פטריות של צ'רנוביל: חיים חריגים תחת קרינה

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

החיים מסוגלים לאלף אפילו קרינה קטלנית ולהשתמש באנרגיה שלה לטובת יצורים חדשים.

בניגוד לציפיות רבות, אסון צ'רנוביל לא הפך את היערות שמסביב למדבר גרעיני מת. לכל ענן יש מעטה כסופה, ולאחר הקמת אזור ההדרה, הלחץ האנתרופוגני על הטבע המקומי ירד בחדות. אפילו באזורים הפגועים ביותר, חיי הצומח התאוששו במהירות, חזירי בר, דובים וזאבים חזרו לעמק פריפיאט. הטבע מתעורר לחיים כמו עוף החול המופלא, אבל האחיזה המחניקה הבלתי נראית של הקרינה מורגשת בכל מקום.

"טיילנו ביער, השמיים נצבעו בשקיעה מרהיבה", אומר המיקרוביולוג האמריקאי כריסטופר רובינסון, שעבד כאן ב-2018. – בקרחת יער רחבה פגשנו סוסים, כארבעים. ולכולם היו עיניים צהובות שבקושי הצליחו להבחין בינינו שעוברים על פנינו." ואכן, בעלי חיים סובלים מקטרקט בהמוניהם: הראייה רגישה במיוחד לקרינה, ועיוורון הוא תוצאה שכיחה של חיים ארוכים באזור ההדרה. הפרעות התפתחותיות שכיחות בבעלי חיים מקומיים, ולעתים קרובות מתרחש סרטן. ואפילו יותר אסון להיות ליד מוקד התאונה לשעבר.

הבלוק הרביעי, שהתפוצץ ב-1986, כוסה בסרקופג מגן כמה חודשים לאחר מכן, שם נאספו פסולת רדיואקטיבית אחרת מהאתר. אבל כבר ב-1991, כאשר המיקרוביולוגית נלי ז'דנובה ועמיתיה בחנו את השרידים הללו באמצעות מניפולטורים הנשלטים מרחוק, החיים הופיעו גם כאן. נמצא שהפסולת הקטלנית מאוכלסת על ידי קהילות משגשגות של פטריות שחורות.

במהלך השנים הבאות זוהו ביניהם נציגים של כמאה סוגים. חלקם לא רק עומדים ברמת הקרינה הקטלנית, אלא אפילו עצמם נמשכים אליה, כמו צמחים לאור.

הישרדות

קרינה באנרגיה גבוהה מסוכנת לכל היצורים החיים. זה פוגע בקלות ב-DNA, גורם למוטציות ושגיאות בקוד. חלקיקים כבדים מסוגלים לשבור תרכובות כימיות כמו כדורי תותח, מה שמוביל להופעה של רדיקלים פעילים, שמתקשרים מיד עם השכן הראשון שהם מוצאים. הפצצה אינטנסיבית מספיק עלולה לגרום לרדיוליזה של מולקולות מים ולמטר שלם של תגובות אקראיות שהורגות את התא. למרות זאת, כמה יצורים מראים התנגדות מדהימה להשפעות כאלה.

לאורגניזמים חד-תאיים יש מבנה פשוט יחסית, ולא כל כך קל לשבש את חילוף החומרים שלהם על ידי רדיקלים חופשיים, וכלים רבי עוצמה לתיקון חלבונים מתקנים במהירות DNA פגום. כתוצאה מכך, פטריות מסוגלות לספוג עד 17,000 גריי של אנרגיית קרינה - סדרי גודל רבים יותר מהכמות הבטוחה לבני אדם. יתר על כן, חלקם ממש נהנים מ"גשם" רדיואקטיבי כזה.

קניון האבולוציה המפורסם ליד הר הכרמל בישראל מכוון עם שיפוע אחד לכיוון אירופה, השני לכיוון אפריקה. ההבדל בין הארה שלהם מגיע ל-800%, והמדרון ה"אפריקאי" המוקרן על ידי השמש מאוכלס בפטריות הגדלות טוב יותר בנוכחות קרינה. כמו אלה שנמצאו בצ'רנוביל, הם נראים שחורים בגלל כמויות המלנין הגדולות. פיגמנט זה מסוגל ליירט חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה ולפזר את האנרגיה שלהם, ולשמור על התאים מפני נזק.

בהמסת תא פטרייתי כזה, במיקרוסקופ, ניתן לראות את "רוח הרפאים" שלו - צללית שחורה של מלנין, המצטברת בשכבות קונצנטריות בדופן התא. פטריות מהצד ה"אפריקאי" של הקניון מכילות פי שלושה ממנו מאשר תושבי המדרון ה"אירופי". הם גם עשירים בחיידקים רבים החיים ברמות הגבוהות, אשר בתנאים טבעיים מקבלים עד 500-1000 גריי בשנה. אבל אפילו כמות כה הגונה של קרינה נספגת עבור פטריות היא כלום.לא סביר שכל המלנין הזה מיוצר להגנה בלבד.

