Chernobyl Fungi bilang Shield Against Cosmic Rays para sa Deep-Space Missions 

Noong 1986, ang ika-4 na yunit ng Chernobyl Nuclear Power Plant sa Ukraine (dating Unyong Sobyet) ay dumanas ng matinding sunog at pagsabog ng singaw. Ang hindi pa naganap na aksidente ay naglabas ng higit sa 5% ng radioactive reactor core na binubuo ng higit sa 100 radioactive elements (pangunahin ang iodine-131, caesium-137, at strontium-90) sa kapaligiran. Ang antas ng radiation ay napakataas para mabuhay ang mga anyo ng buhay sa paligid. Ang mga pine tree sa 10 sq km na lugar na nakapalibot sa lugar ng aksidente ay namatay sa loob ng ilang linggo dahil sa pagkakalantad sa nakamamatay na dosis ng radiation. Gayunpaman, ang ilang mga amag at itim na fungi ay hindi lamang nakaligtas sa mapanganib na mataas na antas ng radiation ngunit natagpuang umuunlad sa lugar ng aksidente. Ang mga kasunod na pag-aaral ay naghiwalay ng humigit-kumulang 2000 mga strain ng 200 species ng fungi mula sa site. Napag-alaman na ang fungal hyphae ay lumaki patungo sa pinagmumulan ng ionizing beta at gamma radiation tulad ng paglaki ng mga berdeng halaman patungo sa sikat ng araw. Mas kawili-wili, ang pagkakalantad sa ionizing radiation ay tila pinagana ang melanized fungal cells ng isang pinahusay na paglago na nagpapahiwatig ng pagkuha ng enerhiya ng melanin pigment sa pagkakaroon ng mataas na radiation ng enerhiya (katulad ng pagkuha ng enerhiya ng chlorophyll sa sikat ng araw sa photosynthesis). Noong 2022, ipinakita ng isang eksperimento sakay ng International Space Station (ISS) na ang mga fungi na ito ay nagpakita rin ng mga kakayahan ng radio-resistance at radio-synthesis sa kalawakan. Iminumungkahi nito na ang mga melanised fungi na nabubuhay at umuunlad sa matinding kondisyon ng radiation tulad ng lugar ng aksidente sa Chernobyl ay maaaring gamitin upang protektahan ang deep-space na tirahan ng tao mula sa mga cosmic ray at upang makuha ang enerhiya (mula sa cosmic rays) upang mapahusay ang enerhiya-autonomy ng mga deep-space na misyon tulad ng Artemis patungo sa hinaharap na tirahan ng tao sa Buwan at Mars.  

Ang mga nuclear reactor sa buong mundo ay kadalasang gumagamit ng enriched uranium na naglalaman ng humigit-kumulang 3-5% Uranium-235 bilang fissile material (ang ilang advanced na breeder reactor ay maaari ding gumamit ng Plutonium-239 o Thorium-233). Ang mga pangunahing produkto ng kinokontrol na fission ng Uranium-235 sa mga reactor ay mas magaan na nuclei ng Krypton at Barium, mga libreng neutron at isang malaking halaga ng enerhiya. Ang mga karagdagang radioactive decay ng hindi matatag na lighter fissile fragment (Krypton at Barium nuclei) ay naglalabas ng mga beta particle, gamma ray at iba pang stable na byproduct.  

Aksidente sa Chernobyl (1986) 

Noong 1986, ang pagsabog ng sunog at singaw sa ika-4 na yunit ng Chernobyl Nuclear Power Plant sa Ukraine (noon ay Unyong Sobyet) ay nagresulta sa pagpapakawala ng higit sa 5% ng radioactive reactor core sa kapaligiran. Ang hindi pa naganap na aksidente ay naglabas ng higit sa 100 radioactive na elemento sa kapaligiran, ang pangunahing ay yodo-131, caesium-137, at strontium-90. Ang huli na dalawa (viz. caesium-137 at strontium-90) ay naroroon pa rin sa malaking halaga sa lokal na kapaligiran dahil mas matagal ang kalahating buhay nila na humigit-kumulang 30 taon. Ang dalawang isotopes na ito ay pangunahing responsable para sa Exclusion Zone bilang ang pinaka-radioactive na kontaminadong lugar sa Earth.  

Ang ilang mga lugar sa Exclusion Zone malapit sa site ay may napakataas na antas ng radiation. Ang nasirang gusali ng reaktor ay may antas ng radiation na higit sa 20,000 roentgens kada oras (para sa paghahambing, humigit-kumulang 500 roentgens sa loob ng limang oras ang nakamamatay na dosis ng radiation, na mas mababa sa 1% ng radiation malapit sa nasirang reactor site).   

