У 1986 годзе на 4-м энергаблоку Чарнобыльскай АЭС ва Украіне (былы Савецкі Саюз) адбыўся магутны пажар і выбух пары. У выніку беспрэцэдэнтнай аварыі ў навакольнае асяроддзе было выкінута больш за 5% радыеактыўнай актыўнай зоны рэактара, якая складалася з больш чым 100 радыеактыўных элементаў (у асноўным ёду-131, цэзію-137 і стронцыю-90). Узровень радыяцыі быў надзвычай высокім для выжывання формаў жыцця ў наваколлі. Хвоі ў раёне плошчай 10 кв. км вакол месца аварыі загінулі на працягу некалькіх тыдняў з-за ўздзеяння смяротных доз радыяцыі. Аднак некаторыя віды цвілі і чорных грыбоў не толькі перажылі небяспечна высокі ўзровень радыяцыі, але і квітнелі на месцы аварыі. Пазнейшыя даследаванні вылучылі з гэтага месца каля 2000 штамаў 200 відаў грыбоў. Было ўстаноўлена, што грыбковыя гіфы раслі ў напрамку крыніцы іанізуючага бэта- і гама-выпраменьвання гэтак жа, як зялёныя расліны растуць у напрамку сонечнага святла. Цікавей за ўсё тое, што ўздзеянне іанізуючага выпраменьвання, відаць, спрыяла паскоранаму росту меланізіраваных грыбковых клетак, што сведчыць аб захопе энергіі пігментам меланінам у прысутнасці высокаэнергетычнага выпраменьвання (падобна захопу энергіі хларафілам у сонечным святле пры фотасінтэзе). У 2022 годзе эксперымент на Міжнароднай касмічнай станцыі (МКС) паказаў, што гэтыя грыбы таксама праяўляюць здольнасць да радыёрэзістэнтнасці і радыёсінтэзу ў космасе. Гэта сведчыць аб тым, што меланізіраваныя грыбы, якія выжываюць і квітнеюць у экстрэмальных умовах выпраменьвання, такіх як месца аварыі на Чарнобыльскай АЭС, могуць быць выкарыстаны для абароны глыбокіх касмічных прамянёў ад касмічных прамянёў і для захопу энергіі (з касмічных прамянёў) з мэтай павышэння энергетычнай аўтаномнасці глыбокіх касмічных місій, такіх як «Артэміда», накіраваных на будучыя чалавечыя паселішчы на Месяцы і Марсе.
Ядзерныя рэактары па ўсім свеце ў асноўным выкарыстоўваюць узбагачаны ўран, які змяшчае каля 3-5% урану-235 у якасці дзеліцца матэрыялу (некаторыя ўдасканаленыя рэактары-размнажальнікі могуць таксама выкарыстоўваць плутоній-239 або торый-233). Асноўнымі прадуктамі кантраляванага дзялення ўрану-235 у рэактарах з'яўляюцца больш лёгкія ядры крыптону і барыю, свабодныя нейтроны і вялікая колькасць энергіі. Далейшы радыеактыўны распад нестабільных больш лёгкіх дзеляцца фрагментаў (ядраў крыптону і барыю) вызваляе бэта-часціцы, гама-прамяні і іншыя стабільныя пабочныя прадукты.
Чарнобыльская аварыя (1986 г.)
У 1986 годзе ў выніку пажару і выбуху пары на 4-м энергаблоку Чарнобыльскай АЭС ва Украіне (тады Савецкі Саюз) у навакольнае асяроддзе было выкінута больш за 5% радыеактыўнай актыўнай зоны рэактара. У выніку беспрэцэдэнтнай аварыі ў навакольнае асяроддзе было выкінута больш за 100 радыеактыўных элементаў, асноўнымі з якіх былі ёд-131, цэзій-137 і стронцый-90. Два апошнія (г.зн. цэзій-137 і стронцый-90) усё яшчэ прысутнічаюць у значнай колькасці ў мясцовым асяроддзі, паколькі маюць больш працяглы перыяд паўраспаду — каля 30 гадоў. Гэтыя два ізатопы ў першую чаргу адказныя за тое, што зона адчужэння з'яўляецца найбольш радыеактыўна забруджанай тэрыторыяй на Зямлі.
