Есть мнение, что я мало пишу на столь интересную тему, как радиотрофные организмы: всего одна статья, плюс несколько упоминаний о возможности использования ионизирующих излучений для синтеза биомассы. Мнение это справедливо, но и умеренность во внимании к данной теме имеет свои основания.
Проблема в том, что рассказать-то о радиотрофах особо нечего. Помимо теоретических рассуждений о возможности, преимуществах и недостатках такой формы синтеза, наука в данный момент располагает единственным материалом, – плесневыми грибами из Чернобыля. Переполнившись меланином, они буквально тянутся к источникам излучений, и намного быстрее растут в условиях повышенного в десятки раз радиационного фона… То есть, как-то используют рентгеновские кванты себе во благо. Проблема в том, что биохимикам пока даже не удалось понять как именно.
Как легко видеть, это весьма скудные вводные. Не доказывающие даже правомерность гипотез о существовании радиотрофных растений на других планетах, – или радиотрофных микроорганизмов на молодой Земле. Потому что, грибы – не растения… Сейчас вообще никто толком не может сказать, что такое «грибы». Но не суть. Важно, что тут уже можно задать первый правильный вопрос: почему радиотрофность среди земных организмов на практике продемонстрировали именно многоклеточные редуцирующие организмы с осмотрофным типом питания?
Прежде же чем этот вопрос рассматривать, следует сделать важное замечание. Наблюдаемая радиотрофность и радиосинтез, наблюдаемый, как форма хемосинтеза (организмами используется радиолитический водород) – это, всё-таки, о разном. Грибы, – редуценты, в общем случае, – в принципе, тоже занимаются синтезом. Но не первичным, как продуцирующие организмы. Как первые, так и вторые, синтезируют, – лепят сложные молекулы из простых. Но если продуценты используют в качестве сырья чаще всего углекислый газ и воду, то редуценты, сначала «разбирают» сложные органические молекулы, а потом «пересобирают» их... Прямо, без посредства радиолиза воды, происходящего вне организма, радиация помогает только редуцентам. Наблюдений подтверждающих возможность её непосредственного использования продуцентами пока нет.
…Следовательно о радиации. Разница между ней, светом и тепловым излучением – только в энергии квантов. В инфракрасной части спектра она слишком мала, чтобы растения, даже при использовании суперэффективных катализаторов, могли использовать такие кванты для разложения стойких молекул воды и углекислоты. Найдены уже, впрочем, цианеи с лютой модификацией хлорофилла, позволяющей им работать в ближней части инфракрасного спектра… Но это не имеет отношения к делу. Нас-то интересуют кванты высокой энергии.
А чем энергия выше, тем больше пользы от поглощения кванта. По этой причине растения предпочитают работать с синим светом, одновременно используя красный для проведения вспомогательных операций. Теоретически, ультрафиолет был бы ещё полезнее, – позволял бы решать задачи получения водорода из воды, а углерода из углекислоты, проще. Но есть нюанс. Ультрафиолетовый квант уже слишком энергичен. Он способен ионизировать атомы и разрушать сложные молекулы. В том числе и ДНК, что позволяет использовать ультрафиолетовые лампы для стерилизации.
...Ещё более жесткий рентген ничем, в принципе, уже от ультрафиолета не отличается. Разве что, ионизирует ещё сильнее, и обладает более высокой проникающей способностью… И как вообще можно использовать излучение, которое убивает?
Приложив усилия, – можно. И даже нужно, поскольку рентген не перестанет вредить, если его не использовать. Укрыться же… в этом-то всё дело. Источник ультрафиолета на Земле – Солнце, и появившиеся организмы изначально имели возможность с этим источником энергии не связываться. Небольшой слой воды «убойные» кванты поглощал.
Радиационный же фон – вызов, от которого не укрыться. Адаптация может подразумевать как защиту (для этой цели всеми, включая чернобыльскую плесень, применяются меланины), так и использование фактора себе во благо… Но меланин – исследования показали, что для защиты от радиации при равном весе этот пигмент намного эффективнее свинца, – слишком дорог в производстве, чтобы одноклеточные могли себе его позволить.
Грибы бронируются по полой программе, и это – вполне предсказуемо, – им вредит. Много ресурсов расходуется на синтез пигмента. Однако, некоторые виды научились потери восполнять, используя энергию рентгеновских лучей… И снова возвращаемся к вопросу, почему грибы, а не растения?
Почему плесень адаптировалась, а мох или даже родственные (в прошлом) грибам лишайники – нет?
Для начала потому, что растения не могут использовать меланин, не перекрыв себе доступ к свету, выжить в условиях высокой радиации, и далее адаптироваться к ней. Фотосинтезирующим организмам трудно перестроиться для радиосинтеза, ввиду взаимоисключающих требований. Следовательно, радиотрофная форма жизни должна развиваться на базе некой, уже адаптированной к темноте… А что это может быть за форма? Допустим, хемосинтезирующая?
Тоже не «допустим». Многоклеточных хемоситезирующих организмов, как известно, нет. Метод завязанный на расходуемые абиогенные реагенты слишком уж неэффективен. Одноклеточные же адаптируются к радиации банальной скоростью воспроизводства, позволяющей возмещать потери. К другим средствам им нет необходимости прибегать, поскольку количество естественных врагов в «жестких» условиях падает.
...Таким образом, грибы – единственные многоклеточные редуценты, естественная и единственная база для экспериментов в области радиотрофности. И остаётся вопрос, может ли из данной их адаптации в благоприятных условиях развиться полноценный радиосинтез?
Это хороший, правильный вопрос. На Земле такого не произошло, но и условий не было. Механизм использования энергии рентгеновских квантов плесенью ясен не вполне, однако, используется она для синтеза… И это с одной стороны.
С другой же обратить внимание стоит на следующий аспект. Кванты средней – «оптической» – энергии могут быть использованы для синтеза сложных молекул, и не разрушают молекулы. Кванты же с высокой энергией, хоть и применимы для созидания, будут и разрушать, – от этого никакой меланин в полной мере не спасёт (да и, как отмечалось выше, меланин не бесплатен).
...И теперь попробуем рассуждать дальше. Растения делают сложные молекулы из простых, одна из которых (СО2) относится к категории особо стойких. Редуценты же разрушают сложные молекулы, чтобы собрать новые… Таким образом, для продуцентов радиация однозначно вредна. Редуцентам же – не однозначно. В принципе, кванты бьют как нужные им молекулы (включая ДНК), так и такие, которые редуценты и сами собирались переработать.
Последнее, впрочем, не означает, что радиосинтез невозможен в принципе. Жить захочешь, ещё не так раскорячишься… Означает лишь, что использовать эту возможность эволюция станет лишь в крайнем случае. Для продуцентов выгоднее любой другой вариант.