Ang antas ng radiation sa 10 sq km na lugar na nakapalibot sa Chernobyl Plant sa loob ng Exclusion Zone (tinatawag na Red Forest) ay napakataas kaya libu-libong pine tree ang namatay sa loob ng ilang linggo pagkatapos malantad sa humigit-kumulang. 60-100 Grays (Gy) ng radiation. Ang radiation dose na ito ay nakamamatay sa mga pine tree sa lugar na naging kalawangin-pula at namatay. Kahit ngayon, ang gamma ray ay tumataas sa humigit-kumulang 17 millirem/hour (mga 170 µSv/h) sa ilang lugar sa Red Forest. Ang gamma ray ay napakataas na radiation ng enerhiya. Ang mga ito ay tumagos nang malalim at nagpapatalsik ng mga electron mula sa mga atomo at molekula at bumubuo ng mga ion at libreng radical na nagdudulot ng hindi na mapananauli na mga pinsala sa mga selula at tisyu kabilang ang mahahalagang biomolecules tulad ng DNA at mga enzyme. Ang pagkakalantad sa napakataas na dosis ng gamma ray ay nagreresulta sa pagkamatay ng mga buhay na organismo tulad ng nangyari sa mga pine tree sa paligid ng lugar ng aksidente sa Chernobyl. Pero hindi palagi!  

Ang ilang fungi ay hindi lamang nakaligtas ngunit umunlad sa high-radiation na lugar ng aksidente sa Chernobyl  

Habang ang mga pine tree sa 10 sq km na lugar na nakapalibot sa lugar ng aksidente ay namatay sa loob ng mga linggo dahil sa pagkakalantad sa napakataas na antas ng radiation, ilang mga itim na fungi, partikular na. Cladosporium sphaerospermum at Alternaria alternata ay naobserbahang lumalaki sa paligid ng nasirang 4th unit ilang taon pagkatapos ng aksidente kahit na ang radiation level ay/ay nakamamatay pa rin. Ito ay isang sorpresa. Noong 2004, ang iba't ibang mga pag-aaral ay nagbukod ng humigit-kumulang 2000 mga strain ng 200 species ng fungi mula sa lugar ng aksidente.  

Kapansin-pansin, napag-alaman na ang fungal hyphae ay lumaki patungo sa pinagmumulan ng ionizing radiation (tulad ng paglaki ng mga halaman patungo sa sikat ng araw na nagpapakita ng phototropism). Sa pagsukat ng fungal response sa ionizing radiation, ipinakita ng mga mananaliksik na ang beta at gamma radiation ay nagtataguyod ng direksyong paglaki ng hyphae patungo sa pinagmulan.  

Dahil ang melanized microbial species ay mas karaniwan sa kalikasan, naisip na ang melanin pigment ay may papel sa kahanga-hangang kakayahan ng ilang fungi na mabuhay at umunlad sa mga lupang kontaminado ng fissile fragment (radionuclides). Nalaman ng isang eksperimento na inilathala noong 2007 na ito nga ang nangyari. Exposure ng melanin sa ionizing radiation ay ang susi. Binago ng ionizing radiation ang mga elektronikong katangian ng melanin pigment na nagbibigay-daan sa melanized fungal cells ng pinahusay na paglaki kasunod ng pagkakalantad sa ionizing radiation. Ang ipinahiwatig na melanin ay may papel sa pagkuha ng enerhiya (radiosynthesis), katulad ng kung ano ang mayroon ang chlorophyll sa photosynthesis. Nangangahulugan din ito ng posibilidad ng paggamit ng mga fungi na ito sa paglilinis ng kontaminasyon ng radionuclides.   

Deep-space Mga misyon at tirahan ng tao  

Sa katagalan, lahat ng planetaryong sibilisasyon ay nagpapatakbo ng mga umiiral na banta mula sa mga epekto mula sa kalawakan kaya't kinakailangan para sa mga tao na maging isang multi-planeta species. Ang mga misyon ng tao sa kalawakan ay naisip para sa pagtatayo ng mga tirahan ng tao sa kabila ng lupa. Ang Artemis Moon Mission ay isang simula sa direksyong ito na naglalayong lumikha ng pangmatagalang presensya ng tao sa at sa paligid ng Buwan bilang paghahanda para sa mga misyon at tirahan ng tao sa Mars.   

