Čornobiļā atrasta organismu grupa, kas, iespējams, pārtiek no radiācijas

1997. gada maijā Nelli Ždanova iegāja vienā no radioaktīvākajām vietām uz Zemes - pamestajās, uzsprāgušā Čornobiļas reaktora drupās - un saprata, ka nav viena.

Pa griestiem, sienām un metāla kanālos, kas aizsargā elektrokabeļus, melns pelējums bija apmeties vietā, kas reiz tika uzskatīta par dzīvībai nepiemērotu.

Laukos un mežos, cilvēkiem aizbraucot, bija savairojušies vilki un savvaļas cūkas. Taču pat mūsdienās ir karstie punkti, kuros joprojām sastopams satriecoši augsts radiācijas līmenis materiālu dēļ, kas tika izmesti no reaktora tā sprādziena laikā, vēsta BBC.

Līdzīgi kā augi, kas stiepjas pret saules gaismu, Ždanovas pētījumi liecināja, ka melnā pelējuma sēnes hifas šķietami tiek piesaistītas jonizējošajam starojumam.

Pelējums, kas sastāv no vairāku dažādu sēņu sugām, šķita darām kaut ko ievērojamu. Tas nebija vienkārši izveidojies tādēļ, ka elektrostacijas darbinieki bija aizgājuši.

Iepriekšējos augsnes pētījumos ap Čornobiļu Ždanova bija atklājusi, ka sēnes patiesībā auga radioaktīvo daļiņu virzienā, kas bija izkaisītas pa apkārtni. Tagad viņa konstatēja, ka tās ir sasniegušas pat pašu radiācijas avotu – telpas uzspridzinātās reaktora ēkas iekšienē.

Katrs apsekojums, kas viņu pietuvināja kaitīgajai radiācijai, vienlaikus arī apgāza mūsu priekšstatus par to, kā radiācija ietekmē dzīvību uz Zemes. Tagad viņas atklājums rada cerību gan par radioaktīvo teritoriju attīrīšanu, gan iespējamu astronautu aizsardzību pret kaitīgo starojumu kosmosā.

Vienpadsmit gadus pirms Ždanovas vizītes parasts drošības tests Čornobiļas AES ceturtajā reaktorā ātri pārvērtās par smagāko kodolavāriju pasaules vēsturē. Kļūdu virkne gan reaktora konstrukcijā, gan tā darbībā 1986. gada 26. aprīļa agrā rītā noveda pie milzīga sprādziena.

Rezultātā vidē nonāca milzīgs daudzums radionuklīdu. Pirmajās dienās un nedēļās nāves gadījumus visbiežāk izraisīja radioaktīvais jods, bet vēlāk – vēzis.

Lai mazinātu radiācijas saindēšanās un ilgtermiņa veselības komplikāciju risku, ap reaktora četrinieka visbīstamākajiem atliekām tika izveidota 30 kilometru plata aizlieguma zona, kas pazīstama arī kā "atsvešināšanas zona". Taču, kamēr cilvēki tika turēti pa gabalu, Ždanovas melnais pelējums lēnām bija kolonizējis šo teritoriju.

Līdzīgi kā augi, kas stiepjas pret saules gaismu, Ždanovas pētījumi liecināja, ka melnā pelējuma sēnes hifas šķietami tiek piesaistītas jonizējošajam starojumam. Taču "radiotropisms", kā Ždanova to nosauca, bija paradokss: jonizējošais starojums parasti ir daudz spēcīgāks nekā saules gaisma – radioaktīvo daļiņu triecieni, kas plosa DNS un olbaltumvielas tā, kā lodes saplēš miesu. Bojājumi, ko tas izraisa, var izraisīt kaitīgas mutācijas, iznīcināt šūnas un nogalināt organismu.

Līdz ar šķietami radiotropiskajām sēnēm Ždanovas apsekojumos tika atrastas vēl 36 citas parastas, bet attāli radniecīgas sēņu sugas, kas auga Čornobiļas apkārtnē. Nākamo divdesmit gadu laikā viņas pionierdarbs ar identificētajām radiotropiskajām sēnēm izplatīsies tālu ārpus Ukrainas.

Tas papildinās zināšanas par potenciāli jaunu dzīvības pamatu uz Zemes – tādu, kas plaukst, balstoties uz radiāciju, nevis saules gaismu.

Šī stāsta centrā ir pigments, kas plaši sastopams uz Zemes: melanīns. Šī molekula, kuras krāsa variē no melnas līdz sarkanbrūnai, ir iemesls atšķirībām cilvēku ādas un matu krāsā. Bet tieši tā arī padara pelējuma sēnes Čornobiļā melnas – to šūnu sienas bija pieblīvētas ar melanīnu.