У некаторых месцах зоны адчужэння паблізу пляцоўкі назіраецца надзвычай высокі ўзровень радыяцыі. У разбураным будынку рэактара ўзровень радыяцыі перавышае 20 000 рэнтгенаў у гадзіну (для параўнання, смяротная доза радыяцыі складае каля 500 рэнтгенаў за пяць гадзін, што складае менш за 1% ад радыяцыі паблізу разбуранага рэактара).
Узровень радыяцыі ў зоне адчужэння вакол Чарнобыльскай АЭС (так званы Руды лес) плошчай 10 кв. км быў настолькі высокім, што тысячы хвойных дрэў загінулі на працягу некалькіх тыдняў пасля ўздзеяння прыблізна 60-100 Грэяў (Гр). Гэтая доза радыяцыі была смяротнай для хвойных дрэў у гэтым раёне, якія сталі іржава-чырвонымі і загінулі. Нават сёння гама-прамяні дасягаюць піка каля 17 мілібэр/гадзіну (каля 170 мкЗв/г) у некаторых месцах Рудога лесу. Гама-прамяні — гэта выпраменьванне вельмі высокай энергіі. Яны пранікаюць глыбока і выбіваюць электроны з атамаў і малекул, утвараючы іёны і свабодныя радыкалы, якія наносяць непапраўную шкоду клеткам і тканінам, у тым ліку жыццёва важным біямалекулам, такім як ДНК і ферменты. Уздзеянне вельмі высокіх доз гама-прамянёў прыводзіць да гібелі жывых арганізмаў, як гэта здарылася з хвоямі вакол месца аварыі на Чарнобыльскай АЭС. Але не заўсёды!
Некаторыя грыбы не толькі выжылі, але і квітнелі на месцы аварыі ў Чарнобылі з высокім узроўнем радыяцыі
У той час як хвоі на тэрыторыі плошчай 10 квадратных кіламетраў вакол месца аварыі былі забітыя на працягу некалькіх тыдняў з-за ўздзеяння надзвычай высокага ўзроўню радыяцыі, некаторыя чорныя грыбы, асабліва Кладаспорыум сфероспермум і Альтэрнарыя чаргавая праз некалькі гадоў пасля аварыі паблізу пашкоджанага 4-га блока назіраўся рост грыбоў, нягледзячы на тое, што ўзровень радыяцыі быў/застаецца смяротным. Гэта стала нечаканасцю. Да 2004 года розныя даследаванні вылучылі з месца аварыі каля 2000 штамаў 200 відаў грыбоў.
Цікава, што аказалася, што гіфы грыбоў растуць у напрамку крыніцы іанізуючага выпраменьвання (гэтаксама як расліны растуць у напрамку сонечнага святла, дэманструючы фотатрапізм). Вымераўшы рэакцыю грыбоў на іанізуючае выпраменьванне, даследчыкі паказалі, што як бэта-, так і гама-выпраменьванне спрыяюць накіраванаму росту гіф у напрамку крыніцы.
