Чернобыльские грибы как защита от космических лучей для миссий в дальний космос 

В 1986 году на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС в Украине (бывший Советский Союз) произошёл мощный пожар и паровой взрыв. В результате беспрецедентной аварии в окружающую среду было выброшено более 5% радиоактивного содержимого активной зоны реактора, содержащего более 100 радиоактивных элементов (в основном йод-131, цезий-137 и стронций-90). Уровень радиации был чрезвычайно высоким для выживания живых организмов в непосредственной близости. Сосны на площади 10 кв. км вокруг места аварии погибли в течение нескольких недель из-за воздействия смертельных доз радиации. Однако некоторые плесневые грибы и чёрные грибы не только пережили опасно высокий уровень радиации, но и, как было обнаружено, процветали на месте аварии. Последующие исследования позволили выделить с места аварии около 2000 штаммов 200 видов грибов. Было обнаружено, что гифы грибов тянутся к источнику ионизирующего бета- и гамма-излучения так же, как зелёные растения тянутся к солнечному свету. Что ещё интереснее, воздействие ионизирующего излучения, по-видимому, способствовало усилению роста меланизированных грибковых клеток, что указывает на захват энергии пигментом меланином в присутствии высокоэнергетического излучения (аналогично захвату энергии хлорофиллом солнечного света при фотосинтезе). В 2022 году эксперимент на борту Международной космической станции (МКС) продемонстрировал, что эти грибы также демонстрируют способность к радиорезистентности и радиосинтезу в космосе. Это говорит о том, что меланизированные грибы, выживающие и процветающие в экстремальных радиационных условиях, таких как место аварии на Чернобыльской АЭС, могут быть использованы для защиты от космических лучей, покрывающих места обитания человека в дальнем космосе, и для захвата энергии (из космических лучей) для повышения энергетической автономности таких космических миссий, как «Артемида», направленных на будущие поселения людей на Луне и Марсе.  

В ядерных реакторах по всему миру в качестве делящегося материала в основном используется обогащённый уран, содержащий около 3–5% урана-235 (в некоторых современных реакторах-размножителях также может использоваться плутоний-239 или торий-233). Основными продуктами управляемого деления урана-235 в реакторах являются более лёгкие ядра криптона и бария, свободные нейтроны и большое количество энергии. Дальнейшие радиоактивные распады нестабильных лёгких делящихся фрагментов (ядер криптона и бария) приводят к выделению бета-частиц, гамма-излучения и других стабильных побочных продуктов.  

Чернобыльская катастрофа (1986) 

В 1986 году пожар и паровой взрыв на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС в Украине (тогда ещё Советском Союзе) привели к выбросу более 5% радиоактивных веществ из активной зоны реактора в окружающую среду. В результате этой беспрецедентной аварии в окружающую среду было выброшено более 100 радиоактивных элементов, основными из которых были йод-131, цезий-137 и стронций-90. Последние два (цезий-137 и стронций-90) до сих пор присутствуют в значительных количествах в окружающей среде, поскольку имеют более длительный период полураспада, около 30 лет. Именно эти два изотопа в первую очередь ответственны за то, что Зона отчуждения является наиболее радиоактивно загрязнённой территорией на Земле.  

В некоторых местах Зоны отчуждения вблизи объекта наблюдается чрезвычайно высокий уровень радиации. В разрушенном здании реактора уровень радиации превышает 20 000 рентген в час (для сравнения, смертельная доза радиации составляет около 500 рентген в течение пяти часов, что составляет менее 1% от уровня радиации вблизи разрушенного реактора).   

Уровень радиации на территории площадью 10 кв. км вокруг Чернобыльской АЭС в зоне отчуждения (так называемом Рыжем лесу) был настолько высок, что тысячи сосен погибли в течение нескольких недель после облучения примерно в 60-100 грей (Гр). Эта доза облучения была смертельной для сосен в этом районе, они стали ржаво-красными и погибли. Даже сегодня пик гамма-излучения в некоторых местах Рыжего леса составляет около 17 миллибэр/час (около 170 мкЗв/ч). Гамма-лучи — это излучение очень высокой энергии. Они проникают глубоко, выбивают электроны из атомов и молекул, образуя ионы и свободные радикалы, которые наносят непоправимый ущерб клеткам и тканям, включая жизненно важные биомолекулы, такие как ДНК и ферменты. Воздействие очень высоких доз гамма-излучения приводит к гибели живых организмов, как это произошло с соснами вокруг места аварии на Чернобыльской АЭС. Но не всегда!  

Некоторые грибы не только выжили, но и разрослись в условиях высокой радиации после аварии на Чернобыльской АЭС.  

В то время как сосны на площади 10 кв. км вокруг места аварии погибли в течение нескольких недель из-за воздействия чрезвычайно высокого уровня радиации, некоторые черные грибы, особенно Кладоспориум сфероспермум и Альтернария очередная Через несколько лет после аварии вблизи повреждённого 4-го энергоблока наблюдался рост грибов, несмотря на то, что уровень радиации был и остаётся смертельным. Это стало неожиданностью. К 2004 году в ходе различных исследований с места аварии было выделено около 2000 штаммов 200 видов грибов.  

