Grzyb radiotroficzny
Grzyby radiotroficzne to hipotetyczne grzyby , które mogą przeprowadzać hipotetyczny proces biologiczny zwany radiosyntezą , co oznacza wykorzystywanie promieniowania jonizującego jako źródła energii do napędzania metabolizmu. Twierdzono, że radiotroficzne grzyby zostały znalezione w ekstremalnych środowiskach, takich jak elektrownia jądrowa w Czarnobylu .
Większość rzekomych grzybów radiotroficznych rzekomo wykorzystuje melaninę w pewnym stopniu do przetrwania. Proces wykorzystania promieniowania i melaniny jako źródła energii został nazwany radiosyntezą i uważa się, że jest analogiczny do oddychania beztlenowego . Nie wiadomo jednak, czy procesy wieloetapowe, takie jak fotosynteza lub chemosynteza, są wykorzystywane w radiosyntezie, a nawet czy radiosynteza występuje w organizmach żywych.
Odkrycie
Grzyby radiotroficzne odkryto w 1991 r. rosnące wewnątrz i wokół elektrowni jądrowej w Czarnobylu . W szczególności zauważono, że kolonie w melaninę zaczęły szybko rosnąć w wodach chłodzących reaktorów w elektrowni, powodując ich czernienie. Chociaż istnieje wiele przypadków ekstremofili (organizmów, które mogą żyć w trudnych warunkach, takich jak elektrownia radioaktywna), mikrobiolog Arturo Casadevall uważał, że grzyby te rosły z powodu promieniowania , a nie pomimo niego.
Dalsze badania przeprowadzone w Albert Einstein College of Medicine wykazały, że trzy grzyby zawierające melaninę — Cladosporium sphaerospermum , Wangiella dermatitidis i Cryptococcus neoformans — zwiększały biomasę i akumulowały octan szybciej w środowisku, w którym poziom promieniowania był 500 razy wyższy niż w normalne środowisko. Ekspozycja komórek C. neoformans na to promieniowanie poziomy szybko (w ciągu 20–40 minut ekspozycji) zmieniły właściwości chemiczne jej melaniny i zwiększyły szybkość transferu elektronów za pośrednictwem melaniny (mierzoną jako redukcja żelazicyjanku przez NADH ) trzy do czterech razy w porównaniu z komórkami nienaświetlonymi. Podobny wpływ na melaninę autorzy zaobserwowali po ekspozycji na promieniowanie niejonizujące , co sugeruje, że grzyby melanotyczne mogą również wykorzystywać promieniowanie świetlne lub cieplne do wzrostu.
Rola melaniny
Melaniny to rodzina naturalnie występujących starożytnych pigmentów o właściwościach chroniących przed promieniowaniem, które są na ogół ciemnobrązowe/czarne. Należy zauważyć, że melanina ma wysoką masę cząsteczkową. Pigment ten może przenosić i osłaniać energię, dzięki czemu może pochłaniać promieniowanie elektromagnetyczne , w tym światło. Ta cecha oznacza, że melanina może chronić melanizowane grzyby przed promieniowaniem jonizującym. Transdukcja energii zwiększa również wzrost grzybów, co oznacza, że melanizowane grzyby rosną szybciej. Melanina jest również zaletą dla grzyba, ponieważ pomaga mu przetrwać w wielu różnych, bardziej ekstremalnych i zmieniających się środowiskach. Przykładami takich środowisk są uszkodzony reaktor w Czarnobylu , Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i góry Antarktydy. Melanina może również pomóc grzybowi w metabolizowaniu promieniowania w energię, ale wciąż potrzebne są dalsze dowody i badania.
Porównania z grzybami niemelanizowanymi
Melanizacja może wiązać się z pewnymi kosztami metabolicznymi dla komórek grzybów. W przypadku braku promieniowania niektóre niemelanizowane grzyby (które zostały zmutowane w szlaku melaniny) rosły szybciej niż ich melanizowane odpowiedniki. Ograniczone wchłanianie składników odżywczych z powodu cząsteczek melaniny w ścianie komórkowej grzybów Sugeruje się, że do tego zjawiska przyczyniają się toksyczne związki pośrednie powstające w biosyntezie melaniny. Jest to zgodne z obserwacją, że pomimo zdolności do produkcji melaniny, wiele grzybów nie syntetyzuje melaniny konstytutywnie (tj. cały czas), ale często tylko w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne lub w różnych fazach ich rozwoju. Dokładne procesy biochemiczne w sugerowanej syntezie związków organicznych lub innych metabolitów na bazie melaniny dla wzrostu grzybów, w tym półprodukty chemiczne (takie jak cząsteczki natywnego donora i akceptora elektronów) w komórce grzyba oraz lokalizacja i produkty chemiczne tego procesu są nieznane.
Użyj w lotach kosmicznych ludzi
Wysunięto hipotezę, że grzyby radiotroficzne mogą być potencjalnie wykorzystywane jako tarcza chroniąca przed promieniowaniem , szczególnie w związku z wykorzystaniem astronautów w kosmosie lub innych atmosferach. Eksperyment odbywający się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej od grudnia 2018 r. do stycznia 2019 r. miał na celu sprawdzenie, czy wykorzystanie grzybów radiotroficznych może pomóc w ochronie przed promieniowaniem jonizującym w kosmosie, w ramach prac badawczych poprzedzających ewentualną podróż na Marsa . W tym doświadczeniu wykorzystano radiotroficzny szczep grzybów Cladosporium sphaerospermum . Rozwój tego grzyba i jego zdolność do odbijania skutków promieniowania jonizującego badano przez 30 dni na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej . Ta eksperymentalna próba dała bardzo obiecujące wyniki.
, że ilość odchylonego promieniowania ma bezpośredni związek z ilością grzybów. Nie było różnicy w redukcji promieniowania jonizującego między grupą eksperymentalną i kontrolną w ciągu pierwszych 24 godzin; jednakże, gdy grzyby radiotroficzne osiągnęły odpowiednie dojrzewanie i przy promieniu ochronnym 180°, stwierdzono, że ilości promieniowania jonizującego były znacznie zmniejszone w porównaniu z grupą kontrolną. Z osłoną melanizowanego radiotroficznego Cladosporium sphaerospermum o grubości 1,7 mm pomiary promieniowania pod koniec próby eksperymentalnej były o 2,42% niższe, wykazując pięciokrotnie większą zdolność odbijania promieniowania niż w grupie kontrolnej. W warunkach, w których grzyby całkowicie obejmowałyby jednostkę, poziomy promieniowania zostałyby zmniejszone o szacunkowo 4,34 ± 0,7%. Szacunki wskazują, że warstwa o grubości około 21 cm mogłaby znacząco odchylić roczną ilość promieniowania docierającego do powierzchni Marsa . Ograniczenia w stosowaniu tarczy na bazie grzybów radiotroficznych obejmują zwiększoną masę podczas misji. Jednak jako realny substytut ogólnego zmniejszenia masy w potencjalnych misjach marsjańskich można by użyć mieszaniny równego stężenia molowego marsjańskiej gleby , melaniny i warstwy grzybów o grubości około 9 cm.
