Plijesan pronađena na mjestu nuklearne katastrofe u Černobilu izgleda da se hrani radijacijom. Možemo li je iskoristiti za zaštitu svemirskih putnika od kosmičkih zraka?
U maju 1997. godine, Nelli Zhdanova ušla je u jedno od najradioaktivnijih mjesta na Zemlji – napuštene ruševine eksplodirane nuklearne elektrane u Černobilu – i vidjela da nije sama.
Preko plafona, zidova i unutar metalnih vodova koji štite električne kablove, crna plijesan se nastanila na mjestu za koje se nekada smatralo da je pogubno za život.
Na poljima i u šumi vani, vukovi i divlje svinje su se oporavili u odsustvu ljudi. Ali čak i danas postoje žarišne tačke gdje se mogu pronaći zapanjujući nivoi radijacije zbog materijala izbačenog iz reaktora kada je eksplodirao.
Poput biljaka koje se protežu prema sunčevoj svjetlosti, istraživanje Zhdanove je pokazalo da su gljivične hife crne plijesni izgledale privučene jonizujućim zračenjem, piše BBC.
Plijesan – formirana od niza različitih gljivica – činila je nešto izvanredno. Nije se samo nastanila jer su radnici napustili postrojenje. Umjesto toga, Zhdanova je u prethodnim istraživanjima tla oko Černobila otkrila da su gljivice zapravo rasle prema radioaktivnim česticama koje su zasipale područje. Sada je otkrila da su dosegle originalni izvor radijacije, prostorije unutar zgrade eksplodiranog reaktora.
Svako istraživanje koje ju je dovodilo blizu štetnog zračenja, rad Zhdanove je također preokrenuo naše ideje o tome kako radijacija utječe na život na Zemlji. Sada njeno otkriće nudi nadu za čišćenje radioaktivnih lokacija, pa čak i pruža načine zaštite astronauta od štetnog zračenja dok putuju u svemir.
Od najgore nesreće do svemira
Jedanaest godina prije Zhdanove posjete, rutinski sigurnosni test reaktora četiri u nuklearnoj elektrani Černobil brzo se pretvorio u najgoru nuklearnu nesreću na svijetu. Niz grešaka kako u dizajnu reaktora tako i u njegovom radu doveo je do ogromne eksplozije u ranim jutarnjim satima 26. aprila 1986. godine. Rezultat je bilo jedno, masivno oslobađanje radionuklida. Radioaktivni jod bio je vodeći uzrok smrti u prvim danima i sedmicama, a kasnije i raka.
U pokušaju da se smanji rizik od trovanja zračenjem i dugoročnih zdravstvenih komplikacija, uspostavljena je zona isključenja od 30 km – poznata i kao “zona otuđenja” – kako bi se ljudi držali podalje od najgorih radioaktivnih ostataka reaktora četiri.
Ali dok su ljudi držani podalje, crna plijesan Zhdanove polako je kolonizovala područje.
Poput biljaka koje se protežu prema sunčevoj svjetlosti, istraživanje Zhdanove je pokazalo da su gljivične hife crne plijesni izgledale privučene jonizujućim zračenjem. Ali “radiotropizam”, kako ga je Zhdanova nazvala, bio je paradoks: jonizujuće zračenje je općenito daleko snažnije od sunčeve svjetlosti, baraž radioaktivnih čestica koje razaraju DNK i proteine poput metaka koji probijaju meso. Šteta koju uzrokuje može izazvati štetne mutacije, uništiti ćelije i ubiti organizme.
Uz očigledno radiotropne gljivice, istraživanja Zhdanove pronašla su 36 drugih vrsta običnih, ali udaljeno povezanih, gljivica koje rastu oko Černobila. Tokom sljedeće dvije decenije, njen pionirski rad na radiotropnim gljivicama koje je identificirala dosegnuo je daleko izvan Ukrajine. Doprinio je znanju o potencijalno novom temelju života na Zemlji – onom koji uspijeva na radijaciji, a ne na sunčevoj svjetlosti. I to je dovelo naučnike u NASA-i da razmotre okruživanje svojih astronauta zidovima gljivica za trajni oblik podrške životu.
U centru ove priče je pigment koji je široko rasprostranjen u životu na Zemlji: melanin. Ova molekula, koja može varirati od crne do crvenkasto smeđe, dovodi do različitih boja kože i kose kod ljudi. Ali to je i razlog zašto su različite vrste plijesni koje rastu u Černobilu bile crne. Njihovi ćelijski zidovi bili su ispunjeni melaninom.
