Pozdější laboratorní pokusy přinesly ještě podivnější výsledek: některé z nich při vystavení ionizujícímu záření rostly lépe a jejich melanin měnil své elektronické vlastnosti. Odtud vznikla lákavá představa „radiosyntézy“ – jakési obdoby fotosyntézy využívající místo světla radiaci.
Jenže právě tady věda začíná být mnohem zajímavější než populární legenda. Zatím totiž nevíme, zda se houby radiací skutečně „živí“. Víme ale, že ji dokážou mimořádně dobře snášet, reagovat na ni a část zachytit. A právě proto už jedna z nich vyrazila z Černobylu obrazně až na oběžnou dráhu.
V útrobách reaktoru našli desítky druhů hub
Když se v letech 1997 a 1998 ukrajinští vědci vydali zkoumat biologický život uvnitř ochranných konstrukcí zničeného čtvrtého bloku černobylské elektrárny, nenarazili na sterilní pustinu. Na stěnách a dalších stavebních prvcích objevili rozsáhlý růst hub. Popsali 37 druhů z 19 rodů a mezi nejčastější patřily Cladosporium sphaerospermum a Penicillium hirsutum. Ještě nápadnější bylo, že v místech s vyšší radioaktivní kontaminací převažovaly druhy obsahující tmavý pigment melanin.
Melanin samozřejmě nevznikl kvůli Černobylu. Tento pigment je u hub mnohem starší a pomáhá jim přežívat řadu extrémních podmínek – od ultrafialového záření přes vysychání až po chemický stres. Právě jeho hojnost u organismů žijících v silně radioaktivních místech ale přivedla výzkumníky k otázce, zda zde neplní ještě další funkci. Některé houby izolované z oblasti
Černobylu navíc vykazovaly takzvaný radiotropismus: jejich hyfy rostly směrem ke zdrojům ionizujícího záření. Výsledky mezi různými studiemi nebyly jednotné, ale jev byl dost nápadný na to, aby se stal předmětem dalšího výzkumu.
Pak přišel experiment, který zněl skoro jako sci-fi
V roce 2007 publikoval tým Ekateriny Dadachové a Artura Casadevalla jeden z nejslavnějších experimentů spojených s černobylskými houbami. Vědci nevzali pouze Cladosporium sphaerospermum, ale několik geneticky odlišných melanizovaných hub a vystavili je ionizujícímu záření přibližně 500krát silnějšímu než běžné pozadí. Výsledek nebyl jen v tom, že mikroorganismy přežily. Melanizované formy Wangiella dermatitidis a Cryptococcus neoformans rostly za ozáření výrazně rychleji a u C. sphaerospermum záření podpořilo růst v podmínkách s omezeným množstvím živin.
Současně se změnil samotný melanin. Po ozáření vykazoval jinou elektronickou strukturu a jeho schopnost účastnit se přenosu elektronů v laboratorním testu vzrostla přibližně čtyřikrát. Melanizované buňky také za určitých podmínek intenzivněji začleňovaly uhlík z acetátu. Autoři proto navrhli, že pigment možná není pouze pasivním štítem, ale mohl by nějakým způsobem pomáhat zachytit energii ionizujícího záření a využít ji v metabolismu.
A právě zde se zrodil jeden z nejodolnějších titulků moderní mikrobiologie: houby, které se živí radiací.
Jenže vědecky je to zatím o krok dál, než kam sahají důkazy.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
„Radiosyntéza“ je krásná hypotéza. Hotový důkaz ale nemáme
Představa je svůdná. Rostlina využívá chlorofyl k zachycení energie světla, houba by využívala melanin k zachycení energie ionizujícího záření. Proto se začalo mluvit o „radiosyntéze“ nebo radiotrofii. Laboratorní výsledky skutečně ukazují, že záření může měnit elektronové vlastnosti melaninu a u některých melanizovaných hub podporovat růst. To ale ještě není totéž jako prokázat kompletní metabolickou dráhu, v níž by organismus energii radiace převáděl na využitelnou chemickou energii obdobně jako při fotosyntéze.
Pozdější experimenty navíc ukázaly, že reakce nejsou univerzální. Studie z roku 2022 například vystavila melanizovanou Cladosporium cladosporioides a nemelanizovanou Paecilomyces variotii srovnatelným dávkám gama a UV záření. Růst se významně nezrychlil a u gama záření dokonce klesla pigmentace. Autoři upozornili, že výsledky mohou záviset na konkrétním druhu či kmeni, energii záření, celkové dávce, dostupnosti živin i dlouhodobé evoluční historii organismu.
Takže tři výroky, které znějí podobně, mají velmi odlišnou váhu. Houba odolává radiaci – ano. Některé melanizované houby mohou za určitých podmínek při ozáření růst lépe – také ano. Houba se radiací živí stejně jako rostlina světlem – to zatím prokázáno není.