| Асноўныя ўласцівасці чарнобыльскіх грыбоў |
| Радыёрэзістэнтнасць — здольнасць некаторых грыбоў перажываць высокі ўзровень радыяцыі |
| Радыетрапізм – тэндэнцыя да росту або перамяшчэння ў бок крыніцы іанізуючага выпраменьвання. — аналагічна фотатрапізму, калі расліны растуць у рэакцыі на святло |
| Радыёсінтэз — меланізаваныя чарнобыльскія грыбы пераўтвараюць высокаэнергетычнае іанізуючае выпраменьванне ў хімічную энергію з дапамогай пігмента меланіну. — аналагічны фотасінтэзу |
| Радыетрафія — працэс выкарыстання іанізуючага выпраменьвання ў якасці крыніцы энергіі |
Паколькі меланізаваныя мікробныя віды часцей сустракаюцца ў прыродзе, лічылася, што пігмент меланін адыгрывае пэўную ролю ў гэтай выдатнай здольнасці некаторых грыбоў выжываць і квітнець у глебах, забруджаных дзялячыміся фрагментамі (радыенуклідамі). Эксперымент, апублікаваны ў 2007 годзе, паказаў, што гэта сапраўды так. Ключавым фактарам з'яўляецца ўздзеянне іанізуючага выпраменьвання на меланін. Іанізуючае выпраменьванне змяніла электронныя ўласцівасці пігментаў меланіну, што дазволіла меланізаваным грыбковым клеткам паскорана расці пасля ўздзеяння іанізуючага выпраменьвання. Гэта сведчыла аб тым, што меланін адыгрывае ролю ў захопе энергіі (радыёсінтэзе), падобную да той, якую хларафіл адыгрывае ў фотасінтэзе. Гэта таксама азначала магчымасць выкарыстання гэтых грыбоў для ачысткі ад забруджвання радыенуклідамі.
Чалавечыя місіі і жылыя памяшканні ў глыбокім космасе
У доўгатэрміновай перспектыве ўся планетарная цывілізацыя сутыкаецца з экзістэнцыяльнымі пагрозамі з-за ўздзеяння з космасу, таму чалавецтву неабходна стаць шматпланетным відам. Пілатуемыя місіі ў глыбокі космас прадугледжваюць стварэнне жылля для людзей за межамі Зямлі. Місія «Артэміда» на Месяц — гэта пачатак у гэтым кірунку, мэтай якога з'яўляецца стварэнне доўгатэрміновай прысутнасці чалавека на Месяцы і вакол яго ў падрыхтоўцы да місій і жылля для людзей на Марсе.
Адной з найбуйнейшых праблем, якія стаяць перад пілатуемымі місіямі ў глыбокі космас, з'яўляецца пастаянны паток магутных касмічных прамянёў, якія пранізваюць увесь космас. Магнітнае поле Зямлі абараняе нас ад касмічных прамянёў на Зямлі, але яно ўяўляе найбольшую рызыку для здароўя падчас пілатуемых місій у космасе. Таму для пілатуемых місій патрабуюцца ахоўныя экраны ад касмічных прамянёў. З іншага боку, касмічнае выпраменьванне таксама можа быць неабмежаванай крыніцай энергіі і павысіць энергетычную аўтаномнасць больш працяглых касмічных місій, калі б існавалі адпаведныя тэхналогіі для яго выкарыстання.
Грыбы, якія квітнеюць на тэрыторыі Чарнобыльскай АЭС з высокім узроўнем радыяцыі, могуць прапанаваць рашэнне праблем, звязаных з касмічнай радыяцыяй для космасу і жылля людзей.
Як абмяркоўвалася вышэй, некаторыя меланізаваныя грыбы растуць у месцы высокага радыяцыйнага забруджвання пашкоджанай Чарнобыльскай АЭС і ў іншых асяроддзях з высокім узроўнем радыяцыі на Зямлі. Відавочна, што пігменты меланіну ў гэтых грыбах выкарыстоўваюць высокаэнергетычнае выпраменьванне для выпрацоўкі хімічнай энергіі (гэтак жа, як хларафіл у зялёных раслінах выкарыстоўвае сонечныя прамяні ў фотасінтэзе). Такім чынам, чарнобыльскія грыбы могуць мець патэнцыял выступаць як ахоўным экранам ад высокаэнергетычных касмічных прамянёў (радыёрэзістэнтнасць), так і вытворцам энергіі (радыёсінтэз) у глыбокіх касмічных місіях, калі іх магчымасці распаўсюджваюцца на касмічныя прамяні ў космасе. Даследчыкі праверылі гэта ў космасе.
Грыб Кладаспорыум сфероспермум быў вырашчаны на борце Міжнароднай касмічнай станцыі (МКС) для вывучэння яго росту і здольнасці паглынаць і гасіць іянізуючыя касмічныя прамяні на працягу 26 дзён ва ўмовах, якія імітуюць жыццё на паверхні Марса. Вынік паказаў аслабленне касмічнага выпраменьвання з-за грыбковай біямасы і перавагу ў росце ў космасе, што сведчыць аб тым, што магчымасці, прадэманстраваныя некаторымі грыбамі на месцы аварыі ў Чарнобылі, распаўсюджваюцца на касмічныя прамяні ў космасе.