Интересно, что было обнаружено, что гифы гриба растут в сторону источника ионизирующего излучения (точно так же, как растения растут в сторону солнечного света, проявляя фототропизм). Измерив реакцию гриба на ионизирующее излучение, исследователи показали, что как бета-, так и гамма-излучение способствуют направленному росту гиф в сторону источника.  

Поскольку меланизированные виды микроорганизмов более распространены в природе, предполагалось, что пигмент меланин играет роль в этой замечательной способности некоторых грибов выживать и процветать в почвах, загрязненных делящимися осколками (радионуклидами). Эксперимент, опубликованный в 2007 году, подтвердил это. Ключевую роль играет воздействие ионизирующего излучения на меланин. Ионизирующее излучение изменяет электронные свойства пигментов меланина, что позволяет меланизированным грибковым клеткам активизировать рост после воздействия ионизирующего излучения. Это указывает на роль меланина в захвате энергии (радиосинтезе), аналогичную роли хлорофилла в фотосинтезе. Это также открывает возможность использования этих грибов для очистки от радионуклидного загрязнения.   

Миссии и места обитания человека в дальнем космосе  

В долгосрочной перспективе все планетарные цивилизации столкнутся с экзистенциальными угрозами от воздействия космоса, поэтому для человечества крайне важно стать многопланетным видом. Планируются пилотируемые миссии в дальний космос для создания поселений за пределами Земли. Миссия «Артемида» на Луну — это начало в этом направлении, целью которого является обеспечение долгосрочного присутствия человека на Луне и вокруг неё в рамках подготовки к пилотируемым миссиям и созданию поселений на Марсе.   

Одной из самых серьёзных проблем, стоящих перед пилотируемыми миссиями в дальний космос, является постоянный поток мощных космических лучей, пронизывающих всё пространство. Магнитное поле Земли защищает нас от космических лучей на Земле, но представляет наибольшую опасность для здоровья людей, участвующих в космических миссиях. Поэтому для дальних космических миссий необходимы защитные экраны от космических лучей. С другой стороны, космическое излучение также может стать неограниченным источником энергии и повысить энергетическую автономность более длительных космических миссий при наличии соответствующих технологий для его использования. 

Грибы, процветающие на высокорадиоактивной территории Чернобыля, могут стать решением проблем, связанных с космической радиацией, для космических миссий и поселений в дальнем космосе.  

Как обсуждалось выше, некоторые меланизированные грибы произрастают в зоне сильного радиоактивного загрязнения на месте аварии на Чернобыльской АЭС и в других высокорадиационных зонах на Земле. По-видимому, пигменты меланина в этих грибах используют высокоэнергетическое излучение для генерации химической энергии (точно так же, как хлорофилл зелёных растений использует солнечные лучи для фотосинтеза). Таким образом, чернобыльские грибы могут потенциально служить как защитным экраном от высокоэнергетических космических лучей (радиоустойчивость), так и источником энергии (радиосинтез) в дальних космических миссиях, если их возможности распространятся на космические лучи. Исследователи проверили это в космосе.  

Грибок Кладоспориум сфероспермум Гриб был выращен на борту Международной космической станции (МКС) для изучения его роста и способности поглощать и ослаблять ионизирующие космические лучи в течение 26 дней в условиях, имитирующих условия обитания на поверхности Марса. Результат показал ослабление космического излучения благодаря грибковой биомассе и преимущество в росте в космосе, что позволяет предположить, что способности некоторых грибов, продемонстрированные на месте аварии в Чернобыле, применимы и к космическим лучам в космосе.  

Пока рано об этом говорить, но в будущем может появиться возможность перевезти эти грибы на Монблан и Марс, где при помощи подходящей инфраструктуры эти грибы смогут функционировать как производители химической энергии.  

Ссылки:  

1. Жданова НН, и др. 2004. Ионизирующее излучение привлекает почвенные грибы. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Дадачова Е., и др. 2007. Ионизирующее излучение изменяет электронные свойства меланина и усиливает рост меланизированных грибов. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Дайтон Дж., Тугай Т. и Жданова Н., 2008. Грибы и ионизирующее излучение радионуклидов. FEMS Microbiology Letters, том 281, выпуск 2, апрель 2008 г., страницы 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Екатерина Д. и Касадеваль А., 2008. Ионизирующее излучение: как грибы справляются, адаптируются и используют его с помощью меланина. Current Opinion in Microbiology. Том 11, выпуск 6, декабрь 2008 г., стр. 525–531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Авереш NJH и др. 2022. Культивирование гриба рода Dematiaceae Кладоспориум сфероспермум На борту Международной космической станции и воздействие ионизирующего излучения. Front. Microbiol., 05 июля 2022 г. Раздел: Extreme Microbiology, том 13, 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Сихвер Л., 2022. Чернобыльские грибы как источник энергии. Доступно на сайте https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Тиболла М.Х. и Фишер Дж., 2025. Радиотрофные грибы и их использование в качестве агентов биоремедиации территорий, пострадавших от радиации, и в качестве защитных агентов. Исследования, общество и развитие. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

Статьи по теме 

• Массовые вымирания в истории жизни: значение миссий NASA Artemis Moon и Planetary Defense DART (23 Август 2022)  

• Миссия Artemis Moon: к человеческому обитанию в глубоком космосе (11 Август 2022) 

• ….Бледно-голубая точка, единственный дом, который мы когда-либо знали (13, январь 2022)