Радиация, как известно, обычно не особенно благотворно влияет на живые организмы. Однако бывают и исключения. В некоторых случаях радиация не только не наносит вреда живым существам, но и оказывается для них полезной.
Хорошо известный пример - "чёрная плесень". Не Aspergillus niger - собственно "чёрная плесень", известный опасный грибок, а именно плесень, но чёрного цвета, растущая в Чернобыле. По непонятной причине этому грибку вдруг очень понравилась радиация как таковая. Точно не ясно до сих пор, почему. Но под жёстким излучением он растёт в примерно в пятьсот раз активнее (в 500!).
Установлено, что накапливающийся в его тканях меланин перехватывает гамма-излучение. Но вот зачем он это делает - до сих пор неясно. Вроде бы гриб не переходит в режим "растения", то есть не становится автотрофом. Но нет никакого сомнения, что каким-то образом он энергию радиации утилизирует себе во благо.
Радиотрофная жизнь?
Следует учесть, что вообще-то жёсткое излучение, если к нему приспособиться, использовать в биологических целях может оказаться даже выгоднее, нежели видимый свет: один пойманный квант гамма-излучения эквивалентен перехвату множества квантов видимого света. Разумеется, если для этого выработаны биологические механизмы. Так что представить себе существование живых существ, даже целых экосистем, "питающихся" жёсткой радиацией, совсем не трудно.
Разумеется, в основе такой радиотрофной экосистемы должен быть аналог растений - какие-то автотрофы, которые с помощью радиации фиксируют углекислоту из внешней среды - и, вероятно, выделяют кислород.
Развитие именно такой жизни было бы вполне естественным, если бы у нас во внешней среде исходно было много жёсткого излучения (и меньше света), однако гамма-лучи космического происхождения довольно легко гасятся земной атмосферой. Даже той, которая была изначально - без озона. То есть само по себе это - существование на Земле живых организмов, неравнодушных к излучению - странновато.
Радиоактивные монстры глубин
Однако и чернобыльская чёрная плесень - не единственный, скажем так, организм, любящий странные вещи. Известны, в частности, крупнейшие в мире простейшие - ксенофиофоры.
Эти поразительные существа обитают в глубинах морей. Огромные, до 20 сантиметров (а возможно и больше), одноклеточные со скелетом, который они делают из подручных средств - песчинок, раковин и т.п.
Правда, это плазмодий, то есть не классическая клетка с единственным ядром, а нечто более крупное, с большим количеством ядер и относительно сложной структурой, но на отдельные клетки при том не расчленённое. Однако всё равно ксенофиофоры относятся к простейшим - считаются разновидностью фораминифер.
Обитают ксенофиофоры на большой глубине, питаются плавающей в море органикой - той, которая оседает на дно с поверхности и из водяной толщи. До дна, понятно, доходит мало что, но что-то всё же доходит... Обнаружены они и в Марианской впадине - и вообще, похоже, играют большую роль в экосистемах океанского дна. Судя по скудности пищи и при том огромному размеру этих простейших, живут они воистину долго - вероятно, тысячелетиями.
Самое главное, что сами по себе ксенофиофоры существа не особенно "продвинутые". Они не умеют фильтровать воду: поглощают только то, что непосредственно под действием гравитации и течений выпадает на их поверхность.
Притом эта ветвь жизни очень древняя, отделилась от других видов живых существ она никак не менее, чем 1.8 млрд лет назад. Тогда и не было обычной многоклеточной жизни ещё.
Так вот у ксенофиофор есть странная особенность: они накапливают в себе значительное количество тяжёлых металлов. Ну вот просто нравятся они им: ртуть, свинец, стронций, барий... Рациональной потребности в этом у них не просматривается. А также они любят уран. И - торий. И радий...
Что весьма странно, если подумать. Потому что тяжелые металлы для жизни классического типа весьма токсичны. К ним можно, конечно, приспособиться, но это требует серьёзных "усилий" естественного отбора. Про радионуклиды - и говорить нечего.
Зачем эволюции это было надо?