Baš kao što tamnija koža štiti naše ćelije od ultraljubičastog (UV) zračenja, Zhdanova je sumnjala da melanin ovih gljivica djeluje kao štit protiv jonizujućeg zračenja.
Baš kao što su te crne plijesni kolonizovale napušteni svijet u Černobilu, možda bi jednog dana mogle zaštititi naše prve korake na novim svjetovima negdje drugdje u Sunčevom sistemu.
Nisu samo gljivice koristile zaštitna svojstva melanina. U barama oko Černobila, žabe s većom koncentracijom melanina u svojim ćelijama, pa stoga tamnije boje, bile su sposobnije da prežive i razmnožavaju se, polako pretvarajući lokalnu populaciju koja tamo živi u crnu.
Štit od gljiva
U ratovanju, štit može zaštititi vojnika od strijele odbijajući projektil dalje od njegovog tijela. Ali melanin ne radi tako. To nije tvrda ili glatka površina. Zračenje – bilo UV ili radioaktivne čestice – guta njegova neuređena struktura, njegova energija se rasipa, a ne odbija. Melanin je također antioksidans, molekula koja može pretvoriti reaktivne jone koje radijacija proizvodi u biološkoj materiji i vratiti ih u stabilno stanje.
Godine 2007., Ekaterina Dadachova, nuklearna naučnica na Albert Einstein College of Medicine u New Yorku, nadovezala se na rad Zhdanove o černobilskim gljivicama, otkrivajući da njihov rast nije bio samo usmjeren (radiotropan), već se zapravo povećavao u prisustvu radijacije. Melanizirane gljivice, baš kao one unutar černobilskog reaktora, rasle su 10% brže u prisustvu radioaktivnog cezija u poređenju s istim gljivicama kultivisanim bez radijacije, otkrila je. Dadachova i njen tim također su otkrili da su ozračene melanizirane gljivice izgleda koristile energiju za pogon svog metabolizma. Drugim riječima, koristile su je za rast.
Zhdanova je sugerisala da bi ove gljivice mogle koristiti energiju iz radijacije, a sada se činilo da istraživanje Dadachove nadograđuje na tome. Ove gljivice nisu samo rasle prema radijaciji zbog toplote ili neke nepoznate reakcije između radijacije i njenog okruženja, kako je Zhdanova sugerisala. Dadachova je vjerovala da se gljivice aktivno hrane energijom radijacije. Taj proces je nazvala “radiosinteza”. A melanin je bio centralan za teoriju.
“Energija jonizujućeg zračenja je oko milion puta veća od energije bijele svjetlosti, koja se koristi u fotosintezi,” kaže Dadachova. “Dakle, potreban vam je prilično moćan pretvarač energije, a to je ono što mislimo da melanin može učiniti – pretvoriti [jonizujuće zračenje] u iskoristive nivoe energije.”
Radiosinteza je još uvijek samo teorija, jer se može dokazati samo ako se otkrije precizan mehanizam između melanina i metabolizma. Naučnici bi trebali pronaći tačan receptor – ili određenu nišu u zamršenoj strukturi melanina – koji je uključen u pretvaranje radijacije u energiju za rast.
Posljednjih godina, Dadachova i njene kolege počeli su identificirati neke od puteva i proteina koji bi mogli biti u osnovi povećanja rasta gljivica s jonizujućim zračenjem.
Ne pokazuju sve melanizirane gljivice tendenciju ka radiotropizmu i pozitivnom rastu u prisustvu radijacije. Studija Zhdanove i njenih kolega iz 2006. godine, naprimjer, otkrila je da je samo devet od 47 vrsta melaniziranih gljivica koje su prikupili u Černobilu raslo prema izvoru radioaktivnog cezija (cezij-137).
Slično tome, 2022. godine, naučnici u Sandia National Laboratories u Novom Meksiku nisu pronašli razliku u rastu kada su dvije vrste gljivica (jedna melanizirana, jedna ne) bile izložene UV zračenju i ceziju-137.
Ali iste godine, ista tendencija rasta gljivica kada su izložene zračenju ponovo je pronađena – u svemiru.