Пакуль што рана казаць пра гэта, але ў будучыні, магчыма, атрымаецца перавезці гэтыя грыбы на астравы Мон і Марс, дзе з дапамогай адпаведнай інфраструктуры яны стануць функцыянальнымі вытворцамі хімічнай энергіі.
***
Спасылкі:
- Жданава Н.Н., і інш 2004. Іанізуючае выпраменьванне прыцягвае глебавыя грыбы. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966
- Дадачова Э., і інш 2007. Іанізуючае выпраменьванне змяняе электронныя ўласцівасці меланіну і ўзмацняе рост меланізаваных грыбоў. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457
- Дайтан Дж., Тугай Т. і Жданава Н., 2008. Грыбы і іанізуючае выпраменьванне ад радыенуклідаў. FEMS Microbiology Letters, том 281, выпуск 2, красавік 2008 г., старонкі 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x
- Кацярына Д. і Касадэваль А., 2008. Іанізуючае выпраменьванне: як грыбы спраўляюцца, адаптуюцца і выкарыстоўваюць яго з дапамогай меланіну. Сучасныя меркаванні ў мікрабіялогіі. Том 11, выпуск 6, снежань 2008 г., старонкі 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013
- Аверэш, Нью-Джэрсі і інш 2022. Вырошчванне дэмаціевага грыба Кладаспорыум сфероспермум На борце Міжнароднай касмічнай станцыі і ўздзеянне іанізуючага выпраменьвання. Фронт. Мікрабіялогія., 05 ліпеня 2022 г. Раздзел экстрэмальнай мікрабіялогіі, том 13, 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625
- Сіхвер Л., 2022. Чарнобыльскія грыбы як вытворца энергіі. Даступна па адрасе https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract
- Тыбола М.Х. і Фішэр Дж., 2025. Радыетрофныя грыбы і іх выкарыстанне ў якасці біярэмедыяцыйных агентаў тэрыторый, пацярпелых ад радыяцыі, і ў якасці ахоўных агентаў. Даследаванні, грамадства і распрацоўкі. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965
***
Артыкулы па тэме
- Масавыя вымірання ў гісторыі жыцця: значэнне місій НАСА "Артэміда" і "Абарона планеты" DART (23 жніўні 2022)
- .... Бледна-блакітная кропка, адзіны дом, які мы калі-небудзь ведалі (13 студзеня 2022)
***
 suffered massive fire and steam explosion. The unprecedented accident released over 5% of the radioactive reactor core comprising of over 100 radioactive elements (mainly iodine-131, caesium-137, and strontium-90) in the environment. The radiation level was extremely high for the life forms in the vicinity to survive. The pine trees in 10 sq km area surrounding the accident site were killed within weeks due to exposure to lethal doses of radiation. However, certain molds and black fungi not only survived the dangerously high radiation level but were found to be thriving at the accident site. Subsequent studies isolated about 2000 strains of 200 species of fungi from the site. It was found that the fungal hyphae grew towards the source of ionizing beta and gamma radiation just the way green plants grow towards sunlight. More interestingly, exposure to ionising radiation seemed to have enabled the melanized fungal cells an enhanced growth indicating energy capture by melanin pigment in the presence of high energy radiation (similar to energy capture by chlorophyll in sunlight in photosynthesis). In 2022, an experiment aboard International Space Station (ISS) demonstrated that these fungi displayed the capabilities of radio-resistance and radio-synthesis in space as well. This suggests that the melanised fungi that survive and thrive in extreme radiation conditions like Chernobyl accident site can be used to shield deep-space human habitation from cosmic rays and to capture energy (from the cosmic rays) to enhance the energy-autonomy of the deep-space missions like Artemis towards future human habitation on the Moon and Mars.){kind=link}