Чернобилске гљивице као штит од космичких зрака за мисије у дубоком свемиру 

Године 1986, 4. блок нуклеарне електране Чернобиљ у Украјини (некадашњем Совјетском Савезу) претрпео је масивни пожар и експлозију паре. Невиђена несрећа ослободила је преко 5% радиоактивног језгра реактора, које се састојало од преко 100 радиоактивних елемената (углавном јода-131, цезијума-137 и стронцијума-90) у животну средину. Ниво зрачења био је изузетно висок да би животни облици у близини преживели. Борови у области од 10 квадратних километара око места несреће уништени су у року од неколико недеља због излагања смртоносним дозама зрачења. Међутим, одређене буђи и црне гљивице не само да су преживеле опасно висок ниво зрачења, већ су и успеле да се размножавају на месту несреће. Накнадне студије су изоловале око 2000 сојева 200 врста гљивица са локације. Утврђено је да су гљивичне хифе расле према извору јонизујућег бета и гама зрачења баш као што зелене биљке расту према сунчевој светлости. Још занимљивије, излагање јонизујућем зрачењу је изгледа омогућило меланизованим гљивичним ћелијама појачан раст, што указује на хватање енергије пигментом меланином у присуству високоенергетског зрачења (слично хватању енергије хлорофилом у сунчевој светлости током фотосинтезе). Године 2022, експеримент на Међународној свемирској станици (МСС) показао је да ове гљивице показују способности радио-отпорности и радиосинтезе и у свемиру. Ово сугерише да се меланизоване гљивице које преживљавају и напредују у екстремним условима зрачења, попут места несреће у Чернобиљу, могу користити за заштиту људских насеља у дубоком свемиру од космичких зрака и за хватање енергије (из космичких зрака) како би се побољшала енергетска аутономија мисија у дубоком свемиру, попут Артемиде, ка будућим људским насељима на Месецу и Марсу.  

Нуклеарни реактори широм света углавном користе обогаћени уранијум који садржи око 3-5% уранијума-235 као фисиони материјал (неки напредни реактори-оплођивачи могу користити и плутонијум-239 или торијум-233). Примарни производи контролисане фисије уранијума-235 у реакторима су лакша језгра криптона и баријума, слободни неутрони и велика количина енергије. Даљи радиоактивни распади нестабилних лакших фисионих фрагмената (језгра криптона и баријума) ослобађају бета честице, гама зраке и друге стабилне нуспроизводе.  

Чернобиљска несрећа (1986) 

Године 1986, пожар и експлозија паре у 4. блоку Чернобиљске нуклеарне електране у Украјини (тадашњем Совјетском Савезу) довели су до ослобађања преко 5% радиоактивног језгра реактора у животну средину. Невиђена несрећа ослободила је преко 100 радиоактивних елемената у животну средину, а главни су били јод-131, цезијум-137 и стронцијум-90. Последња два (тј. цезијум-137 и стронцијум-90) су и даље присутна у значајним количинама у локалној средини, јер имају дуже време полураспада од око 30 година. Ова два изотопа су првенствено одговорна за то што је Зона искључења најрадиоактивније контаминирано подручје на Земљи.  

Нека места у зони искључења у близини локације имају изузетно висок ниво зрачења. Уништена зграда реактора има ниво зрачења од преко 20,000 рендгена на сат (поређења ради, око 500 рендгена током пет сати је смртоносна доза зрачења, што је мање од 1% зрачења у близини локације уништеног реактора).   

Ниво зрачења у области од 10 квадратних километара око Чернобиљске електране унутар зоне искључења (зване Црвена шума) био је толико висок да су хиљаде борова угинуле у року од неколико недеља након што су биле изложене приближно 60-100 греја (Gy) зрачења. Ова доза зрачења била је смртоносна за борове у том подручју, који су постали рђастоцрвени и угинули. Чак и данас, гама зраци достижу врхунац од око 17 милирема/сат (око 170 µSv/h) на неким местима у Црвеној шуми. Гама зраци су зрачење веома високе енергије. Они продиру дубоко и отимају електроне од атома и молекула и формирају јоне и слободне радикале који узрокују непоправљиву штету ћелијама и ткивима, укључујући виталне биомолекуле попут ДНК и ензима. Излагање веома високим дозама гама зрака доводи до смрти живих организама, као што се догодило са боровима око места несреће у Чернобиљу. Али не увек!  

Одређене гљивице не само да су преживеле већ су и напредовале на месту несреће у Чернобиљу са високим нивоом зрачења  

Док су борови у области од 10 квадратних километара око места несреће уништени у року од неколико недеља због изложености изузетно високом нивоу зрачења, одређене црне гљиве, посебно Кладоспоријум сфероспермум  Алтернарија алтерната примећено је да расте у близини оштећеног 4. блока неколико година након несреће, иако је ниво зрачења био/јесте и даље смртоносан. Ово је било изненађење. До 2004. године, разне студије су изоловале око 2000 сојева 200 врста гљивица са места несреће.  

Занимљиво је да је утврђено да су гљивичне хифе расле према извору јонизујућег зрачења (баш као што биљке расту према сунчевој светлости, показујући фототропизам). Мерењем гљивичног одговора на јонизујуће зрачење, истраживачи су показали да и бета и гама зрачење подстичу усмерени раст хифа према извору.  