Ну да, возникает идея, что, может быть, уран ксенофиофоры накапливали не просто так, а для чего-нибудь... Радиоактивность некоторых ксенофиофор в 2 тысячи раз превосходит фоновую, это уже вполне опасный для человека уровень. И понятно, почему они стали именно плазмодиями со множеством ядер в одной "клетке": при таком числе копий носителей генетической информации повреждения от радиации не страшны...
Почему сейчас радиотрофное питание невозможно
Но дело в том, что само по себе это - накопление радионуклидов - совершенно бессмысленно. Современный уран состоит из двух основных изотопов очень длительного периода полураспада. У урана-238 он составляет 4,5 млрд лет, у урана-235 - около 700 млн. В качестве примеси может присутствовать присутствовать также уран-234 с периодом полураспада 245 тысяч лет, но его уж очень мало.
Распад урана идёт слишком медленно. Поэтому он и отдалённо не сравнится по энергетике с усвоением солнечного света - даже на больших глубинах в море. Само по себе накопление урана не имеет смысла.
В своё время, правда, урана-235 было больше. Существовали даже природные атомные реакторы. В то время природный уран соответствовал нашему обогащённому. В частности, известен древний природный реактор в Окло - вернее, целый регион, где было значительное количество таких реакторов - причём, что характерно, как раз примерно 1.8 млрд лет назад, когда ксенофиофоры обособились от других эволюционных линий.
В то время концентрация в уране изотопа 235 составляла около 3% (а не 0.7%, как сейчас). Вполне понятно, что ещё раньше, когда эта доля была ещё выше, возможностей для формирования подобных регионов с естественным очень высоким радиационным фоном было ещё больше (но, похоже, основная их часть - на океанском дне).
То есть прежде ситуация была другая: в зонах действия природных атомных реакторов наверняка существовало большое количество организмов вроде нашей черной плесени, которые каким-то образом улавливали и использовали излучение. Собственно, в то время, когда ещё и фотосинтез классического типа не особенно развился, радиотрофность была вполне сравнима с ним по эффективности.
Живые "изотопные батарейки" - или "живые реакторы"?
Если вернуться конкретно к ксенофиофорам, то не совсем ясно, зачем организму самому накапливать уран. Зачем накапливать тяжёлые металлы - понятно: они эффективно поглощают радиацию, и это даёт возможность "перегнать" её энергию в какой-то полезный продукт.
Уран накапливается именно в качестве одного из тяжёлых металлов? Может быть, но это маловероятно. Сложностей накопление радионуклидов вызывает много, энергии даёт "не фонтан". Перехватывать излучение природных реакторов - другое дело, но для этого достаточно свинца и ртути.
Трудно отделаться от мысли, что предки современных гигантских простейших не просто использовали энергию радиации, но и формировали что-то вроде живого ядерного реактора. Управляли процессом атомного распада.
Напомню, что атомная энергия может использоваться двумя способами. Можно просто ждать, пока атомные ядра распадутся. Одни радионуклиды распадаются быстро, другие медленно. Количество энергии в единицу времени выделяется примерно одинаковое (ну то есть снижается постепенно, конечно, но на геологических промежутках времени), причём повлиять на этот процесс невозможно - как невозможно повлиять на Солнце. Этот способ используется в ИИЭ - изотопных источниках энергии ("радиоизотопных батарейках").
Второй способ - ядерный реактор. Ядра актиноидов (урана и тория) распадаются разными способами. Есть, в частности, спонтанный распад: когда ядро делится на фрагменты сравнимого размера. При этом выделяется и некоторое количество свободных нейтронов. Нейтроны могут провоцировать распад других атомных ядер. В итоге идёт цепная реакция: распад одних ядер провоцирует распад других.
Ну вот в Окло было именно так. И так устроены современные реакторы. Так вот накопление ксенофиофорами урана и других актиноидов имеет очевидный смысл, только если они развиваются где-то в районе такого природного реактора. Фактически они ведь становятся его частью: в мощных нейтронных полях накопленные в их тканях уран и торий тоже начинают распадаться, выделяя энергию. Более того: сам реактор становится эффективнее: "в помощь" ему ксенофиофоры уже накопили - отфильтровали из окружающей среды - дополнительное топливо...
