Мутировавшая форма жизни в Чернобыле научилась расти быстрее, «поедая» радиацию — учёные проверили это в космосе
После катастрофы на Чернобыльской АЭС в 1986 году ученые ожидали увидеть безжизненную пустыню. Однако реальность превзошла все ожидания: жизнь не просто выжила, но и адаптировалась к смертельным условиям. Особый интерес вызвал обычный черный гриб Cladosporium sphaerospermum.
Известный науке более века, этот гриб привлек внимание исследователей своим необычным поведением в зоне отчуждения. Он не просто демонстрировал устойчивость к радиации, а буквально тянулся к ней, активно заселяя поверхности с наиболее высоким уровнем излучения.
Живой щит: от Чернобыля до Международной космической станции
Это открытие оказалось невероятно важным для космонавтики. Главная невидимая угроза дальних космических путешествий — радиация.
За пределами магнитного поля Земли космические корабли и их экипажи подвергаются бомбардировке высокоэнергетическими частицами, способными повреждать ДНК и вызывать серьезные заболевания.
Традиционная защита — дело непростое: каждый дополнительный килограмм материала на борту ракеты увеличивает стоимость запуска.
Перед инженерами встал вопрос компромисса между безопасностью и экономией. Но исследователи пошли другим путем и задались вопросом: а может ли сама природа предложить решение? Можно ли использовать живой организм в качестве самообновляющегося радиационного щита?
В центре этой идеи снова оказался Cladosporium sphaerospermum. Как и другие «черные» грибы, он содержит большое количество меланина — того же пигмента, что защищает нашу кожу от ультрафиолета.
Ученые предполагают, что меланин в этих грибах также способен нейтрализовать вредное воздействие ионизирующего излучения — настолько мощного, что оно способно выбивать электроны из атомов.
Более того, некоторые радиоустойчивые грибы проявляют «положительный радиотропизм», то есть растут по направлению к источнику радиации.
Существует даже гипотеза «радиотрофии», согласно которой некоторые организмы могут использовать энергию излучения для своего метаболизма, хотя научные доказательства этого пока остаются предметом дискуссий.
Эксперимент на орбите: как изучали гриб-мутант
Чтобы проверить защитные свойства гриба в реальных условиях, исследователи отправили его на Международную космическую станцию (МКС) в специальном автономном модуле CubeLab.
Хотя МКС и находится в пределах магнитного поля Земли, уровень радиации там значительно выше, чем на нашей планете.
Внутри модуля, оснащенного двумя компьютерами Raspberry Pi, камерами, датчиками и двумя детекторами излучения, разместили специальную чашку Петри. Она была разделена на две половины:
Экспериментальная часть: содержала питательную среду с грибком.
Контрольная часть: содержала ту же среду, но без грибка, выступая в роли эталона для сравнения.
Датчики излучения находились строго под каждой половиной чашки. Такая конструкция была критически важна, так как радиационный фон на орбите постоянно меняется в зависимости от положения станции.
Это позволило проводить прямое сравнение «до и после» в один и тот же момент времени. Чашка была расположена таким образом, чтобы детекторы «смотрели» в сторону от Земли, минимизируя экранирующее влияние планеты.
Неожиданные результаты: радиация как стимул?
Чтобы гриб не начал расти раньше времени, во время транспортировки его держали при температуре около 4°C. На МКС эксперимент длился более 576 часов: камера делала снимки каждые 30 минут, а датчики фиксировали температуру и уровень радиации каждые полторы минуты.
Для анализа роста использовали метод относительной оптической плотности, оценивая изменение яркости на фотографиях. Параллельно такой же контрольный эксперимент проводился на Земле.
Результаты удивили ученых. На МКС, при средней температуре около 31,5°C, гриб полностью покрыл питательную среду. Скорость его роста на орбите оказалась примерно на 21% выше, чем в земных условиях.
Ученые связывают это с возможным «радиоадаптивным» ответом организма, хотя не исключают и влияния микрогравитации на метаболизм гриба.
Но самый важный результат дали датчики радиации. За весь эксперимент детектор под стороной с грибком зафиксировал в среднем 147 событий в минуту, в то время как под контрольной стороной — 151.
Разница была непостоянной: в начале, когда слой грибницы был еще тонким, показатели почти совпадали. К концу эксперимента, когда сформировался плотный слой биомассы, расхождение стало устойчивым и значимым.
В чем секрет защиты: меланин и вода
Исследователи выделяют два ключевых фактора такой защиты.
Роль меланина: Считается, что меланин способен поглощать энергию излучения и нейтрализовать образующиеся при этом агрессивные химические соединения, защищая клетки от повреждений.
Физические свойства биомассы: Живая ткань гриба состоит в основном из воды, богатой водородом. А водородсодержащие материалы, как известно, эффективно замедляют некоторые виды космической радиации, особенно нейтроны и протоны.
Таким образом, даже толстый слой влажной биомассы сам по себе может служить неплохим экраном, а меланин усиливает этот эффект. Авторы исследования, однако, подчеркивают предварительный характер выводов.
Экранирующие свойства зависят от множества факторов: типа частиц, их энергии и геометрии экрана. Более того, взаимодействие высокоэнергетических частиц с защитой может порождать вторичное излучение, поэтому требуются дальнейшие, более точные измерения.
Ограничения и будущее технологии
Важно понимать, что это исследование — лишь демонстрация концепции («proof-of-concept») в ограниченных условиях. Эксперимент проводился в закрытой чашке Петри, что не позволяет однозначно разделить влияние всех факторов.
Главное, что он не доказывает способность гриба к «радиосинтезу» (то есть питанию радиацией по аналогии с растениями и солнечным светом).
Тем не менее, перспективы открываются захватывающие. Концепция Cladosporium sphaerospermum идеально вписывается в стратегию использования ресурсов на месте (ISRU).
Вместо того чтобы везти тяжелые защитные материалы с Земли, колонисты смогут доставить небольшой образец гриба и вырастить из него толстый защитный слой прямо на месте, будь то на Луне или Марсе.
Ученые даже рассматривают возможность создания «живых композитов» — смеси грибницы или выделенного из нее меланина с местным грунтом (реголитом). Это позволило бы строить укрытия, которые будут одновременно и прочными, и способными защищать от радиации.
Конечно, инженеры продолжат использовать и традиционные методы защиты: оптимизацию траекторий полетов, мониторинг солнечной активности и создание укрытий от солнечных вспышек.
Но если биологическая защита докажет свою надежность и предсказуемость, чернобыльский гриб может стать важным элементом в арсенале будущих покорителей дальнего космоса.