Nấm Chernobyl: Sự sống dị thường dưới bức xạ

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Sự sống có thể chế ngự bức xạ thậm chí chết người và sử dụng năng lượng của nó vì lợi ích của những sinh vật mới.

Trái với nhiều kỳ vọng, thảm họa Chernobyl không biến những khu rừng xung quanh thành sa mạc hạt nhân chết chóc. Mỗi đám mây đều có một lớp lót bạc, và sau khi thiết lập vùng loại trừ, áp lực do con người gây ra đối với thiên nhiên địa phương đã giảm mạnh. Ngay cả ở những khu vực bị thiệt hại nặng nề nhất, đời sống thực vật cũng nhanh chóng phục hồi, lợn rừng, gấu và chó sói quay trở lại Thung lũng Pripyat. Thiên nhiên trở nên sống động như một con Phượng hoàng tuyệt vời, nhưng cảm giác ngột ngạt vô hình của bức xạ có thể cảm nhận được ở khắp mọi nơi.

Nhà vi sinh học người Mỹ Christopher Robinson, người đã làm việc tại đây vào năm 2018, cho biết: “Chúng tôi đang đi bộ qua khu rừng, bầu trời được vẽ bằng một cảnh hoàng hôn tuyệt đẹp. - Trong một bãi đất trống rộng, chúng tôi gặp những con ngựa, khoảng bốn mươi con. Và tất cả họ đều có đôi mắt màu vàng khó có thể phân biệt được chúng tôi đang đi ngang qua. Thật vậy, động vật bị đục thủy tinh thể hàng loạt: thị lực đặc biệt nhạy cảm với bức xạ, và mù lòa là kết quả chung của một cuộc sống lâu dài trong vùng loại trừ. Rối loạn phát triển phổ biến ở động vật địa phương, và ung thư thường xảy ra. Và tai hại hơn nữa là ở gần tâm chấn cũ của vụ tai nạn.

Khối thứ tư, phát nổ vào năm 1986, được bao phủ bởi một quan tài bảo vệ vài tháng sau đó, nơi các mảnh vỡ phóng xạ khác từ địa điểm được thu thập. Nhưng đã vào năm 1991, khi nhà vi sinh vật học Nelly Zhdanova và các đồng nghiệp của cô ấy kiểm tra những tàn tích này bằng cách sử dụng những người thao túng được điều khiển từ xa, thì sự sống cũng xuất hiện ở đây. Các mảnh vỡ chết người được tìm thấy là nơi sinh sống của các cộng đồng nấm đen phát triển mạnh.

Trong những năm sau đó, đại diện của khoảng một trăm chi đã được xác định trong số họ. Một số người trong số họ không chỉ chịu được mức độ bức xạ chết người, mà ngay cả bản thân họ cũng bị thu hút bởi nó, giống như cây cối trước ánh sáng.

Sự sống còn

Bức xạ năng lượng cao nguy hiểm cho tất cả các sinh vật. Nó dễ dàng làm hỏng DNA, gây ra đột biến và sai sót trong mã. Các hạt nặng có khả năng phá vỡ các hợp chất hóa học như súng thần công, dẫn đến sự xuất hiện của các gốc hoạt động, ngay lập tức tương tác với người hàng xóm đầu tiên mà chúng tìm thấy. Một cuộc bắn phá đủ mạnh có thể gây ra sự phân giải phóng xạ của các phân tử nước và một loạt các phản ứng ngẫu nhiên giết chết tế bào. Mặc dù vậy, một số sinh vật cho thấy khả năng chống lại những ảnh hưởng như vậy một cách đáng kinh ngạc.

Các sinh vật đơn bào có cấu trúc tương đối đơn giản và không dễ làm gián đoạn quá trình trao đổi chất của chúng bởi các gốc tự do, và các công cụ sửa chữa protein mạnh mẽ sẽ nhanh chóng sửa chữa các DNA bị hư hỏng. Kết quả là, nấm có khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ lên tới 17.000 Gray - gấp nhiều lần mức độ an toàn đối với con người. Hơn nữa, một số người trong số họ tận hưởng "cơn mưa" phóng xạ như vậy theo đúng nghĩa đen.

Hẻm núi tiến hóa nổi tiếng gần Núi Carmel ở Israel được định hướng với một dốc hướng về Châu Âu, sườn còn lại hướng về Châu Phi. Sự khác biệt giữa độ chiếu sáng của chúng đạt 800%, và độ dốc "Châu Phi" được chiếu xạ bởi mặt trời là nơi sinh sống của nấm phát triển tốt hơn khi có bức xạ. Giống như những loại được tìm thấy ở Chernobyl, chúng có màu đen do chứa một lượng lớn sắc tố melanin. Sắc tố này có thể ngăn chặn các hạt năng lượng cao và tiêu tán năng lượng của chúng, giữ cho các tế bào không bị hư hại.

Khi hòa tan một tế bào nấm như vậy, dưới kính hiển vi, người ta có thể nhìn thấy "bóng ma" của nó - một bóng đen của hắc tố, tích tụ thành các lớp đồng tâm trong thành tế bào. Nấm từ phía "châu Phi" của hẻm núi chứa một lượng nấm nhiều hơn gấp ba lần so với cư dân ở dốc "châu Âu". Chúng cũng rất giàu vi sinh vật sống ở vùng cao, trong điều kiện tự nhiên có thể nhận tới 500-1000 Gray mỗi năm. Nhưng ngay cả một lượng bức xạ hấp thụ tốt như vậy đối với nấm cũng không là gì. Không chắc rằng tất cả các hắc tố này chỉ được sản xuất để bảo vệ.

