Paddestoelen van Tsjernobyl: abnormaal leven onder straling

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Het leven kan zelfs dodelijke straling temmen en zijn energie gebruiken ten behoeve van nieuwe wezens.

In tegenstelling tot veel verwachtingen veranderde de ramp in Tsjernobyl de omliggende bossen niet in een dode nucleaire woestijn. Elke wolk heeft een zilveren randje en na de instelling van de uitsluitingszone is de antropogene druk op de lokale natuur sterk gedaald. Zelfs in de meest beschadigde gebieden herstelde het plantenleven zich snel, wilde zwijnen, beren en wolven keerden terug naar de Pripyat-vallei. De natuur komt tot leven als een fabelachtige feniks, maar de onzichtbare verstikkende greep van straling is overal voelbaar.

"We liepen door het bos, de lucht was beschilderd met een prachtige zonsondergang", zegt de Amerikaanse microbioloog Christopher Robinson, die hier in 2018 werkte. - Op een wijde open plek kwamen we paarden tegen, ongeveer veertig. En ze hadden allemaal gele ogen die nauwelijks onderscheid konden maken tussen ons langskomen." Dieren lijden inderdaad massaal aan staar: het gezichtsvermogen is bijzonder gevoelig voor straling en blindheid is een veelvoorkomend gevolg van een lang leven in de uitsluitingszone. Ontwikkelingsstoornissen komen vaak voor bij lokale dieren en kanker komt vaak voor. En des te rampzaliger is de nabijheid van het voormalige epicentrum van het ongeval.

Het vierde blok, dat in 1986 explodeerde, werd een paar maanden later bedekt met een beschermende sarcofaag, waar ander radioactief afval van de locatie werd verzameld. Maar al in 1991, toen microbioloog Nelly Zhdanova en haar collega's deze restanten met op afstand bediende manipulatoren onderzochten, kwam ook hier leven aan de oppervlakte. Het dodelijke puin bleek te worden bewoond door bloeiende gemeenschappen van zwarte paddenstoelen.

In de daaropvolgende jaren werden vertegenwoordigers van ongeveer honderd geslachten onder hen geïdentificeerd. Sommigen van hen zijn niet alleen bestand tegen het dodelijke stralingsniveau, maar worden er zelfs door aangetrokken, zoals planten door licht.

Overleving

Hoogenergetische straling is gevaarlijk voor alle levende wezens. Het beschadigt gemakkelijk DNA, waardoor mutaties en fouten in de code ontstaan. Zware deeltjes zijn in staat chemische verbindingen zoals kanonskogels af te breken, wat leidt tot het verschijnen van actieve radicalen, die onmiddellijk interageren met de eerste buur die ze vinden. Een voldoende intens bombardement kan radiolyse van watermoleculen veroorzaken en een hele reeks willekeurige reacties die de cel doden. Desondanks vertonen sommige wezens verbazingwekkende weerstand tegen dergelijke invloeden.

Eencellige organismen hebben een relatief eenvoudige structuur en het is niet zo eenvoudig om hun metabolisme te verstoren door vrije radicalen, en krachtige eiwitreparatietools repareren snel beschadigd DNA. Dientengevolge zijn paddenstoelen in staat tot 17.000 grijze stralingsenergie te absorberen - vele orden van grootte meer dan de hoeveelheid die veilig is voor mensen. Bovendien genieten sommigen van hen letterlijk van dergelijke radioactieve "regen".

De beroemde Canyon of Evolution bij de berg Karmel in Israël is met de ene helling naar Europa georiënteerd, de andere naar Afrika. Het verschil tussen hun verlichting bereikt 800% en de "Afrikaanse" helling die door de zon wordt bestraald, wordt bewoond door paddenstoelen die beter groeien in aanwezigheid van straling. Net als die in Tsjernobyl, lijken ze zwart vanwege de grote hoeveelheden melanine. Dit pigment is in staat om hoogenergetische deeltjes te onderscheppen en hun energie af te voeren, waardoor cellen niet worden beschadigd.

Als je zo'n schimmelcel onder een microscoop oplost, kun je zijn "spook" zien - een zwart silhouet van melanine, dat zich ophoopt in concentrische lagen in de celwand. Paddenstoelen van de "Afrikaanse" kant van de kloof bevatten drie keer meer dan de bewoners van de "Europese" helling. Ze zijn ook rijk aan vele microben die in de hooglanden leven, die in natuurlijke omstandigheden tot 500-1000 Gray per jaar ontvangen. Maar zelfs zo'n behoorlijke hoeveelheid geabsorbeerde straling is voor paddenstoelen niets. Het is onwaarschijnlijk dat al deze melanine alleen voor bescherming wordt geproduceerd.

