve, machy, trávy, stromy a huby Vytvorili nový ekosystém. Pochopenie toho, čo umožňuje túto obnovu a ako ju určité organizmy riadia, nám môže poskytnúť vodítka pre obnovu degradovaných priestorov tu a teraz.
Pri pohľade z istej perspektívy príbeh čiernych húb v Černobyle spája jadrovú katastrofu, extrémnu biológiu, prieskum vesmíru a záhradníctvo spôsobmi, ktoré by sa pred niekoľkými desaťročiami zdali nemožné. Od objavenia... Cladosporium sphaerospermum Od stien reaktora 4 až po experimenty na Medzinárodnej vesmírnej stanici a projekty mikroarchitektúry sa vynára silná myšlienka: Život nielenže pretrváva, ale sa aj znovuobjavuje, pričom ako zdroj používa to, čo sa kedysi zdalo ako čistý jed.Hĺbkové pochopenie toho, ako táto huba dosahuje tento cieľ – a ako s ňou môžeme pracovať bez toho, aby sme stratili zo zreteľa riziká – môže zmeniť spôsob, akým chránime astronautov, aj spôsob, akým navrhujeme záhrady, skleníky a krajinu na planéte, ktorá teraz viac ako kedykoľvek predtým potrebuje takýchto odolných spojencov.