Sự phồn thịnh

Thậm chí Nelly Zhdanova vào năm 1991 đã chứng minh rằng nấm được thu thập gần nhà máy điện hạt nhân Chernobyl tiếp cận nguồn bức xạ và phát triển tốt hơn khi có sự hiện diện của nó. Năm 2007, các kết quả này được phát triển bởi các nhà sinh vật học Arturo Casadevala và Ekaterina Dadachova làm việc tại Hoa Kỳ. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng dưới tác động của bức xạ cao hơn hàng trăm lần so với nền tự nhiên, nấm hắc tố đen (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis và Cryptococcus neoformans) hấp thụ carbon từ môi trường dinh dưỡng mạnh hơn gấp ba lần. Đồng thời, nấm bạch tạng đột biến, không thể sản xuất melanin, dễ dàng dung nạp bức xạ, nhưng lại phát triển với tốc độ bình thường.

Điều đáng nói là melanin có thể hiện diện trong tế bào ở các cấu hình hóa học hơi khác nhau. Dạng chính của nó ở người là eumelanin, nó bảo vệ da khỏi bức xạ tia cực tím và tạo cho da màu đen nâu. Màu đỏ của môi và núm vú được xác định bởi sự hiện diện của pheomelanin. Và đó là pheomelanin được tạo ra bởi các tế bào nấm dưới tác động của bức xạ, mặc dù với số lượng như vậy nó đã trông hoàn toàn đen.

Sự chuyển đổi từ eu- thành pheomelanin đi kèm với sự gia tăng chuyển electron từ NADP sang ferricyanide - đây là một trong những bước đầu tiên trong quá trình sinh tổng hợp glucose. Không có gì ngạc nhiên khi theo một số giả thiết, những loại nấm như vậy có khả năng thực hiện các phản ứng tương tự như quá trình quang hợp, nhưng thay vì ánh sáng, chúng sử dụng năng lượng của bức xạ phóng xạ. Khả năng này cho phép chúng tồn tại và phát triển ở những nơi có nhiều sinh vật phức tạp và nguy hiểm chết đi.

Một số lượng lớn các bào tử nấm có tính melanized cao được tìm thấy trong các trầm tích của kỷ Phấn trắng sớm. Trong thời đại đó, nhiều loài động vật và thực vật bị tuyệt chủng: “Khoảng thời gian này trùng với sự chuyển đổi qua“vùng không từ tính”và sự mất mát tạm thời của“lá chắn địa từ”bảo vệ Trái đất khỏi bức xạ,” Ekaterina Dadachova viết. Nấm ngọc cẩu không thể không lợi dụng tình huống này. Không sớm thì muộn, chúng ta cũng sẽ sử dụng cái này.

ruột thừa

Việc sử dụng melanin để sử dụng năng lượng bức xạ vẫn chỉ là giả thuyết. Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn tiếp tục, vì nhân vật phóng xạ không phải là thứ gì đó kỳ lạ. Trong điều kiện thiếu nguồn và đủ bức xạ, một số loại nấm thông thường có thể tăng cường tổng hợp melanin và thể hiện khả năng “ăn vào bức xạ”. Ví dụ, C. sphaerospermum và W. dermatitidis nói trên là những sinh vật sống phổ biến trong đất, và C. neoformans đôi khi lây nhiễm sang người, gây ra bệnh cryptococcosis truyền nhiễm.

Những cây nấm như vậy phát triển khá dễ dàng trong điều kiện phòng thí nghiệm, chúng rất dễ thao tác. Và do khả năng sinh sống của các khu vực có độ ô nhiễm cao, chúng có thể trở thành một công cụ thuận tiện để xử lý chất thải phóng xạ. Ngày nay, những loại rác như vậy - ví dụ như quần áo cũ - thường được ép và cuộn lại để cất giữ cho đến khi các nuclide không ổn định bị cạn kiệt một cách tự nhiên. Có thể nấm có thể tồn tại trên bức xạ năng lượng cao đôi khi sẽ đẩy nhanh quá trình này.

Vào năm 2016, nấm melanized được thu thập gần nhà máy điện hạt nhân Chernobyl đã được đưa vào vũ trụ. Ngay cả khi đã tính đến tất cả các biện pháp che chắn, mức bức xạ thông thường trên ISS cao hơn bức xạ nền gần bề mặt Trái đất từ 50 đến 80 lần, tạo điều kiện cho sự phát triển của các tế bào như vậy. Các mẫu vật đã dành khoảng hai tuần trên quỹ đạo trước khi được đưa trở lại để cho phép các nhà khoa học điều tra xem vi trọng lực ảnh hưởng đến chúng như thế nào. Có lẽ một ngày nào đó nấm sẽ phải sống như vậy từ thế hệ này sang thế hệ khác.

Năng lượng bức xạ của một ngôi sao nhanh chóng suy yếu khi nó di chuyển đến vùng ngoại vi của hệ mặt trời, nhưng bức xạ vũ trụ lại hiện diện ở vùng ngoại vi xa nhất. Về lý thuyết, melanin của tế bào nấm có thể được sử dụng để sản xuất sinh khối hoặc tổng hợp các phân tử phức tạp cần thiết trong các nhiệm vụ đường dài có người lái. Có khả năng là ngoài những nhà kính xanh tốt trên con tàu vũ trụ của tương lai, người ta sẽ phải bố trí một cái khác - cái xa nhất, sẽ mọc um tùm với nấm mốc đen hữu ích có thể hấp thụ năng lượng bức xạ.