Welvaart

Zelfs Nelly Zhdanova toonde in 1991 aan dat paddenstoelen die in de buurt van de kerncentrale van Tsjernobyl zijn verzameld, de stralingsbron bereiken en beter groeien in zijn aanwezigheid. In 2007 werden deze resultaten ontwikkeld door de biologen Arturo Casadevala en Ekaterina Dadachova die in de Verenigde Staten werken. Wetenschappers hebben aangetoond dat zwarte gemelaniseerde schimmels (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis en Cryptococcus neoformans) onder invloed van straling honderden keren hoger dan de natuurlijke achtergrond, koolstof uit de voedingsbodem drie keer intensiever opnemen. Tegelijkertijd tolereerden mutante albino-schimmels, die niet in staat waren melanine te produceren, straling gemakkelijk, maar groeiden met de gebruikelijke snelheid.

Het is de moeite waard om te zeggen dat melanine in cellen in enigszins verschillende chemische configuraties aanwezig kan zijn. De belangrijkste vorm bij mensen is eumelanine, het beschermt de huid tegen ultraviolette straling en geeft het een bruinzwarte kleur. De rode kleur van de lippen en tepels wordt bepaald door de aanwezigheid van pheomelanine. En het is pheomelanine dat onder invloed van straling door schimmelcellen wordt aangemaakt, al ziet het er in zulke hoeveelheden al helemaal zwart uit.

De overgang van eu- naar pheomelanine gaat gepaard met een toename van de overdracht van elektronen van NADP naar ferricyanide - dit is een van de eerste stappen in de biosynthese van glucose. Het is niet verwonderlijk dat dergelijke schimmels volgens sommige aannames in staat zijn reacties uit te voeren die vergelijkbaar zijn met fotosynthese, maar in plaats van licht gebruiken ze de energie van radioactieve straling. Dit vermogen stelt hen in staat te overleven en te gedijen waar complexere en kieskeurige organismen sterven.

Grote aantallen sterk gemelaniseerde schimmelsporen worden gevonden in de afzettingen van het Vroege Krijt. In die tijd stierven veel dieren en planten uit: "Deze periode valt samen met de overgang door het" magnetische nulpunt "en het tijdelijke verlies van het" geomagnetische schild "dat de aarde tegen straling beschermt", schrijft Ekaterina Dadachova. Radiotrofe paddenstoelen konden niet anders dan profiteren van deze situatie. Vroeg of laat zullen we hier ook gebruik van maken.

bijlage

Het gebruik van melanine voor het gebruik van stralingsenergie is nog steeds slechts een hypothese. Het onderzoek gaat echter door, omdat de radiotroof niet iets exotisch is. In omstandigheden met een gebrek aan middelen en voldoende straling, kunnen sommige veel voorkomende schimmels de melaninesynthese verbeteren en het vermogen vertonen om "zich te voeden met straling". De eerder genoemde C. sphaerospermum en W. dermatitidis zijn wijdverbreide bodemorganismen, en C. neoformans infecteert soms mensen, waardoor infectieuze cryptokokkose wordt veroorzaakt.

Dergelijke paddenstoelen groeien vrij gemakkelijk in laboratoriumomstandigheden, ze zijn gemakkelijk te manipuleren. En vanwege hun vermogen om gebieden met een hoge besmetting te bevolken, kunnen ze een handig hulpmiddel worden voor de verwijdering van radioactief afval. Tegenwoordig wordt dergelijk afval - bijvoorbeeld oude overalls - meestal geperst en opgerold voor opslag totdat onstabiele nucliden op natuurlijke wijze zijn uitgeput. Het is mogelijk dat paddenstoelen die kunnen overleven op energierijke straling dit proces soms versnellen.

In 2016 werden gemelaniseerde paddenstoelen verzameld in de buurt van de kerncentrale van Tsjernobyl de ruimte ingestuurd. Zelfs met alle afscherming in aanmerking genomen, zijn de gebruikelijke stralingsniveaus op het ISS 50 tot 80 keer hoger dan de achtergrondstraling nabij het aardoppervlak, wat de voorwaarden biedt voor de groei van dergelijke cellen. De monsters brachten ongeveer twee weken in een baan om de aarde door voordat ze werden teruggebracht, zodat wetenschappers konden onderzoeken hoe microzwaartekracht hen beïnvloedde. Misschien zullen paddenstoelen ooit van generatie op generatie zo moeten leven.

De stralingsenergie van een ster neemt snel af naarmate deze naar de periferie van het zonnestelsel beweegt, maar kosmische straling is aanwezig in de meest afgelegen buitenwijken. In theorie zou de melanine van schimmelcellen kunnen worden gebruikt om biomassa te produceren of complexe moleculen te synthetiseren die nodig zijn tijdens langeafstandsbemande missies. Het is waarschijnlijk dat naast groene en weelderige kassen op het ruimtevaartuig van de toekomst, men een andere zal moeten plaatsen - de verste, die zal worden begroeid met nuttige zwarte schimmel die stralingsenergie kan absorberen.