Черные грибы Чернобыля: неопознанная жизнь, созданная радиацией
Вопреки многим ожиданиям, катастрофа на АЭС в Чернобыле не превратила окружающие леса в мертвую ядерную пустыню. Нет худа без добра, и после организации зоны отчуждения антропогенное давление на местную природу резко снизилось. Даже в наиболее поврежденных участках растительная жизнь быстро восстановилась, в долину Припяти вернулись дикие кабаны, медведи и волки. Природа оживает, словно сказочный Феникс, однако невидимая удушливая хватка радиации ощущается повсюду.
«Мы шли по лесу, небо окрасилось великолепным закатом, – рассказывает американский микробиолог Кристофер Робинсон, который работал здесь в 2018 году. – На широкой поляне мы встретили лошадей, штук сорок. И у всех были желтые глаза, с трудом различавшие нас, проходивших мимо». В самом деле, животные массово страдают от катаракты: зрение особенно чувствительно к радиации, и слепота – обычный итог долгой жизни в зоне отчуждения. У местных животных часто встречаются нарушения развития, часто возникает рак. И уж тем более гибельно пребывание возле бывшего эпицентра аварии.
Выживание
Высокоэнергетическая радиация опасна для всего живого. Она легко повреждает ДНК, вызывая появление мутаций и ошибок в коде. Тяжелые частицы способны разбивать химические соединения, словно пушечные ядра, приводя к появлению активных радикалов, которые тут же вступают во взаимодействие с первым попавшимся соседом. Достаточно интенсивная бомбардировка способна вызывать радиолиз молекул воды и целый ливень беспорядочных реакций, убивающих клетку. Несмотря на это, некоторые существа демонстрируют удивительную устойчивость к такому воздействию.
Одноклеточные организмы устроены сравнительно просто, и нарушить их метаболизм свободными радикалами не так легко, а мощные белковые инструменты репарации быстро ремонтируют поврежденную ДНК. В результате грибы способны поглощать до 17 000 Грей радиационной энергии – на много порядков больше безопасного для человека количества. Более того, некоторые из них буквально наслаждаются таким радиоактивным «дождем».
Знаменитый Каньон эволюции близ горы Кармель в Израиле одним склоном ориентирован в сторону Европы, другим – к Африке. Разница между их освещенностью достигает 800%, и облучаемый солнцем «африканский» склон населяют грибы, лучше растущие в присутствии радиации. Как и найденные в Чернобыле, они выглядят черными из-за больших количеств меланина. Этот пигмент способен перехватывать высокоэнергетические частицы и рассеивать их энергию, сохраняя клетки от повреждений.
Растворив такую грибную клетку, под микроскопом можно увидеть ее «призрак» – черный силуэт меланина, который накапливается в клеточной стенке концентрическими слоями. Грибы с «африканской» стороны каньона содержат его втрое больше, чем жители «европейского» склона. Им богаты и многие микробы, живущие на высокогорье, которые в естественных условиях получают в год до 500–1000 Грей. Но ведь даже столь приличная величина поглощенной радиации для грибов – ничто. Вряд ли весь этот меланин производится для одной лишь защиты.
Процветание
Еще Нелли Жданова в 1991-м продемонстрировала, что забранные близ реактора ЧАЭС грибы тянутся в направлении источника радиации и лучше растут в ее присутствии. В 2007-м эти результаты удалось развить работающим в США биологам Артуро Касадевалу и Екатерине Дадачовой. Ученые показали, что под действием излучения, в сотни раз превышающего естественный фон, черные меланизированные грибы (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis и Cryptococcus neoformans) втрое интенсивнее усваивают углерод из питательной среды. При этом мутантные грибы-альбиносы, неспособные производить меланин, излучение переносили легко, но росли обычными темпами.
Стоит сказать, что меланин может присутствовать в клетках в слегка разных химических конфигурациях. Основная его форма у человека – эумеланин, он защищает кожу от ультрафиолета и придает ей коричнево-черную окраску. Красный же цвет губ и сосков определяется присутствием феомеланина. И именно феомеланин производят клетки грибов под влиянием радиации, хотя в таких количествах он выглядит уже совершенно черным.
Переход от эу- к феомеланину сопровождается усилением переноса электронов от НАДФ к феррицианиду – это один из первых шагов биосинтеза глюкозы. Неудивительно, что, по некоторым предположениям, такие грибы способны к проведению реакций, аналогичных фотосинтезу, – но вместо света используют энергию радиоактивного излучения. Такая способность позволяет им выживать и процветать там, где более сложные и привередливые организмы гибнут.
Большие количества высокомеланизированных грибных спор обнаруживаются в отложениях раннего Мелового периода. В ту эпоху многие животные и растения вымерли: «Этот период совпадает с переходом через "магнитный ноль" и временной потерей "геомагнитного щита", защищающего Землю от излучения», – пишет Екатерина Дадачова. Такой ситуацией не могли не воспользоваться грибы-радиотрофы. Этим же рано или поздно воспользуемся и мы.
Приложение
Использование меланина для утилизации энергии радиации еще лишь гипотеза. Однако исследования продолжаются, благо радиотрофы нельзя назвать чем-то экзотическим. В условиях нехватки ресурсов и достаточного излучения некоторые обыкновенные грибы могут усиливать синтез меланина и проявлять способность «питаться радиацией». Например, упомянутые выше C. sphaerospermum и W. dermatitidis – широко распространенные почвенные организмы, а C. neoformans порой поражают и человека, вызывая инфекционный криптококкоз.
Такие грибы достаточно легко растут в лабораторных условиях, ими несложно манипулировать. А благодаря способности заселять участки с высоким заражением они могут стать удобным инструментом утилизации радиоактивных отходов. Сегодня такой мусор – например, старая спецодежда – обычно прессуется и закатывается на хранение, пока нестабильные нуклиды не истощатся естественным образом. Возможно, что грибы, умеющие выживать на высокоэнергетическом излучении, ускорят этот процесс в разы.
В 2016 году меланизированные грибы, собранные близ Чернобыльской АЭС, были отправлены в космос. Даже с учетом всей защиты обычный уровень радиации на МКС в 50–80 раз превышает фоновое излучение у поверхности Земли, обеспечивая условия для роста таких клеток. Образцы провели на орбите около двух недель, после чего были возвращены, чтобы ученые исследовали, как сказалась на них микрогравитация. Возможно, когда-нибудь грибам придется жить так из поколения в поколение.
Энергия излучения звезды быстро ослабевает при движении к периферии Солнечной системы, а вот космическая радиация присутствует и на самых далеких окраинах. Теоретически меланин грибных клеток позволит использовать ее для производства биомассы или синтеза сложных молекул, которые потребуются во время дальних пилотируемых миссий. Вполне вероятно, что помимо зеленых и пышных парников на космическом корабле будущего придется устроить еще один – самый дальний, который зарастет полезной черной плесенью, способной усваивать энергию радиации.
