Понимаю, что текст этот прочтут два человека, но не могу не написать, так как в прошлой публикации о Чернобыле мы подняли тему радиосинтеза. Понимаю, что она не самая понятная, но мне интересна
Началось всё с серии публикаций о чёрном грибе Cladosporium sphaerospermum из-под саркофага ЧАЭС и работе команды Нильса Авереша из Стэнфорда. В публикациях медиа всё довольно мутно, но очень красиво. Однако термин такой не только появился, но и живёт, благодаря работам конкретных учёных. После чего он и разлетелся по страницам и экранам, а потому - требует нормального объяснения
Что такое радиосинтез
Радиосинтезом называют гипотетический (внимание!) процесс, при котором организм с помощью тёмного пигмента меланина улавливает энергию ионизирующего излучения и превращает её в химическую энергию для роста
Это типа третий синтез:
- фотосинтез у растений использует свет и хлорофилл,
- хемосинтез у бактерий - химические реакции,
- радиосинтез у грибов - якобы радиацию и меланин.
Ключевое слово здесь якобы. В научных статьях формулируют намного осторожнее: это предлагаемый механизм использования части энергии излучения меланизированными грибами, а не признанный тип питания
Откуда вообще взялась идея
Стартовая точка - Чернобыль конца 1990-х. Украинская микробиолог Нелли Жданова с коллегами заходит внутрь старого укрытия над четвёртым блоком и вместо стерильного ада видит на стенах и металле чёрные пятна грибницы. В 2000 году они публикуют в Mycological Research описание 37 видов грибов внутри саркофага, среди которых доминирует меланизированный Cladosporium sphaerospermum
Через несколько лет та же группа показывает ещё одну странность: грибы из зоны тянутся к источникам излучения. В лабораторных опытах их рост направлен в сторону радиоактивных объектов, что исследователи называют радиотропизмом - аналогом того, как растения тянутся к свету
Идея грибов, которым нравится радиация крутится в профессиональной среде, но в мейнстрим она выходит после работ радиофармаколога Екатерины Дадачёвой и иммунолога Артуро Касадеваля из США.
В 2007 году выходит их статья Ionizing Radiation Changes the Electronic Properties of Melanin and Enhances the Growth of Melanized Fungi. Учёные облучали меланизированные грибы дозами выше естественного фона и сравнивали их с обесцвеченными
Результат: грибы с меланином под радиацией растут заметно быстрее, чем без неё или чем немеланиновые аналоги, а сам меланин меняет электронные свойства - по сути, становится лучшим электронным проводником и участником окислительно-восстановительных реакций
В 2008-м Дадачёва и Касадеваль публикуют обзор в Current Opinion in Microbiology под говорящим многое заголовком Ionizing radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin. Там они впервые предлагают идею, что меланин может не только защищать клетку, но и участвовать в утилизации энергии радиации, выполняя роль, отдалённо похожую на хлорофилл. Именно в этом контексте и всплывает слово "радиосинтез"
Именно эта пара работ стала причиной разговоров. Это гипотеза, даже не теория. Что из неё вырастет, пока непонятно
Почему о радиосинтезе заговорили снова сейчас
Первая волна хайпа прошла в нулевые, когда медиа бодро переписывали термины radiotrophic fungi и radiosynthesis из статей Дадачёвой
Вторая поднялась в 2020-х, когда Нильс Авереш с коллегами отправили Cladosporium sphaerospermum на Международную космическую станцию
В эксперименте, описанном сначала в препринте 2020 года, а затем в статье 2022 года в Frontiers in Microbiology, гриб выращивали на борту МКС и одновременно мерили радиацию под слоем грибницы и под чистым агаром
Выяснилось, что под грибом поток частиц чуть ниже, а сам Cladosporium на орбите растёт примерно на 20 процентов быстрее, чем контроль на Земле. Это выглядело как ещё один аргумент в пользу того, что меланизированный гриб не просто терпит космическую радиацию, а как-то использует её в свою пользу
На этой волне сразу несколько площадок начали писать о перспективах биологических радиационных щитов для полётов на Марс, а в ноябре 2024 года Forbes выпускает материал о чёрном чернобыльском грибе, который может помочь людям выживать в космосе
Третий виток - совсем свежие обзоры конца 2024 - начала 2025 года, включая статью ScienceAlert, где команда Авереша уже в роли старших по теме пишет: факт того, что гриб любит радиацию и чуть ослабляет её, мы показали, но факт настоящего радиосинтеза - нет.