Более того: в принципе, простейшие могли подобный реактор даже сформировать. Конечно, одно существо не накопит достаточно урана для этого, даже если он содержит 3% 235-го изотопа. Но вот крупная их колония, пожалуй, уже могла попробовать...
По мере накопления природного урана большой колонией таких организмов в определённый момент начиналась ядерная реакция, как в современном атомном реакторе на тепловых нейтронах. Начинался инициированный спонтанный распад урана.
Это давало радиационную энергию, которая могла быть использована. Тогда все понятно. Когда колония становилась слишком большой, то частично погибала из-за слишком высокой температуры и слишком мощный радиации. Накопление урана прекращалось, ядерная реакция ослаблялась, колония снова начинала разрастаться...
Первоначально же, до того, как колония достаточно вырастет, организмы питались, как и сейчас, выпадающей на них органикой.
Биологическое обогащение урана?
Проблема в том, что, по мере снижения содержания 235-го изотопа в природном уране, способность к такого рода радиотрофному питанию была потеряна. Постепенно наши простейшие остались без основного источника питания - и сосредоточились на вспомогательном. Вот в этом состоянии мы их видим.
Подобный ход эволюции был вполне возможен. Но, разумеется, это если и было, то очень, очень, очень давно. Но возникает соблазн проверить эти плазмодии на радиотрофность сейчас. Далеко не факт, что возможности к ней не утрачены. Однако внимательнейшим образом изучить этих глубоководных существ на предмет их отношений с радионуклидами однозначно стоило бы. Подкормить их раствором солей обогащённого урана...
Дело в том, что тут уже не просто "чистая наука", но и актуальные технологии.
Нельзя исключать того, что радиотрофные организмы в какой-то степени могли уметь разделять изотопы урана, накапливая 235-й. И, возможно, делают это и сейчас.
Во-первых, уж очень им это выгодно - повышать концентрацию 235-го изотопа. Параллельно шло развитие живого - и снижение концентрации урана-235. Когда оно упало ниже 2%, природные реакторы перестали работать. Но если бы скопления радиотрофных плазмодиев имели более высокую степень обогащения, то обошлись бы и без природных реакторов. Правда, скопления нужны уж очень большие.
Во-вторых, общеизвестно, что живые организмы умеют фильтровать нужные изотопы. В частности, известно, что растения с большей охотой усваивают более лёгкий природный изотоп углерода - 12-й, а , а не 13-й. А ведь по массе они различаются менее чем на 8%! Различия по массе изотопов урана-235 и урана-238 - всего процент с четвертью. Отличие всего в 6 раз*.
В сумме это всё может означать, что реликты древней радиотрофной биосферы могут дать нам новый способ обогащения урана - биологический. Уже одно это оказалось бы чрезвычайно ценным результатом исследований.
Биологическая дезактивация?
Ну и самое главное. Чёрную плесень уже предлагается использовать для защиты марсианских и прочих колонистов от радиации. Но способность ксенофиофор отфильтровывать из окружающей среды радионуклиды - куда более перспективное направление.
Если на основе этих или каких-то геномодифицированных по их образцу организмов удастся создать более эффективные, чем сейчас, методы дезактивации, то это вообще очень много проблем бы решило. Это здорово упростило бы очистку загрязнённых радионуклидами территорий. Чернобыль, Фукусима, Кыштым... Много их!..
Разумеется, хотя именно актиноиды потенциально могут загрязнить местность действительно долгоживущими изотопами - с полураспадом в десятки тысяч лет, основную опасность представляют другие радионуклиды - более короткоживущие (и потому при той же массе дающие более мощное излучение).
Но ведь если некие существа обитали в районах действия природных ядерных реакторов, то они должны были сталкиваться с этими - вторичными - радионуклидами регулярно. И, коль скоро они радиотрофны, именно эти изотопы представляли для них большой интерес. Может быть, их они тоже умеют отфильтровывать?
