Чернобилските гъби като щит срещу космически лъчи за мисии в дълбокия космос 

През 1986 г. четвърти блок на Чернобилската атомна електроцентрала в Украйна (бивш Съветски съюз) претърпява масивен пожар и парна експлозия. Безпрецедентната авария освобождава в околната среда над 5% от радиоактивната активна зона на реактора, състояща се от над 100 радиоактивни елемента (главно йод-131, цезий-137 и стронций-90). Нивото на радиация е изключително високо, за да оцелеят формите на живот в близост. Боровите дървета в район от 10 кв. км около мястото на аварията са унищожени в рамките на седмици поради излагане на смъртоносни дози радиация. Някои видове плесени и черни гъби обаче не само оцеляват при опасно високото ниво на радиация, но и се установява, че процъфтяват на мястото на аварията. Последващи проучвания изолират около 2000 щама от 200 вида гъби от мястото. Установено е, че гъбичните хифи растат към източника на йонизираща бета и гама радиация, точно както зелените растения растат към слънчевата светлина. По-интересното е, че излагането на йонизиращо лъчение изглежда е дало възможност на меланизираните гъбични клетки да постигнат засилен растеж, което показва улавяне на енергия от меланиновия пигмент в присъствието на високоенергийна радиация (подобно на улавянето на енергия от хлорофила в слънчевата светлина при фотосинтеза). През 2022 г. експеримент на борда на Международната космическа станция (МКС) демонстрира, че тези гъби проявяват способности за радиоустойчивост и радиосинтез и в космоса. Това предполага, че меланизираните гъби, които оцеляват и виреят в екстремни радиационни условия, като мястото на аварията в Чернобил, могат да бъдат използвани за защита на човешките обитания в дълбокия космос от космически лъчи и за улавяне на енергия (от космическите лъчи), за да се подобри енергийната автономност на мисиите в дълбокия космос като Artemis към бъдещи човешки обитания на Луната и Марс.  

Ядрените реактори по света използват предимно обогатен уран, съдържащ около 3-5% уран-235 като делящ се материал (някои усъвършенствани реактори-размножители могат да използват и плутоний-239 или торий-233). Основните продукти на контролираното делене на уран-235 в реакторите са по-леки ядра на криптон и барий, свободни неутрони и голямо количество енергия. По-нататъшните радиоактивни разпади на нестабилни по-леки делящи се фрагменти (ядра на криптон и барий) освобождават бета-частици, гама-лъчи и други стабилни странични продукти.  

Чернобилската авария (1986 г.) 

През 1986 г. пожар и експлозия с пара в 4-ти блок на Чернобилската атомна електроцентрала в Украйна (тогава Съветски съюз) доведоха до изпускане на над 5% от радиоактивната активна зона на реактора в околната среда. Безпрецедентната авария освободи над 100 радиоактивни елемента в околната среда, като основните бяха йод-131, цезий-137 и стронций-90. Последните два (а именно цезий-137 и стронций-90) все още присъстват в значителни количества в местната среда, тъй като имат по-дълъг период на полуразпад от около 30 години. Тези два изотопа са основно отговорни за това, че зоната на забрана е най-радиоактивно замърсената област на Земята.  

Някои места в зоната за изключване в близост до обекта имат изключително високи нива на радиация. Разрушената сграда на реактора има ниво на радиация над 20 000 рентгена на час (за сравнение, около 500 рентгена за пет часа е смъртоносната доза радиация, което е по-малко от 1% от радиацията в близост до разрушения реактор).   

Нивото на радиация в района от 10 кв. км около Чернобилската електроцентрала в зоната за изключване (наречена Червена гора) е било толкова високо, че хиляди борови дървета са загинали в рамките на седмици след излагане на приблизително 60-100 Грея (Gy) радиация. Тази радиационна доза е била смъртоносна за боровите дървета в района, които са станали ръждивочервени и са загинали. Дори днес гама-лъчите достигат пик от около 17 милирем/час (около 170 µSv/h) на някои места в Червената гора. Гама-лъчите са радиация с много висока енергия. Те проникват дълбоко и избиват електрони от атоми и молекули и образуват йони и свободни радикали, които причиняват непоправими щети на клетките и тъканите, включително жизненоважни биомолекули като ДНК и ензими. Излагането на много високи дози гама-лъчи води до смърт на живи организми, както се е случило с боровите дървета около мястото на аварията в Чернобил. Но не винаги!  

Някои гъби не само оцеляха, но и процъфтяваха на мястото на аварията в Чернобил с висока радиация  

Докато боровите дървета в район от 10 кв. км около мястото на аварията бяха унищожени в рамките на седмици поради излагане на изключително високо ниво на радиация, някои черни гъби, по-специално Cladosporium sphaerospermum и Alternaria alternata, бяха наблюдавани да растат в близост до повредения 4-ти блок няколко години след аварията, въпреки че нивото на радиация беше/все още е смъртоносно. Това беше изненада. До 2004 г. различни проучвания изолираха около 2000 щама от 200 вида гъби от мястото на аварията.

Интересното е, че е установено, че гъбичните хифи растат към източника на йонизиращо лъчение (точно както растенията растат към слънчевата светлина, показвайки фототропизъм). След измерване на гъбичния отговор на йонизиращо лъчение, изследователите показват, че както бета, така и гама лъчението насърчават насочен растеж на хифите към източника.  