Авторы признали, что до сих пор никому не удалось продемонстрировать фиксацию углерода, зависящую именно от ионизирующего излучения, ни явный энергетический выигрыш, ни прописанный путь превращения радиации в биохимическую энергию
Что на самом деле уже доказано
Во-первых, меланизированные грибы действительно массово живут там, где фон запредельный по человеческим меркам: на стенах Чернобыльского реактора, в Фукусиме, в Антарктиде, в верхних слоях атмосферы и теперь на МКС. Они толерантны к дозам, которые для большинства организмов были бы смертельны
Во-вторых, облучение способно менять электронные свойства меланина и повышать скорость роста меланизированных грибов по сравнению с контрольными условиями. Это показано в серии экспериментов Дадачёвой 2007 года и подтверждается отдельными наблюдениями в последующих работах
В-третьих, грибы вроде Cladosporium sphaerospermum могут чуть ослаблять поток радиации. На МКС тонкий грибной слой давал снижение порядка одного-двух процентов по сравнению с чистым агаром. Это мало, но физически измеримо
В-четвёртых, слово radiotrophic (радиотрофный) здесь уместно в том смысле, что грибы демонстрируют положительную реакцию на радиацию - растут лучше и тянутся к источникам излучения, как это показывала ещё Жданова с её радиотропизмом
Чего пока нет
Нет трёх ключевых кирпичей, без которых радиосинтез остаётся красивой гипотезой
Не показано, что грибы реально фиксируют углерод (из углекислого газа или других источников) именно благодаря энергии радиации, а не за счёт обычного гетеротрофного питания
Не показано, что у клетки есть чёткий путь преобразования энергии излучения в АТФ или другие энергетические молекулы. Есть изменение электронных свойств меланина, но нет расписанной цепочки ферментов и реакций вроде фотосистем у растений
Не показан устойчивый энергетический выигрыш, когда можно утверждать, что в темноте и без органики, но под гамма-фоном этот гриб живёт лучше, чем без фона. Все текущие эксперименты либо идут в относительно богатой питательной среде, либо дают эффект, который сложно отделить от защитной функции меланина
Именно поэтому те же авторы, которые продвигают тему радиотрофных грибов, в свежих обзорах подчёркивают, что реальный радиосинтез ещё только предстоит показать и доказать (хотя это слово в научных публикациях лучше не исплдьзовать)
Зачем всё это?
Причина, по которой учёные продолжают ковырять эту тему, не только в любопытстве. У радиосинтеза, если он подтвердится хотя бы частично, есть очень практичные применения
Во-первых, защита от радиации. Уже сейчас эксперименты показывают, что слой грибницы, мягко говоря, не худший материал для биологического щита. Сам по себе он ослабляет поток слабо, но может стать частью многослойной биологической защиты, которая регенерирует сама по себе и не требует сложной логистики в космосе
Во-вторых, переработка загрязнённых территорий. Меланизированные грибы умеют жить на радиоактивных обломках, иногда связывают тяжёлые металлы и в принципе подходят на роль одного из инструментов биоремедиации - живой корки, которая постепенно стабилизирует фонящую поверхность.
В-третьих, фундаментальная биология. Понимание того, как именно меланин меняет электронные свойства под облучением, может выйти далеко за рамки микологии
Наука это фронтир, а так, как известно, всё меняется очень быстро