Ciupercile de la Cernobîl ca scut împotriva razelor cosmice pentru misiunile spațiale 

În 1986, a patra unitate a Centralei Nucleare de la Cernobîl din Ucraina (fosta Uniune Sovietică) a suferit un incendiu masiv și o explozie de abur. Accidentul fără precedent a eliberat în mediu peste 5% din miezul reactorului radioactiv, compus din peste 100 de elemente radioactive (în principal iod-131, cesiu-137 și stronțiu-90). Nivelul de radiații era extrem de ridicat pentru ca formele de viață din vecinătate să supraviețuiască. Pinii dintr-o zonă de 10 km pătrați din jurul locului accidentului au fost uciși în câteva săptămâni din cauza expunerii la doze letale de radiații. Cu toate acestea, anumite mucegaiuri și ciuperci negre nu numai că au supraviețuit nivelului periculos de ridicat de radiații, dar s-a constatat că prosperă la locul accidentului. Studiile ulterioare au izolat aproximativ 2000 de tulpini din 200 de specii de ciuperci de la fața locului. S-a constatat că hifele fungice au crescut spre sursa de radiații beta și gamma ionizante, la fel cum plantele verzi cresc spre lumina soarelui. Mai interesant este faptul că expunerea la radiații ionizante pare să fi permis celulelor fungice melanizate o creștere sporită, indicând captarea energiei de către pigmentul de melanină în prezența radiațiilor de înaltă energie (similară cu captarea energiei de către clorofilă în lumina soarelui în fotosinteză). În 2022, un experiment la bordul Stației Spațiale Internaționale (ISS) a demonstrat că aceste ciuperci au prezentat capacități de radiorezistență și radiosinteză și în spațiu. Acest lucru sugerează că ciupercile melanizate care supraviețuiesc și prosperă în condiții extreme de radiații, cum ar fi locul accidentului de la Cernobîl, pot fi utilizate pentru a proteja locuințele umane din spațiul cosmic de razele cosmice și pentru a capta energie (din razele cosmice) pentru a spori autonomia energetică a misiunilor spațiale precum Artemis către viitoarele locuințe umane de pe Lună și Marte.  

Reactoarele nucleare din întreaga lume utilizează în mare parte uraniu îmbogățit, care conține aproximativ 3-5% uraniu-235 ca material fisil (unele reactoare surgeneratoare avansate pot utiliza și plutoniu-239 sau toriu-233). Produșii primari ai fisiunii controlate a uraniului-235 în reactoare sunt nuclee mai ușoare de kripton și bariu, neutroni liberi și o cantitate mare de energie. Dezintegrarile radioactive ulterioare ale fragmentelor fisile mai ușoare instabile (nuclee de kripton și bariu) eliberează particule beta, raze gamma și alte produse secundare stabile.  

Accidentul de la Cernobîl (1986) 

În 1986, incendiul și explozia cu abur de la a 4-a unitate a Centralei Nucleare de la Cernobîl din Ucraina (pe atunci Uniunea Sovietică) au dus la eliberarea în mediu a peste 5% din miezul reactorului radioactiv. Accidentul fără precedent a eliberat în mediu peste 100 de elemente radioactive, principalele fiind iodul-131, cesiul-137 și stronțiul-90. Ultimele două (cesiul-137 și stronțiul-90) sunt încă prezente în cantități semnificative în mediul local, deoarece au timpi de înjumătățire mai lungi, de aproximativ 30 de ani. Acești doi izotopi sunt principalii responsabili pentru faptul că Zona de Excludere este cea mai contaminată zona de pe Pământ.  

Unele locuri din Zona de Excludere din apropierea amplasamentului au niveluri extrem de ridicate de radiații. Clădirea reactorului distrusă are un nivel de radiații de peste 20,000 de roentgeni pe oră (pentru comparație, aproximativ 500 de roentgeni pe parcursul a cinci ore reprezintă doza letală de radiații, care reprezintă mai puțin de 1% din radiațiile din apropierea amplasamentului reactorului distrus).   