Метки: #радиотрофность , #радиоактивность , #уран , #обогащение урана , #ксенофиофоры , #чёрная плесень , #чернобыль , #авария на чаэс , #S-теории , #дезактивация
Может, да. Может, нет. Может, умели, но утратили такую способность. Но всё это однозначно требует внимательного изучения - уж больно потенциальный приз велик.
Конечно, исследования простыми не будут. Уж слишком сложно работать с радионуклидами сейчас, довольно много нужно разрешений. Плюс, вполне вероятно, потребуется значительное число этих организмов, а по меньшей мере ксенофиофоры обитают в морях на больших глубинах, не так-то просто создать им подходящие условия. Но, наверное, крупная корпорация профильного направления, типа "Росатома", могла бы и потянуть такие исследования.
Путь в будущее
Дело в том, что создание действительно эффективных методов дезактивации открыло бы путь к использованию радиоизотопных источников энергии не только в космосе. Мы на Земле именно из-за потенциальных проблем с дезактивацией их стараемся не применять.
Теоретическая возможность аварий делает это применение неадекватно дорогим. Можно, наверное, запитать транспортное средство от мощной радиоизотопной батареи. Да хоть от компактного реактора! Но если в ходе серьёзной аварии - а такие в любом случае происходили и, к сожалению, происходить будут - их размажет по сотне метров городской дороги... Что тогда? Вывозить и закапывать весь асфальт? Сносить ближайшие дома?
А радиоизотопные источники во многих случаях воистину незаменимы. В частности, куча всякой фантастической и полуфантастической техники - типа "защитного поля" (на самом деле оно называется "плазменное окно"), экзоскелетов и т.п. - не развивается именно потому, что современных источников энергии, по крайней мере достаточно компактных и мобильных, им хватает лишь на считанные минуты работы.
"Изотопные батарейки" совершенно изменили бы наш мир:
Термоядерные реакторы... пытаются создать уже десятилетия. Пока что речь может идти только о самой простой термоядерной реакции - дейтерий-тритиевой...
Проблема в том, что с энергетической точки зрения она бесполезна - основную часть энергии уносят нейтроны, а их сложно использовать: стенки реакторной установки будут разрушаться очень быстро...
Однако недостаток можно превратить в достоинство! Сверхмощные нейтронные поля термоядерных установок могут ещё более эффективно превращать уран-238 в плутоний-239, чем нейтронные поля ядерных реакторов на быстрых нейтронах. Тогда термоядерной реакции не обязательно будет даже выходить "в плюс": распад урана-238 и получаемых в реакторе изотопов урана и плутония дадут вполне достаточно энергии, чтобы устройство в целом оказалось энергетически рентабельным.
Это, конечно, технологии завтрашнего дня. Но строительство экспериментального гибридного реактора уже началось.
Так вот в гибридных реакторах аналогичным образом можно будет изготовить любые радионуклиды (не только плутоний-239 из урана-238). Фактически их производство станет чем-то вроде аккумуляции термоядерной энергии.
Но сейчас можно на практике использовать только те изотопы, которые не вызывают особых проблем с дезактивацией - тритий, криптон-85, углерод-14... Это тоже хорошо, но при освоении полноценной дезактивации (не просто путём "снимем верхний слой грунта и поглубже закопаем") технологические возможности цивилизации возросли бы радикально.
Сноски:
* Также следует помнить о 234-м изотопе. Уран-234 намного более активен, чем уран-235 и уран-238. И хотя к спонтанному распаду он не способен, в принципе радиационный фон от него идёт довольно значительный. При обогащении природного урана по 235-му изотопу одновременно идёт ещё более значительное обогащение по ещё более лёгкому 234-му. Хотя он в обогащённом уране всё равно остаётся в следовых количествах, но уже весьма сильно влияет на его общую радиоактивность.
То есть, если нам нужно проверить, идёт ли в ксенофиофорах обогащение природного урана, достаточно проверить общую радиоактивность урана, выделенного из их тканей. Это, думается, не особенно сложно.
См. также
