В зонах повышенной радиации природа иногда демонстрирует неожиданную стойкость. Один из ярких примеров — черный гриб Cladosporium sphaerospermum, обнаруженный в Чернобыльской зоне отчуждения. Этот гриб не только выживает в экстремальных условиях, но и использует радиацию для своего роста. Ученые давно изучают его свойства, и недавние исследования подтверждают потенциал для практического применения в очистке окружающей среды и защите от излучения.
После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году в разрушенном четвертом энергоблоке образовалась среда с высоким уровнем радиации. Там, где другие организмы погибли бы, появились колонии черных грибов. Cladosporium sphaerospermum был выделен среди них в 1991 году российскими микологами под руководством Елены Ждановой. Эти грибы покрыли стены реактора слоем, напоминающим сажу, и продолжали размножаться, несмотря на дозы излучения, в тысячи раз превышающие норму. Исследования, проведенные в Albert Einstein College of Medicine, показали, что такие грибы накапливают биомассу и метаболиты быстрее в радиационной среде — в 500 раз интенсивнее обычной. Колонии Cladosporium sphaerospermum росли прямо на радиоактивных поверхностях, демонстрируя феномен, названный радиотропизмом: гифы гриба направлялись к источникам излучения, игнорируя другие факторы, такие как углерод. Это открытие стало основой для понимания, как жизнь адаптируется к катастрофам.
Ключ к выживанию Cladosporium sphaerospermum — в его пигменте меланине, который делает гриб черным. В отличие от растений, использующих фотосинтез для преобразования света в энергию, этот гриб полагается на радиосинтез. Меланин поглощает ионизирующее излучение — гамма-лучи и бета-частицы — и преобразует его в химическую энергию для метаболизма. Энергия излучения в миллион раз выше, чем у видимого света, но меланин снижает ее до уровня, пригодного для клеточных процессов. Ученые наблюдали за этими грибами в Чернобыле десятилетиями. С 2000-х годов российские и международные команды фиксировали, как меланизированные клетки растут на 10 процентов быстрее под воздействием радиоактивного цезия. В экспериментах 2007–2008 годов, опубликованных в PLoS One, грибы из реактора показали повышенный метаболизм ацетата в радиационной среде, что подтвердило роль меланина как "преобразователя" энергии. Эти наблюдения не только объясняют, почему гриб процветает в Чернобыле, но и открывают путь к биотехнологиям.
Интерес к Cladosporium sphaerospermum вышел за пределы Земли. В декабре 2018 — январе 2019 года образцы этого гриба отправили на Международную космическую станцию (МКС) в рамках эксперимента, подготовленного к миссиям на Марс. NASA и европейские ученые тестировали его как потенциальный щит от космической радиации. Гриб выращивали в петриевых чашках на внешней поверхности станции, где уровень излучения в разы выше земного фона. За 30 дней колонии выросли на 21 процент быстрее, чем в наземных контрольных образцах. Сенсоры под биомассой зафиксировали снижение радиации на 2,42 процента по сравнению с контролем без гриба — это в пять раз эффективнее, чем ожидалось. Слой толщиной 1,7 миллиметра поглощал гамма-лучи, рассеивая их в клеточной структуре. Результаты, опубликованные в bioRxiv в 2022 году, подтвердили: меланин работает как натуральный барьер, а радиосинтез ускоряет рост в вакууме и под галактическим излучением. Это открытие особенно актуально для России, где Росатом и ученые МГУ активно изучают биозащиту для арктических и космических проектов.
Перспективы применения Cladosporium sphaerospermum выходят далеко за рамки фундаментальной науки. В первую очередь, гриб может помочь в очистке радиоактивных зон. Его способность поглощать излучение под биомассой позволяет снижать локальные уровни радиации: под слоем гриба доза падает на несколько процентов, а в комбинации с другими методами — еще больше. В Чернобыле и Фукусиме такие грибы уже тестируют для биоремедиации — естественной нейтрализации загрязнений. Меланин не только защищает сам гриб, но и фиксирует радионуклиды, предотвращая их распространение в почву и воду. Российские биологи, включая Ирину Коновалову из Института микробиологии, отмечают, что это могло бы ускорить реабилитацию зон отчуждения, сделав их безопаснее для экосистем.
В космосе гриб предлагает альтернативу тяжелым свинцовым щитам. Слой толщиной 21 сантиметр мог бы защитить марсианские модули от годовой дозы излучения, весит мало и самовосстанавливается. Для российских космонавтов, участвующих в миссиях на МКС, это значит, что будет легче оборудование и меньше рисков, связанных с радиацией. Кроме того, радиосинтез открывает двери для биоэнергетики: панели с грибами могли бы генерировать энергию из космического излучения, обеспечивая автономность станций. Ученые из PMC предполагают использование в арктических базах или для очистки промышленных стоков от тяжелых металлов, где радиация — не единственная угроза.
Хотя механизм радиосинтеза еще изучается — не все шаги ясны, как в фотосинтезе, — факты говорят о реальном потенциале. Cladosporium sphaerospermum напоминает, что даже в самых суровых условиях природа находит пути к восстановлению. Для России, с ее опытом в ядерных технологиях и космосе, такие открытия — шаг к устойчивому будущему. Дальнейшие исследования, возможно, принесут новые инструменты для защиты планеты.