Nivelul de radiații în zona de 10 km pătrați din jurul centralei nucleare de la Cernobîl, în Zona de Excludere (numită Pădurea Roșie), a fost atât de ridicat încât mii de pini au murit în câteva săptămâni după ce au fost expuși la aproximativ 60-100 de Gray (Gy) de radiații. Această doză de radiații a fost letală pentru pinii din zonă, care s-au colorat în roșu-ruginiu și au murit. Chiar și astăzi, razele gamma ating un vârf de aproximativ 17 milirem/oră (aproximativ 170 µSv/h) în unele locuri din Pădurea Roșie. Razele gamma sunt radiații de foarte mare energie. Acestea pătrund în profunzime și elimină electroni din atomi și molecule, formând ioni și radicali liberi care provoacă daune ireparabile celulelor și țesuturilor, inclusiv biomoleculelor vitale precum ADN-ul și enzimele. Expunerea la doze foarte mari de raze gamma duce la moartea organismelor vii, așa cum s-a întâmplat cu pinii din jurul locului accidentului de la Cernobîl. Dar nu întotdeauna!  

Anumite ciuperci nu numai că au supraviețuit, dar au prosperat în locul accidentului de la Cernobîl, cu radiații ridicate  

În timp ce pinii dintr-o zonă de 10 km pătrați din jurul locului accidentului au fost uciși în câteva săptămâni din cauza expunerii la un nivel extrem de ridicat de radiații, anumite ciuperci negre, în special Cladosporium sphaerospermum și Alternaria alternata s-a observat că se dezvoltă în vecinătatea celei de-a patra unități avariate la câțiva ani după accident, chiar dacă nivelul de radiații era/este încă letal. Aceasta a fost o surpriză. Până în 2004, diverse studii au izolat aproximativ 2000 de tulpini din 200 de specii de ciuperci de la locul accidentului.  

Interesant este că s-a constatat că hifele fungice au crescut spre sursa radiațiilor ionizante (exact așa cum plantele cresc spre lumina soarelui, demonstrând fototropism). În urma măsurării răspunsului fungic la radiațiile ionizante, cercetătorii au arătat că atât radiațiile beta, cât și cele gamma promovează creșterea direcțională a hifelor spre sursă.  

Deoarece speciile microbiene melanizate sunt mai frecvente în natură, s-a crezut că pigmentul de melanină are un rol în această capacitate remarcabilă a unor ciuperci de a supraviețui și de a prospera în solurile contaminate cu fragmente fisile (radionuclizi). Un experiment publicat în 2007 a constatat că acesta era într-adevăr cazul. Expunerea melaninei la radiații ionizante este esențială. Radiațiile ionizante au modificat proprietățile electronice ale pigmenților de melanină, permițând celulelor fungice melanizate o creștere sporită în urma expunerii la radiații ionizante. Acest lucru a indicat că melanina are un rol în captarea energiei (radiosinteză), similar cu cel al clorofilei în fotosinteză. Aceasta a însemnat, de asemenea, posibilitatea utilizării acestor ciuperci în curățarea contaminării cu radionuclizi.   

Misiuni și locuințe umane în spațiul cosmic profund  

Pe termen lung, toate civilizațiile planetare se confruntă cu amenințări existențiale din cauza impacturilor din spațiu, de unde și imperativul ca oamenii să devină o specie multiplanetă. Misiunile umane în spațiul cosmic sunt prevăzute pentru a stabili așezări umane dincolo de Pământ. Misiunea Artemis pe Lună este un început în această direcție, care își propune să creeze o prezență umană pe termen lung pe și în jurul Lunii, în pregătirea misiunilor umane și a așezărilor pe Marte.   

Una dintre cele mai mari provocări dinaintea misiunilor spațiale umane este reprezentată de fluxul constant de raze cosmice puternice care pătrund peste tot în spațiu. Câmpul magnetic al Pământului ne protejează de razele cosmice de pe Pământ, dar reprezintă cel mai mare risc pentru sănătatea misiunilor spațiale umane. Prin urmare, misiunile spațiale umane necesită scuturi protectoare împotriva razelor cosmice. Pe de altă parte, radiațiile cosmice ar putea fi, de asemenea, o sursă nelimitată de energie și ar putea spori autonomia energetică a misiunilor spațiale mai lungi, dacă ar exista o tehnologie adecvată pentru a le valorifica. 