Isa sa mga pinakamalaking hamon bago ang malalim na espasyo ng mga misyon ng tao ay dulot ng patuloy na pagkilos ng makapangyarihang cosmic ray na lumaganap saanman sa kalawakan. Pinoprotektahan tayo ng magnetic field ng Earth mula sa mga cosmic ray sa mundo, ngunit ito ang pinakamalaking panganib sa kalusugan para sa mga misyon ng tao sa kalawakan. Samakatuwid, ang mga misyon sa malalim na espasyo ay nangangailangan ng mga proteksiyon na kalasag mula sa mga sinag ng kosmiko. Sa kabilang banda, ang cosmic radiation ay maaari ding maging walang limitasyong pinagmumulan ng enerhiya at mapahusay ang enerhiya-autonomy ng mas mahabang deep-space mission kung mayroong angkop na teknolohiya upang magamit ang mga ito. 

Ang mga fungi na umuunlad sa high-radiation Chernobyl site ay maaaring mag-alok ng solusyon sa mga hamon na dulot ng cosmic radiation sa deep-space na mga misyon at tirahan ng tao  

Tulad ng tinalakay sa itaas, ang ilang mga melanised fungi ay natagpuang tumutubo sa high-radiation contamination site ng nasirang Chernobyl Nuclear Power Plant at iba pang high-radiation na kapaligiran sa Earth. Tila, ang mga pigment ng melanin sa mga fungi na ito ay gumagamit ng mataas na enerhiya na radiation upang makabuo ng kemikal na enerhiya (tulad ng paraan ng paggamit ng chlorophyl sa mga berdeng halaman sa sinag ng araw sa photosynthesis). Kaya, ang Chernobyl fungi ay maaaring magkaroon ng potensyal na kumilos bilang proteksiyon na kalasag laban sa mataas na enerhiya na cosmic ray (radio-resistance) gayundin bilang producer ng enerhiya (radiosynthesis) sa mga deep-space na misyon kung ang kanilang mga kakayahan ay umaabot sa mga cosmic ray sa kalawakan. Sinubukan ito ng mga mananaliksik sa kalawakan.  

Ang halamang-singaw Cladosporium sphaerospermum ay nilinang sakay ng International Space Station (ISS) upang pag-aralan ang paglaki nito at kakayahang sumipsip at magbasa-basa ng mga ionizing cosmic ray sa loob ng 26 na araw sa isang kondisyon na ginagaya ang tirahan sa ibabaw ng Mars. Ang resulta ay nagpakita ng cosmic radiation attenuation dahil sa fungal biomass at isang growth advantage sa espasyo na nagmumungkahi na ang mga kakayahan na ipinapakita ng ilang fungi sa Chernobyl accident site ay extendable sa cosmic rays sa kalawakan.  

Ito ay masyadong maaga upang sabihin ngunit maaaring posible sa hinaharap na dalhin ang mga fungi na ito sa Monn at Mars kung saan sa tulong ng angkop na imprastraktura ang mga fungi na ito ay magiging functional bilang producer ng enerhiya ng kemikal.  

*** 

Sanggunian:  

1. Zhdanova NN, et al 2004. Ang ionizing radiation ay umaakit ng mga fungi sa lupa. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Dadachova E., et al 2007. Binabago ng Ionizing Radiation ang Electronic Properties ng Melanin at Pinapahusay ang Paglago ng Melanized Fungi. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Dighton J., Tugay T., at Zhdanova N., 2008. Fungi at ionizing radiation mula sa radionuclides. FEMS Microbiology Letters, Volume 281, Isyu 2, Abril 2008, Mga Pahina 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Ekaterina D. & Casadevall A., 2008. Ionizing radiation: kung paano nakayanan, nakikibagay, at nagsasamantala ang fungi sa tulong ng melanin. Kasalukuyang Opinyon sa Microbiology. Tomo 11, Isyu 6, Disyembre 2008, Pahina 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Averesch NJH et al 2022. Paglilinang ng Dematiaceous Fungus Cladosporium sphaerospermum Sakay ng International Space Station at Mga Epekto ng Ionizing Radiation. harap. Microbiol., 05 Hulyo 2022. Sec. Extreme Microbiology Volume 13 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Sihver L., 2022. Chernobyl Fungi bilang isang Energy Producer. Available sa https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Tibolla MH, at Fischer J., 2025. Radiotrophic fungi at ang kanilang paggamit bilang bioremediation agent ng mga lugar na apektado ng radiation at bilang protective agent. Pananaliksik, Lipunan at Pag-unlad. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

*** 

Mga kaugnay na artikulo 

• Mass Extinctions sa kasaysayan ng Buhay: Kahalagahan ng NASA's Artemis Moon at Planetary Defense DART Missions (23 Agosto 2022)  

• Artemis Moon Mission: Tungo sa Deep Space Human Habitation (11 Agosto 2022) 

• ….Pale Blue Dot, ang tanging Tahanan na Nakilala Namin (13 Enero 2022) 

***