切尔诺贝利核灾难现场的一种真菌已经适应了在对大多数生命形式致命的辐射水平下“生存”。
黑色真菌Cladosporium sphaerospermum是一种高度耐受的真菌,科学家在1986年引发爆炸和火灾的切尔诺贝利核电站4号反应堆的墙壁上观察到了它的生长。
研究这种真菌的科学家发现,它已适应将辐射作为能量来源,类似于植物如何从太阳获取能量。
切尔诺贝利灾难是一起核泄漏事件,始于4月26日,导致了人类历史上最大规模的放射性物质释放。
在这一悲惨事件后,为了避免极端的辐射水平,人类被疏散出切尔诺贝利及周边地区。
从那时起,该地区被称为切尔诺贝利禁区(CEZ)。
根据研究人员的说法,C. sphaerospermum在禁区内生存的能力证明了生命即使在最恶劣、最极端的环境中也能出现。
对这种真菌的研究揭示了如何利用其特性来保护人类免受辐射影响,尤其是在深空任务期间。
C. sphaerospermum利用黑色素获得了其“辐射摄食”的超能力,黑色素是赋予人类皮肤颜色的色素。
在《PLOS One》期刊上发表的早期研究证实,C. sphaerospermum能够进行辐射合成,显示出它在高辐射环境中生长得更快。
这为后来发表在《Current Opinion in Microbiology》期刊上的研究奠定了基础,该研究发现,在这种真菌中,黑色素能够吸收伽玛辐射,并通过一种称为辐射合成的过程将其转化为化学能。
因此,它被认为是一种辐射营养真菌——“辐射”指的是辐射,而“营养”则指的是进食或将某物转化为可用能量。
在人类皮肤以及许多其他生物的皮肤中,黑色素充当了抵御阳光中有害紫外线的屏障。
但在这种真菌中,“它不仅仅是起到屏障的作用:它促进了能量的产生,”罗格斯大学的进化生物学家斯科特·特拉弗斯在《福布斯》的一篇文章中写道。
现在,科学家们相信,他们可以利用这种超能力来创造高效的辐射屏障,以保护宇航员在深空任务中的安全。
太空中严酷的辐射环境是长期人类太空任务面临的最大障碍之一。
根据欧洲空间局(ESA)的数据,在国际空间站(ISS)上待一个星期,宇航员的辐射暴露相当于在地球上一年的暴露量。
在火星上,辐射环境更为强烈。ESA表示,前往火星的宇航员可能会接收到高达地球700倍的辐射剂量。
在一项尚未经过其他科学家审查的研究中,国际空间站上的研究人员研究了C. sphaerospermum在类似火星表面的放射性环境中减弱有害辐射的能力。
该研究持续了26天,发现真菌能够阻挡和吸收84%的太空辐射,并表现出显著的生长,表明其辐射营养特性可以扩展到太空环境中。
该研究目前已在预印本服务器bioRxiv上发布。
但C. sphaerospermum在地球上也可能有一些有用的应用。
研究表明,这种真菌是一种强大的生物修复剂,意味着它可以用来清除环境中的放射性污染。
清理像切尔诺贝利禁区这样的放射性地点既具有挑战性又危险,但辐射营养真菌可能为人类主导的清理工作提供一种更安全的替代方案。
虽然科学家们仍在研究和开发利用辐射营养真菌的方法,但研究已经取得了有希望的结果。
萨斯喀彻温大学的研究人员展示了“训练”微观黑色真菌以寻找和减弱辐射源的可能性。该研究于2020年发表在《真菌生物学》期刊上。
然而,C. sphaerospermum并不仅因其摄取辐射的能力而闻名。特拉弗斯解释说,它还具有独特的抵御低温、高盐浓度和极端酸性的能力。
“它适应恶劣环境的能力使研究人员充满希望,认为它可能为进一步研究应激耐受机制提供线索,这可能导致生物技术和农业的进步,”他写道。
例如,负责这种耐受性的基因可以用来开发抗辐射材料或培育高度耐受的作物。