שִׂגשׂוּג

אפילו נלי ז'דנובה ב-1991 הדגימה שפטריות שנאספו ליד תחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל מגיעות למקור הקרינה וגדלות טוב יותר בנוכחותה. בשנת 2007, תוצאות אלו פותחו על ידי הביולוגים ארתורו קאסדוואלה ויקטרינה דדצ'ובה הפועלים בארצות הברית. מדענים הראו כי בהשפעת קרינה הגבוהה פי מאות מהרקע הטבעי, פטריות מלנוניות שחורות (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis ו-Cryptococcus neoformans) מטמיעות פחמן מהמדיום התזונתי בצורה אינטנסיבית פי שלושה. יחד עם זאת, פטריות לבקן מוטנטיות, שאינן מסוגלות לייצר מלנין, נסבלו קרינה בקלות, אך צמחו בקצב הרגיל.

ראוי לומר שמלנין יכול להיות קיים בתאים בתצורות כימיות מעט שונות. צורתו העיקרית בבני אדם היא אומלנין, הוא מגן על העור מקרינה אולטרה סגולה ונותן לו צבע חום-שחור. הצבע האדום של השפתיים והפטמות נקבע על ידי נוכחות של pheomelanin. וזה pheomelanin שמיוצר על ידי תאים פטרייתיים בהשפעת קרינה, אם כי בכמויות כאלה הוא כבר נראה שחור לחלוטין.

המעבר מ-eu- ל-pheomelanin מלווה בעלייה בהעברת אלקטרונים מ-NADP ל-ferricyanide - זהו אחד השלבים הראשונים בביו-סינתזה של גלוקוז. זה לא מפתיע שלפי כמה הנחות, פטריות כאלה מסוגלות לבצע תגובות דומות לפוטוסינתזה, אבל במקום אור הן משתמשות באנרגיה של קרינה רדיואקטיבית. יכולת זו מאפשרת להם לשרוד ולשגשג במקום שבו מתים אורגניזמים מורכבים וקפדניים יותר.

מספר גדול של נבגי פטריות עם מלנין גבוה נמצא במרבצים של תקופת הקרטיקון הקדומה. באותה תקופה, בעלי חיים וצמחים רבים נכחדו: "תקופה זו חופפת למעבר דרך "האפס המגנטי" והאובדן הזמני של "המגן הגיאומגנטי" המגן על כדור הארץ מקרינה", כותבת יקטרינה דדצ'ובה. פטריות רדיוטרופיות לא יכלו שלא לנצל את המצב הזה. במוקדם או במאוחר, נשתמש גם בזה.

נִספָּח

השימוש במלנין לניצול אנרגיית קרינה הוא עדיין רק השערה. עם זאת, המחקר נמשך, מכיוון שהרדיוטרוף אינו משהו אקזוטי. בתנאים של מחסור במשאבים וקרינה מספקת, כמה פטריות נפוצות יכולות לשפר את סינתזת המלנין ולהפגין את היכולת "להאכיל מקרינה". לדוגמה, ה-C. sphaerospermum ו-W. dermatitidis שהוזכרו לעיל הם אורגניזמים נרחבים בקרקע, ו-C. neoformans מדביקים לפעמים בני אדם, וגורמים לקריפטוקוקוזיס זיהומיות.

פטריות כאלה גדלות די בקלות בתנאי מעבדה, קל לתפעל אותן. ובשל יכולתם לאכלס אזורים בעלי זיהום גבוה, הם יכולים להפוך לכלי נוח לסילוק פסולת רדיואקטיבית. כיום, אשפה כזו - למשל סרבלים ישנים - נלחצת ומגולגלת לאחסון עד שהנוקלידים הלא יציבים מתרוקנים באופן טבעי. ייתכן שפטריות שיכולות לשרוד מקרינה עתירת אנרגיה יזרזו את התהליך הזה לפעמים.

בשנת 2016 נשלחו לחלל פטריות מלאניות שנאספו ליד תחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל. אפילו עם כל המיגון שנלקח בחשבון, רמות הקרינה הרגילות ב-ISS גבוהות פי 50 עד 80 מקרינת הרקע ליד פני כדור הארץ, מה שמספק תנאים לצמיחה של תאים כאלה. הדגימות בילו כשבועיים במסלול לפני שהוחזרו כדי לאפשר למדענים לחקור כיצד מיקרו-כבידה השפיעה עליהן. אולי מתישהו פטריות יצטרכו לחיות כך מדור לדור.

אנרגיית הקרינה של כוכב נחלשת במהירות כאשר הוא נע לפריפריה של מערכת השמש, אך קרינה קוסמית קיימת בפאתי הרחוקים ביותר. בתיאוריה, המלנין של תאי פטרייה יכול לשמש לייצור ביומסה או לסנתז מולקולות מורכבות שידרשו במהלך משימות מאוישות למרחקים ארוכים.סביר להניח שבנוסף לחממות ירוקות ושופעות בחללית העתידית, יצטרכו לארגן אחרת - הרחוקה ביותר, שתהיה מגודלת בעובש שחור שימושי שיכול לספוג אנרגיית קרינה.