Тъй като меланизираните микробни видове са по-често срещани в природата, се смяташе, че меланиновият пигмент играе роля в тази забележителна способност на някои гъби да оцеляват и да виреят в почви, замърсени с делящи се фрагменти (радионуклиди). Експеримент, публикуван през 2007 г., установи, че това наистина е така. Излагането на меланин на йонизиращо лъчение е ключово. Йонизиращото лъчение променя електронните свойства на меланиновите пигменти, позволявайки на меланизираните гъбични клетки да се разраснат по-бързо след излагане на йонизиращо лъчение. Това показва, че меланинът играе роля в улавянето на енергия (радиосинтеза), подобно на това, което хлорофилът играе във фотосинтезата. Това означава и възможност за използване на тези гъби за почистване на замърсяване с радионуклиди.   

Човешки мисии и обитания в дълбокия космос  

В дългосрочен план, цялата планетарна цивилизация е изправена пред екзистенциални заплахи от въздействия от космоса, откъдето идва и наложителното човечеството да се превърне в многопланетен вид. Предвиждат се човешки мисии в дълбокия космос за създаване на човешки обитания извън Земята. Мисията „Артемида“ до Луната е начало в тази посока, която има за цел да създаде дългосрочно човешко присъствие на и около Луната в подготовка за човешки мисии и обитавания на Марс.   

Едно от най-големите предизвикателства пред човешките мисии в дълбокия космос е постоянният поток от мощни космически лъчи, които проникват навсякъде в космоса. Магнитното поле на Земята ни предпазва от космическите лъчи на Земята, но то представлява най-големият риск за здравето при човешките мисии в космоса. Следователно, мисиите в дълбокия космос изискват защитни екрани от космически лъчи. От друга страна, космическата радиация би могла да бъде неограничен източник на енергия и да подобри енергийната автономност на по-дългите мисии в дълбокия космос, ако имаше подходяща технология за нейното овладяване. 

Гъбите, процъфтяващи в района на Чернобил с висока радиация, могат да предложат решение на предизвикателствата, породени от космическата радиация, за човешките мисии и обитания в дълбокия космос.  

Както беше обсъдено по-горе, някои меланизирани гъби растат в зоната на високо радиационно замърсяване на повредената Чернобилска атомна електроцентрала и други среди с висока радиация на Земята. Очевидно меланиновите пигменти в тези гъби използват високоенергийната радиация, за да генерират химическа енергия (точно както хлорофилът в зелените растения използва слънчевите лъчи при фотосинтеза). По този начин, чернобилските гъби може да имат потенциал да действат както като защитен щит срещу високоенергийни космически лъчи (радиосъпротивление), така и като производител на енергия (радиосинтез) в мисии в дълбокия космос, ако възможностите им се разширят до космически лъчи в космоса. Изследователите са тествали това в космоса.  

Гъбата Cladosporium sphaerospermum беше култивирана на борда на Международната космическа станция (МКС), за да се изследва растежът ѝ и способността ѝ да абсорбира и омекотява йонизиращите космически лъчи в продължение на 26 дни в условия, имитиращи обитаване на повърхността на Марс. Резултатът показа затихване на космическата радиация поради гъбната биомаса и предимство в растежа в космоса, което предполага, че възможностите, демонстрирани от някои гъби на мястото на аварията в Чернобил, са приложими и за космическите лъчи в космоса.

Твърде рано е да се каже, но в бъдеще може да е възможно тези гъби да бъдат транспортирани до Мон и Марс, където с помощта на подходяща инфраструктура те биха могли да функционират като производители на химическа енергия.  

*** 

Литература:  

1. Жданова Н.Н., и др 2004. Йонизиращото лъчение привлича почвените гъби. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Дадачова Е., и др 2007. Йонизиращото лъчение променя електронните свойства на меланина и усилва растежа на меланизираните гъби. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Dighton J., Tugay T., и Zhdanova N., 2008. Гъби и йонизиращо лъчение от радионуклиди. FEMS Microbiology Letters, том 281, брой 2, април 2008 г., страници 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Екатерина Д. и Касадевал А., 2008. Йонизираща радиация: как гъбите се справят, адаптират и експлоатират с помощта на меланин. Current Opinion in Microbiology. Том 11, Брой 6, Декември 2008 г., Страници 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Авереш, Ню Джърси и др 2022. Култивиране на гъбички от семейство Дематиацеи Кладоспориум сфероспермум На борда на Международната космическа станция и ефекти на йонизиращото лъчение. Front. Microbiol., 05 юли 2022 г. Sec. Extreme Microbiology Volume 13 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Сихвер Л., 2022. Чернобилските гъби като производител на енергия. Достъпно на https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Тибола М. Х. и Фишер Дж., 2025. Радиотрофни гъби и тяхното приложение като биоремедиационни агенти на засегнати от радиация райони и като защитни агенти. Изследвания, общество и развитие. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

*** 

Свързани статии 

• Масови изчезвания в историята на живота: Значението на мисиите DART на НАСА за луната Артемида и планетарната защита (23 август 2022)  

• Мисия Артемида на Луната: Към обитаването на хората в дълбокия космос (11 август 2022) 

• ....Бледо синя точка, единственият дом, който някога сме познавали (13 януари 2022) 

***