— Кто питается радиацией? — спросил Биореактор.
— Вы там совсем поехали? — озадачился подписчик.
Наверное. Дело в том, что радиация — это процесс, чуждый всему живому. Любой атом существует в динамическом равновесии. Его ядро как бы склеено из элементарных частиц. Клеем выступают явления сильного взаимодействия.
Некоторые элементы проявляют нестабильность. Их атомные ядра настолько массивные, что не могут удержать частицы внутри себя. Они фонтанируют во все стороны, испуская разное излучение. Часть энергии улетает вхолостую с потоком нейтрино. Вопрос в том, как много у нас топлива, и как быстро оно тлеет. Если мало — реакция скоро затухнет. Если уран горит быстро, то вместо медленного пламени над землёй взойдёт атомное солнце.
Так работают наши ядерные реакторы. Когда-то давно, когда основные запасы урана ещё не успели развалиться, на Земле функционировали естественные реакторы.
Когда ионизирующее излучение врезается в живую клетку, там не происходит ничего хорошего. Радиация калечит ДНК, рвёт клеточные мембраны — и вот организм умирает от лучевой болезни.
То есть, в естественном или рукотворном реакторе тепло, но толком невозможно жить. Точнее, никто в здравом уме туда не полезет. Зато полезут экстремофилы!
Эти ребята по своей воле живут там, где жить плохо и больно. Во всяком случае, всем, кроме них. В реакторы очень большой порог вхождения, но там практически нет конкурентов. Зато хватает тепла и света, пусть и невидимого.
Чтобы провернуть такой фокус, организм должен быть максимально примитивным. Чем его ДНК короче и чем быстрее восстанавливается — тем лучше. Типичный пример — Thermococcus gammatolerans из Археев, умирающий при 3000 Гр. Если вам этого мало, то D. radiodurans выдерживает до 10000 Гр. Человек, для сравнения, сдаётся уже на 4-10 Гр. Разница, как говорят, на лицо!
После катастрофы на Чернобыльской АЭС учёные нашли грибы Cryptococcus neoformans, которые попробовали развить радиосинтез. Отлавливая радиацию с помощью меланина, они смогли процветать в губительной среде. Более того — без радиации они растут в три раза медленнее.
Напомним: речь идёт об окружении, где человек моментально остаётся без костного мозга и ростков крови!
И здесь мы подходим к радиосинтезу. По идее, любой автотрофный организм делает органические вещества из неорганических, применяя внешний источник энергии. Например, свет.
Но есть локации, где света не бывает. Например, глубоко под водой. Микробиота чёрных курильщиков живёт в горячей воде, спекулируя на хемосинтезе. Разумеется, "горячая" не значит "кипящая". В областях диффузного просачивания температура воды составляет всего лишь 20-40 градусов по Цельсию, но их вполне хватает на поддержание биохимических реакций.
У света есть недостаток. Его кванты несут меньше энергии, чем радиация и жёсткое излучение. Представьте ситуацию, когда жить на хемосинтезе почему-то нельзя, света не бывает, а вот урана — как добра за баней. Представили?
Скорее всего, пейзаж будет совсем неземным. Планета, способная поддерживать радиосинтез, должна быть молодой, богатой ураном и затенённой.
Для того, чтобы в живом организме загорелась ядерная топка, нужно решить две задачи:
1. Найти уран;
2. Обогатить уран.
В Лос-Аламосе американцы работали над этим много лет, прежде чем устроить вспышку демократии в Хиросиме и Нагасаки. Для этого им пришлось пахать, как проклятым. А вот в биологии выделение изотопов — процесс, не требующий Оппенгеймера.
Растения спокойно разделяют изотопы углерода, не пуская тяжёлый углерод в свой метаболизм. Кто запретил радиотрофам использовать похожий принцип? Тем более, урана в космосе не сказать, чтобы совсем уж мало.
Скорее всего, радиотроф будет выглядеть, как гигантская амёба-упорыш. Он должен состоять из вакуоли с раствором солей урана, которую окружают примитивные органеллы. Об органах чувств и нервной системе "радиоактивному пацану" придётся забыть: добрый уран становится очень злым, когда к нему приближается развитый организм.
Конечно, эти рассуждения проходят в разряд спекулятивной биологии. На Земле мы пока не поймали ни одного настоящего радиотрофа. Но у нас дома кое-кто научился важным вещам: игнорировать радиацию и даже пускать её дурную энергию себе во благо.
— В чём же нюанс? — спросите вы.
Гусары, знающие анекдот про Петьку и Чапаева, молчать! Нюанс в том, что уран-238 полураспадается до свинца за 4,5 млрд лет. Для Урана-235 срок составляет всего лишь за 0,7 млрд лет.
Сколько там годиков земной биосфере? Правильно, от 3,7 до 4,1 миллиардов.
То есть, верхний предел существования радиотрофов ограничен планкой в плюс-минус 4 млрд лет, а наше Солнце будет светить ещё столько же. Не говоря о том, что в состоянии красного, белого и (гипотетически) чёрного карлика оно готово поставлять фотоны едва ли не вечно.
Вот и всё. Принципы биологии не запрещают радиотрофам где-то пожить. Но, как звучало в известной песне, "у них в запасе миг короткий для бурной славы и побед". Земные экосистемы, основанные на солнечном свете, стоят где-то в середине жизненного пути.
Там, где история фототрофов только начинается, путь радиотрофов неумолимо подходит к логическому концу.
Свет вечен, хоть и даёт мало энергии. Ионизирующее излучение наполнено деятельной силой, но быстро заканчивается, особенно по меркам эволюции. Возможно, именно поэтому существование радиотрофов остаётся любопытной гипотезой.
Источники:
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. 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).
Автор: Никита Игнатенко