Ciupercile care prosperă în situl de la Cernobîl cu radiații ridicate ar putea oferi o soluție la provocările reprezentate de radiațiile cosmice pentru misiunile și locuințele umane în spațiul cosmic îndepărtat  

Așa cum s-a discutat mai sus, anumite ciuperci melanizate cresc în locul cu radiații ridicate al Centralei Nucleare de la Cernobîl, afectată de avarie, și în alte medii cu radiații ridicate de pe Pământ. Se pare că pigmenții de melanină din aceste ciuperci utilizează radiațiile de înaltă energie pentru a genera energie chimică (exact așa cum clorofila din plantele verzi folosește razele soarelui în fotosinteză). Astfel, ciupercile de la Cernobîl ar putea avea potențialul de a acționa atât ca scut protector împotriva razelor cosmice de înaltă energie (radiorezistență), cât și ca producători de energie (radiosinteză) în misiunile spațiale, dacă capacitățile lor se extind la razele cosmice din spațiu. Cercetătorii au testat acest lucru în spațiu.  

Ciuperca Cladosporium sphaerospermum a fost cultivată la bordul Stației Spațiale Internaționale (ISS) pentru a studia creșterea și capacitatea sa de a absorbi și amortiza razele cosmice ionizante pe o perioadă de 26 de zile, într-o condiție care imită locuirea pe suprafața planetei Marte. Rezultatul a arătat o atenuare a radiațiilor cosmice datorată biomasei fungice și un avantaj de creștere în spațiu, sugerând că capacitățile demonstrate de anumite ciuperci la locul accidentului de la Cernobîl pot fi extinse la razele cosmice din spațiu.  

Este prea devreme pentru a spune acest lucru, dar ar putea fi posibil în viitor transportul acestor ciuperci pe Lună și Marte, unde, cu ajutorul unei infrastructuri adecvate, aceste ciuperci ar deveni funcționale ca producători de energie chimică.  

*** 

Referinte:  

1. Jdanova NN, et al 2004. Radiațiile ionizante atrag ciupercile din sol. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Dadachova E., et al 2007. Radiațiile ionizante modifică proprietățile electronice ale melaninei și amplifică creșterea ciupercilor melanizate. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Dighton J., Tugay T. și Zhdanova N., 2008. Ciuperci și radiații ionizante provenite de la radionuclizi. FEMS Microbiology Letters, Volumul 281, Numărul 2, aprilie 2008, paginile 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Ekaterina D. și Casadevall A., 2008. Radiațiile ionizante: cum se descurcă, se adaptează și exploatează ciupercile cu ajutorul melaninei. Current Opinion in Microbiology. Volumul 11, Numărul 6, decembrie 2008, paginile 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Averesch NJH et al 2022. Cultivarea ciupercii dematiacee Cladosporium sphaerospermum La bordul Stației Spațiale Internaționale și efectele radiațiilor ionizante. Front. Microbiol., 05 iulie 2022. Sec. Microbiologie Extremă Volumul 13 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Sihver L., 2022. Ciupercile de la Cernobîl ca producători de energie. Disponibil la https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Tibolla MH și Fischer J., 2025. Ciuperci radiotrofe și utilizarea lor ca agenți de bioremediere a zonelor afectate de radiații și ca agenți de protecție. Cercetare, Societate și Dezvoltare. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

*** 

Articole pe aceeași temă 

• Extincții în masă în istoria vieții: semnificația lunii Artemis și a misiunilor DART de apărare planetară ale NASA (23 august 2022)  

• Misiune Artemis Moon: Către locuința umană în spațiul adânc (11 august 2022) 

• ….Pale Blue Dot, singura casă pe care am cunoscut-o vreodată (13 ianuarie 2022) 

***