Tāpat kā tumšāka āda aizsargā mūsu šūnas no ultravioleto (UV) staru ietekmes, Ždanova pieļāva, ka šo sēņu melanīns darbojas kā vairogs pret jonizējošo starojumu.

Tāpat kā šie melnie pelējumi kolonizēja pamesto pasauli Čornobiļā, iespējams, tie kādu dienu varētu aizsargāt arī mūsu pirmajos soļos uz jaunām pasaulēm citur Saules sistēmā.

Ne tikai sēnes izmantoja melanīna aizsargājošās īpašības. Dīķos ap Čornobiļu vardes, kuru šūnās bija lielāks melanīna daudzums un līdz ar to tumšāka krāsa, labāk spēja izdzīvot un vairoties, pakāpeniski izveidojot vietējo populāciju tumšāku.

Kara apstākļos vairogs var pasargāt karavīru no bultas, novirzot to prom no ķermeņa. Taču melanīns nedarbojas šādi. Tas nav ciets vai gluds virsmas slānis.

Radiācija – neatkarīgi no tā, vai tā ir UV vai radioaktīvās daļiņas – tiek absorbēta tā haotiskajā struktūrā, un enerģija tajā tiek izkliedēta, nevis atstarota. Melanīns ir arī antioksidants – molekula, kas spēj pārvērst reaktīvos jonus, kurus radiācija rada bioloģiskajā materiālā, atpakaļ stabilā stāvoklī.

2007. gadā Ņujorkas Alberta Einšteina Medicīnas koledžas kodolzinātniece Jekaterina Dadačova papildināja Ždanovas darbu par Čornobiļas sēnēm, atklājot, ka to augšana nebija tikai virziena ziņā noteikta (radiotropiska), bet patiesībā palielinājās radiācijas klātbūtnē.

Melanizētās sēnes – tieši tādas kā tās, kas auga Čornobiļas reaktorā – radioaktīvā cēzija ietekmē auga par 10% ātrāk nekā tā paša veida sēnes, kas tika audzētas bez starojuma.

Dadačova un viņas komanda arī atklāja, ka melanizētās sēnes, kas tika pakļautas radiācijai, šķietami izmantoja šo enerģiju, lai darbinātu savu vielmaiņu. Citiem vārdiem: tās izmantoja starojumu, lai augtu.

Ždanova bija ierosinājusi, ka šīs sēnes varētu izmantot radiācijas enerģiju, un tagad Dadačovas pētījumi šķita šo ideju attīstām. Sēnes ne tikai auga radiācijas virzienā siltuma dēļ vai kādas nezināmas reakcijas starp radiāciju un apkārtni dēļ, kā sākotnēji pieļāva Ždanova. Dadačova uzskatīja, ka sēnes aktīvi barojas ar radiācijas enerģiju. Viņa šo procesu nosauca par "radiosintēzi". Un melanīns šajā teorijā bija centrālais elements.

"Jonizējošā starojuma enerģija ir aptuveni miljonu reižu lielāka nekā baltās gaismas enerģija, ko izmanto fotosintēzē," saka Dadačova. "Tāpēc ir vajadzīgs ļoti jaudīgs enerģijas pārveidotājs, un mēs domājam, ka melanīns spēj tieši to - pārveidot jonizējošo starojumu izmantojamā enerģijas līmenī."

Radiosintēze joprojām ir tikai teorija, jo to varēs pierādīt tikai tad, ja tiks atklāts precīzs mehānisms starp melanīnu un vielmaiņu. Zinātniekiem būtu jāatrod konkrēts receptors vai kāda īpatnēja iedobe melanīna sarežģītajā struktūrā, kas iesaistīta radiācijas pārvēršanā enerģijā, ko sēnes var izmantot augšanai.

Pēdējos gados Dadačova un viņas kolēģi ir sākuši identificēt dažus bioķīmiskos ceļus un proteīnus, kas varētu būt pamatā sēņu augšanas pieaugumam jonizējošās radiācijas ietekmē.

Ne visas melanizētās sēnes izrāda tendenci uz radiotropismu un pozitīvu augšanu radiācijas klātbūtnē. Piemēram, 2006. gada pētījumā, ko veica Ždanova un viņas kolēģi, tika konstatēts, ka tikai 9 no 47 melanizēto sēņu sugām, kas savāktas Čornobiļā, auga radioaktīvā cēzija (cēzijs-137) avota virzienā.

Līdzīgi arī 2022. gadā Ņūmeksikas Sandia Nacionālajā laboratorijā zinātnieki nekonstatēja nekādas atšķirības augšanā, kad divas sēņu sugas (viena melanizēta, otra ne) tika pakļautas UV starojumam un cēzijam-137.