Različito od radioaktivnog raspada pronađenog u Černobilu, takozvano galaktičko kosmičko zračenje je nevidljiva oluja nabijenih protona, od kojih svaki putuje brzinom bliskom brzini svjetlosti kroz Univerzum. Potječe od eksplodirajućih zvijezda izvan našeg Sunčevog sistema, prolazi čak i kroz olovo bez mnogo problema. Na Zemlji nas naša atmosfera u velikoj mjeri štiti od njega, ali za astronaute koji putuju u duboki svemir nazvano je “najvećom opasnošću” za njihovo zdravlje.
Ali čak ni galaktičko kosmičko zračenje nije predstavljalo problem za uzorke Cladosporium sphaerospermum, istog soja koji je Zhdanova pronašla da raste širom Černobila, prema studiji koja je poslala ove gljivice na Međunarodnu svemirsku stanicu u decembru 2018. godine.
“Ono što smo pokazali je da bolje raste u svemiru,” kaže Nils Averesch, biohemičar koji radi na Univerzitetu u Floridi i koautor studije.
U poređenju s kontrolnim uzorcima na Zemlji, istraživači su otkrili da su gljivice koje su bile izložene galaktičkom kosmičkom zračenju 26 dana rasle u prosjeku 1,21 puta brže.
Uprkos tome, Averesch je još uvijek neuvjeren da je to zato što je C. sphaerospermum koristio zračenje u svemiru. Povećani nivoi rasta mogli su biti i rezultat nulte gravitacije, kaže on, drugog faktora koji gljivice na Zemlji nisu doživjele. Averesch sada provodi eksperimente koristeći mašinu za nasumično pozicioniranje koja simulira nultu gravitaciju ovdje na Zemlji kako bi razdvojio ove dvije mogućnosti.
Ali Averesch i njegove kolege su također testirali zaštitni potencijal melanina u C. sphaerospermum stavljanjem senzora ispod uzorka gljivica na Međunarodnoj svemirskoj stanici. U poređenju s uzorcima bez gljivica, količina blokiranog zračenja povećavala se kako su gljivice rasle, pa čak je i mrlja plijesni u Petrijevoj posudi izgledala kao efikasan štit.
“S obzirom na relativno tanak sloj biomase, ovo može ukazivati na duboku sposobnost C. sphaerospermum da apsorbuje svemirsko zračenje u izmjerenom spektru,” napisali su istraživači.
Averesch kaže da je još uvijek moguće da se očigledne radioprotektivne koristi gljivica pripisuju komponentama biološkog života osim melanina. Voda, naprimjer, molekula s velikim brojem protona u svojoj strukturi (osam u kisiku i jedan u svakom vodiku), jedan je od najboljih načina za zaštitu od protona koji zuje kroz svemir, astrobiološki ekvivalent borbe protiv vatre vatrom.
Ipak, nalazi su otvorili intrigantne izglede za rješavanje problema života u svemiru. I Kina i SAD planiraju imati bazu na Mjesecu u narednim decenijama, dok SpaceX sa sjedištem u Teksasu namjerava lansirati svoju prvu misiju na Mars do kraja 2026. godine, a sletjeti ljudima tamo tri do pet godina kasnije. Bilo koji ljudi koji žive u ovim bazama morat će biti zaštićeni od kosmičkog zračenja. Ali korištenje vode ili polietilenske plastike kao radioprotektivne čahure za ove baze moglo bi biti preteško za polijetanje.
Metal i staklo predstavljaju sličan problem. Lynn J. Rothschild, astrobiologinja u NASA-inom Istraživačkom centru Ames, uporedila je transport ovih materijala u svemir za izgradnju svemirskih baza s kornjačom koja nosi svoju školjku svuda gdje ide. “[To je] pouzdan plan, ali s ogromnim energetskim troškovima,” rekla je u saopćenju NASA-e iz 2020. godine.
Njeno istraživanje dovelo je do namještaja i zidova na bazi gljivica koji bi se mogli uzgajati na Mjesecu ili Marsu. Ne samo da bi takva “miko-arhitektura” smanjila troškove polijetanja, već bi se – ako se nalazi Dadachove i Averescha pokažu tačnim – mogla koristiti i za formiranje štita od zračenja, samoregenerišuće barijere između ljudi koji putuju svemirom i oluje galaktičkog kosmičkog zračenja vani.
Baš kao što su te crne plijesni kolonizovale napušteni svijet u Černobilu, možda bi jednog dana mogle zaštititi naše prve korake na novim svjetovima negdje drugdje u Sunčevom sistemu.
