Радиосинтез

Радиосинтез — это теоретический захват и метаболизм живыми организмами энергии ионизирующего излучения по аналогии с фотосинтезом. Подобно фотосинтезу, в котором используется энергия видимого света, вырабатывается химическая энергия. Однако, доказательства радиосинтеза еще не предоставлены.

ИсторияПравить

Впервые этот процесс был описан теоретически в 1956 году в публикации советского микробиолога Сергея Ивановича Кузнецова (1900—1987).[1] После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году на на стенах реакторного зала и в окружающей почвe было обнаружено более 200 видов грибов[2], содержащих пигмент меланин. Меланины — пигменты, способные поглощать ионизирующее излучение. Дальнейшие испытания на одном виде показали, что они чаще растут в зависимости от облучения, то есть что они являются радиотрофными грибами.[3][4] Также можно было показать важность меланина для радиотрофного эффекта.

Такие «Меланизированные» грибы также были обнаружены в бедных питательными веществами высокогорных районах, подверженных высоким уровням ультрафиолетового излучения. После российских результатов, американская команда в колледже Альберта Эйнштейна медицины из университета Ешива в Нью-Йорке началa экспериментировать с радиационным воздействием меланина и меланизированныx грибов. Они обнаружили, что ионизирующее излучение увеличивает способность меланина поддерживать важную метаболическую реакцию, и что грибы Cryptococcus neoformans росли в три раза быстрее, чем обычно. Микробиолог Екатерина Дадачева предположила, что такие грибы могут служить пищей и источником радиационной защиты для межпланетных космонавтов, которые будут подвергаться воздействию космических лучей. В 2014 году американская исследовательская группа получила патент на метод усиления роста микроорганизмов за счет увеличения содержания меланина. Изобретатели этого процесса утверждали, что их грибы применяют радиосинтез, и выдвинули гипотезу, что радиосинтез, возможно, сыграл роль в ранней жизни на Земле, позволив меланизированным грибам действовать как автотрофы. С октября 2018 года по март 2019 года НАСА провело эксперимент на борту Международной космической станции по изучению радиотрофных грибов как потенциального радиационного барьера для вредного излучения в космосе. Радиотрофные грибы также имеют множество возможных применений на Земле, потенциально включая метод утилизации ядерных отходов или использование в качестве высокогорного биотоплива или источника питания.

Значение теорииПравить

Способность меланизированных грибов использовать электромагнитное излучение для физиологических процессов имеет огромное значение для изучения потоков биологической энергии в биосфере и для экзобиологии, поскольку она обеспечивает новые механизмы выживания во внеземных условиях.

Трансдукция энергииПравить

У грибов, таких как Cryptococcus neoformans, которые вызывают серьезные инфекции у пациентов со СПИДом, на мембранах есть слои меланина. Меланин богат радикалами — молекулярными участками с высокореактивными неспаренными электронами — которые могут помочь отражать атаки иммунной системы любого организма, который гриб пытается заразить. Меланизированные грибы мигрируют к радиоактивным источникам, которые, по-видимому, усиливают их рост. Oхлаждающая вода в некоторых работающих ядерных реакторах становится черной из-за колоний богатых меланином грибов.[5] Это явление, в сочетании с известной способностью меланина поглощать широкий спектр электромагнитного излучения и преобразовывать это излучение в другие формы энергии, повышает вероятность того, что меланин также участвует в сборе такой энергии для биологического использования. Радиотрофные грибы используют пигмент меланин для преобразования гамма-излучения в химическую энергию для роста. Этот предложенный механизм может быть похож на анаболические пути синтеза восстановленного органического углерода (например, углеводов) в фототрофных организмах, которые преобразуют фотоны из видимого света с помощью пигментов, таких как хлорофилл , энергия которого затем используется при фотолизе воды для образования полезной химической энергии (как АТФ) при фотофосфорилировании или фотосинтезе. Однако неизвестно, используют ли меланин-содержащие грибы такой же многоступенчатый путь, как фотосинтез, или некоторые пути хемосинтеза.

Эти грибы, по-видимому, используют как изменения в химической структуре меланина, так и явления парамагнетизма[6], а также характеристики химического состава мелатонина и его пространственное расположение[7].

В одном эксперименте исследователи обнаружили, что гамма-лучи вызывают четырехкратное увеличение способности меланина катализировать окислительно-восстановительную реакцию, типичную для клеточного метаболизма.

Они также проверили реакцию меланина на гамма-лучи с помощью электронного спинового резонанса, метода, аналогичного спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Гамма-лучи изменили распределение неспаренных электронов в молекуле.

Эти результаты предполагают, что гамма-лучи переводят некоторые электроны меланина в возбужденное состояние, инициируя пока неизвестный процесс, который в конечном итоге приведет к образованию химической энергии; это может быть похоже на то, как фотосинтез снабжает растения энергией. Исследователи предполагают, что меланин может собирать энергию не только от гамма-лучей, но и от излучения с более низкой энергией, такого как рентгеновские лучи или ультрафиолетовые лучи. «Я думаю, что это только верхушка айсберга», — говорит микробиолог Артуро Касадеваль из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке.[5] В то время как некоторые особенности того, как работает связанная с меланином трансдукция энергии, можно определить, связав различные наблюдения и косвенные данные, конкретные детали пока еще изучены плохо.

ПримечанияПравить

  1. Kuznetsov, S. I. (March 1, 1956). “On the Question of Possibility of "Radiosynthesis"”. Mikrobiologiya [рус.]. OSTI 4367507. Кузнецов, С. И. (1 марта 1956 г.). «К вопросу о возможности» радиосинтеза " ". Микробиология. ОСТИ 4367507
  2. Н. Н. Жданова, Т. Тугай, Дж. Дайтон, В. Желтоножский, П. МакДермотт: Ионизирующая радиация привлекает почвенные грибы. В кн . : Микологические исследования. Том 108, Pt 9 сентября 2004, стр 1089—1096,. Дои : 10,1017 / s0953756204000966 , PMID 15506020
  3. Э. Дадачева, Р. А. Брайан, Х. Хуанг, Т. Моадель, А. Д. Швейцер, П. Айзен, Дж. Д. Носанчук, А. Касадеваль: Ионизирующее излучение изменяет электронные свойства меланина и усиливает рост меланизированных грибов. В: PLOS ONE . Том 2, номер 5, май 2007 г., стр. E457, doi : 10.1371 / journal.pone.0000457 , PMID 17520016 , PMC 1866175 (полный текст).
  4. Zapped By Radiation, Fungi Flourish, Science (23 мая 2007). Дата обращения 2 ноября 2017.
  5. 1 2 Castelvecchi, Davide (May 26, 2007). «|Dark Power: Pigment seems to put radiation to good use». Science News. Vol. 171 no. 21. p. 325. Archived from the original on 2008-04-24.
  6. Хаджо, А., Брайан, Р. А., Фридман, М., Бургер, Р. М., Левицкий, Ю., Касадеваль, А., Дадачева, Е. (2011). Защита меланизированных Cryptococcus neoformans от смертельной дозы гамма-излучения включает изменения в химической структуре меланина и парамагнетизме. PLoS ONE, 6 (9), e25092
  7. Дадачева, Э., Брайан, Р. А., Хауэлл, Р. С., Швейцер, А. Д., Айзен, П., Носанчук, Д. Д., и Касадеваль, А. (2008). Радиозащитные свойства меланина грибов зависят от его химического состава, наличия стабильных радикалов и пространственного расположения. Исследование пигментных клеток и меланомы, 21, 192—199

См. такжеПравить