Taču tajā pašā gadā tāda pati tendence - sēņu augšanas pieaugums starojuma ietekmē - tika atklāta atkal - kosmosā.

Atšķirībā no radioaktīvās sabrukšanas, kas sastopama Čornobiļā, tā dēvētā galaktiskā kosmiskā radiācija ir neredzama lādētu protonu vētra, kur katrs protons pārvietojas gandrīz ar gaismas ātrumu cauri Visumam. Tā nāk no eksplodējušām zvaigznēm ārpus mūsu Saules sistēmas un spēj viegli iziet cauri pat svinam.

Uz Zemes mūsu atmosfēra mūs lielā mērā aizsargā, bet astronautiem, kas dodas tālajā kosmosā, tā tiek uzskatīta par "lielāko apdraudējumu" veselībai.

Taču pat galaktiskā kosmiskā radiācija nebija problēma Cladosporium sphaerospermum paraugiem - tās pašas sēņu šķirnes, ko Ždanova bija atradusi augam visā Čornobiļā. To pierādīja pētījums, kura ietvaros šīs sēnes 2018. gada decembrī tika nosūtītas uz Starptautisko kosmosa staciju. "Mēs parādījām, ka tās kosmosā aug labāk," saka Nils Averešs, bioķīmiķis un pētījuma līdzautors no Floridas Universitātes.

Salīdzinot ar kontroles paraugiem uz Zemes, pētnieki konstatēja, ka sēnes, kas 26 dienas tika pakļautas galaktiskajai kosmiskajai radiācijai, auga vidēji 1,21 reizi ātrāk.

Tomēr Averešs joprojām nav pārliecināts, ka tas notika tādēļ, ka C.sphaerospermum kosmosā izmantotu radiācijas enerģiju. Pieaugošais augšanas līmenis, viņaprāt, varētu būt arī bezsvara efekta rezultāts – vēl viens faktors, ko sēnes uz Zemes neizjuta. "Averešs tagad veic eksperimentus, izmantojot nejaušas pozīcijas ierīci, kas uz Zemes simulē bezsvaru, lai izšķirtu šīs divas iespējas."

Tomēr Averešs un viņa kolēģi arī pārbaudīja C.sphaerospermum melanīna aizsargpotenciālu, novietojot sensoru zem sēņu parauga Starptautiskajā kosmosa stacijā. Salīdzinot ar paraugiem bez sēnēm, starojuma daudzums, ko bloķēja sēnes, palielinājās, sēnēm augot, un pat neliels pelējuma plankums Petri traukā izrādījās efektīvs vairogs. "Ņemot vērā salīdzinoši plāno biomases slāni, tas var liecināt par C.sphaerospermum dziļo spēju absorbēt kosmisko starojumu mērītajā spektrā," rakstīja pētnieki.

Averešs saka, ka joprojām pastāv iespēja, ka šķietamās radiācijas aizsargspējas sēnēm var būt saistītas ar citām bioloģiskās dzīvības sastāvdaļām, ne tikai melanīnu. Piemēram, ūdens - molekula ar augstu protonu skaitu struktūrā (astotnieks skābeklī un viens katrā ūdeņraža atomā) - ir viens no labākajiem veidiem, kā aizsargāties pret protoniem, kas riņķo kosmosā, - astrobioloģisks ekvivalents teicienam "cīnīties ar uguni pret uguni".

Tomēr šie atklājumi ir atvēruši intriģējošas iespējas risināt problēmu par dzīvi kosmosā. Gan Ķīna, gan ASV plāno nākamo desmitgažu laikā izveidot bāzi Mēness virsmā, savukārt Teksasas kompānija "SpaceX" plāno savu pirmo misiju uz Marsu palaist līdz 2026. gada beigām un nogādāt cilvēkus tur trīs līdz piecu gadu laikā.

Jebkurš cilvēks, kas dzīvos šajās bāzēs, būs jāaizsargā pret kosmisko starojumu. Taču ūdens vai polietilēna plastmasas izmantošana kā radiācijas aizsargkokons šīm bāzēm varētu būt pārāk smaga pacelšanai.

Līdzīgi kā melnie pelējumi kolonizēja pamesto pasauli Čornobiļā, iespējams, tie kādu dienu varētu aizsargāt mūsu pirmos soļus uz jaunām pasaulēm citur Saules sistēmā.

Piezīme: Sēnes ir atsevišķa organismu grupa jeb valsts. Sēnes nav ne augi, ne dzīvnieki. Atšķirībā no augiem, sēnes nesatur hlorofilu, tādēļ nespēj pašas sev saražot nepieciešamās barības vielas. Šajā aspektā tās vairāk atgādina dzīvniekus, jo pārtiek no jau gatavām citu organismu saražotām organiskajām vielām.