Пошто су меланизоване микробне врсте чешће у природи, сматрало се да пигмент меланин има улогу у овој изузетној способности неких гљивица да преживе и напредују у земљиштима контаминираним фисионим фрагментима (радионуклидима). Експеримент објављен 2007. године показао је да је то заиста случај. Излагање меланина јонизујућем зрачењу је кључно. Јонизујуће зрачење је променило електронска својства меланинских пигмената, омогућавајући меланизованим гљивичним ћелијама појачан раст након излагања јонизујућем зрачењу. Ово је указивало да меланин има улогу у хватању енергије (радиосинтези), слично ономе што хлорофил има у фотосинтези. То је такође значило могућност коришћења ових гљивица у чишћењу контаминације радионуклидима.   

Људске мисије и станишта у дубоком свемиру  

Дугорочно гледано, сва планетарна цивилизација се суочава са егзистенцијалним претњама од удара из свемира, па је стога императив да људи постану мултипланетарна врста. Људске мисије у дубоки свемир су замишљене ради успостављања људских насеља ван Земље. Мисија Артемис на Месец је почетак у овом правцу, која има за циљ стварање дугорочног људског присуства на и око Месеца као припрему за људске мисије и насеља на Марсу.   

Један од највећих изазова пред људским мисијама у дубоки свемир представља стални ток моћних космичких зрака који прожимају свуда у свемиру. Земљино магнетно поље нас штити од космичких зрака на Земљи, али представља највећи здравствени ризик за људске мисије у свемиру. Стога, мисије у дубоки свемир захтевају заштитне штитове од космичких зрака. С друге стране, космичко зрачење би такође могло бити неограничен извор енергије и побољшати енергетску аутономију дужих мисија у дубоки свемир ако би постојала одговарајућа технологија за њихово искоришћавање. 

Гљивице које успевају на локацији Чернобиља са високим зрачењем могу понудити решење за изазове које космичко зрачење представља за људске мисије и станишта у дубоком свемиру  

Као што је горе поменуто, одређене меланизоване гљивице расту на месту контаминације високим нивоом зрачења у оштећеној нуклеарној електрани у Чернобиљу и другим срединама са високим нивоом зрачења на Земљи. Изгледа да пигменти меланина у овим гљивицама користе високоенергетско зрачење за генерисање хемијске енергије (баш као што хлорофил у зеленим биљкама користи сунчеве зраке у фотосинтези). Стога, чернобиљске гљивице могу имати потенцијал да делују и као заштитни штит од високоенергетских космичких зрака (радио-отпорност), као и као произвођачи енергије (радиосинтеза) у мисијама у дубоки свемир, ако се њихове могућности прошире на космичке зраке у свемиру. Истраживачи су ово тестирали у свемиру.  

Гљива Кладоспоријум сфероспермум је узгајана на Међународној свемирској станици (МСС) како би се проучио њен раст и способност да апсорбује и пригуши јонизујуће космичке зраке током 26 дана у условима који опонашају живот на површини Марса. Резултат је показао слабљење космичког зрачења услед гљивичне биомасе и предност у расту у свемиру, што сугерише да се могућности које су показале одређене гљиве на месту несреће у Чернобиљу могу проширити и на космичке зраке у свемиру.  

Прерано је рећи, али би у будућности могло бити могуће транспортовати ове гљиве на Мон и Марс где би уз помоћ одговарајуће инфраструктуре постале функционалне као произвођачи хемијске енергије.  

*** 

Референце:  

1. Жданова Н.Н., сар 2004. Јонизујуће зрачење привлачи гљивице у земљишту. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Дадачова Е., сар 2007. Јонизујуће зрачење мења електронска својства меланина и појачава раст меланизованих гљивица. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Дајтон Џ., Тугај Т. и Жданова Н., 2008. Гљивице и јонизујуће зрачење радионуклида. FEMS Microbiology Letters, том 281, број 2, април 2008, странице 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Екатерина Д. и Касадевал А., 2008. Јонизујуће зрачење: како се гљивице носе, прилагођавају и експлоатишу уз помоћ меланина. Актуелно мишљење у микробиологији. Том 11, број 6, децембар 2008, странице 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Авереш, Њу Џерзи сар 2022. Гајење дематијске гљивице Кладоспоријум сфероспермум На Међународној свемирској станици и ефекти јонизујућег зрачења. Фронт. Микробиол., 05. јул 2022. Сек. Екстремна микробиологија, том 13, 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Сихвер Л., 2022. Чернобилске гљиве као произвођач енергије. Доступно на https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Тибола МХ и Фишер Ј., 2025. Радиотрофне гљиве и њихова употреба као биоремедијационих средстава подручја погођених зрачењем и као заштитна средства. Истраживање, друштво и развој. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

*** 

Повезани чланци 

• Масовна изумирања у историји живота: значај НАСА-иних мисија Артемис Моон и планетарне одбране ДАРТ (КСНУМКС Аугуст КСНУМКС)  

• Артемис Моон Миссион: Товардс Дееп Спаце Хуман Хабитатион (КСНУМКС Аугуст КСНУМКС) 

• ….Бледоплава тачка, једини дом који смо икада познавали (КСНУМКС Јануар КСНУМКС) 

***