A možná to ani nemusíme dokazovat, aby byl celý příběh technologicky zajímavý.
Houba nemusí radiaci jíst. Stačí, když ji dokáže zastavit
Pro člověka je ionizující záření problém právě proto, že má dost energie k poškozování molekul včetně DNA. Na Zemi nás před velkou částí kosmického záření chrání atmosféra a magnetické pole. Astronauti mířící mimo nízkou oběžnou dráhu – například k Měsíci nebo Marsu – tuto ochranu z velké části ztratí. Proto patří radiační stínění k zásadním technickým problémům dlouhodobých kosmických misí.
Melanin je pro takový výzkum zajímavý, protože dokáže s elektromagnetickým a částicovým zářením interagovat a může přispívat k ochraně buněk. Ne všechna měření přitom podporují představu, že by samotný izolovaný melanin byl zázračným materiálem – například experiment s beta zářením zjistil, že ve srovnání s chemicky podobnou celulózou nestínil lépe. Autoři ale zároveň ukázali, že roli může hrát způsob, jakým je melanin v biologické struktuře prostorově uspořádán.
To vedlo ke konceptu biologického štítu, který by měl jednu mimořádnou výhodu oproti olovu nebo jinému materiálu dopravenému ze Země: mohl by sám růst.
A tento nápad už vědci vyzkoušeli mimo planetu.
Černá houba dostala vlastní experiment na ISS
Cladosporium sphaerospermum bylo kultivováno přímo na Mezinárodní vesmírné stanici. Výzkumníci sledovali jeho růst a současně měřili množství ionizujícího záření pod vzorkem a pod kontrolní částí bez houby. Zhruba 1,7 milimetru silná vrstva biomasy snížila naměřenou dávku asi o 1,8 procenta.
To samozřejmě není dost na to, abychom stěny budoucí základny na Marsu natřeli černou plísní a problém považovali za vyřešený. Výsledek ale funguje jako důkaz principu. Houba v prostředí ISS rostla a její biomasa poskytovala měřitelné zeslabení záření. Autoři proto uvažují o silnějších vrstvách, kombinaci melanizovaných organismů s jinými materiály nebo o využití samotného melaninu v kompozitním stínění.
A právě zde se objevuje nápad, který zní téměř jako biologická architektura sci-fi. Na Mars je extrémně drahé převážet každé kilo stavebního materiálu. Mikroorganismu ale stačí dopravit poměrně malé množství a vhodné podmínky pro růst. Pokud bychom jednou dokázali melanizovanou biomasu pěstovat z místních nebo recyklovaných zdrojů a zakomponovat ji do stěn habitatů, mohl by část ochranné vrstvy vytvořit živý systém, který se sám obnovuje a rozmnožuje. Zatím je to technologická vize, nikoli hotový návrh marťanské základny, ale právě proto se podobné organismy v astrobiologii dál studují.
Černobyl možná nevyrobil novou schopnost. Jen nám ukázal, kde ji hledat
Je lákavé představovat si černobylské houby jako mutanty vytvořené jadernou katastrofou. To by ale bylo zavádějící. Melanizované houby existovaly dávno před havárií a podobné organismy nacházíme v dalších extrémních prostředích včetně Antarktidy. Černobyl vytvořil výjimečné prostředí, v němž přírodní výběr a ekologická konkurence zvýhodnily organismy schopné snášet velmi vysokou radiační zátěž. Právě proto jsou tmavě pigmentované druhy v nejkontaminovanějších částech tak nápadné.
A to možná dělá celý příběh ještě zajímavějším. Život nepotřeboval havárii jaderné elektrárny, aby vynalezl melanin. Katastrofa nám jen poskytla neplánovanou laboratoř, v níž jsme si všimli, co všechno tento starý biologický pigment dokáže.
Zatím nevíme, zda Cladosporium sphaerospermum dokáže skutečně získávat využitelnou energii z ionizujícího záření. Víme ale, že melanin mění po ozáření své elektronické vlastnosti, některé melanizované houby mohou v radiačním poli vykazovat zvýšený růst a jejich biomasa dokáže část záření zeslabovat.
To je na organismus nalezený v jednom z míst, kam člověk dlouho vstupoval jen s dozimetrem a velmi přesně měřeným časem, docela působivá kariéra.
Houba z Černobylu možná radiaci nejí. Jednou nám ale může pomoci schovat se před ní.
Věděli jste, že…
…melanin není jen pigment lidské kůže? V přírodě existuje mnoho chemicky odlišných melaninů a houby jej často ukládají přímo do buněčné stěny, kde může vytvářet několik soustředných vrstev. Právě tato prostorová struktura může být pro radiační ochranu stejně důležitá jako samotná chemie pigmentu. Proto se dnes výzkum nezajímá jen o to, kolik melaninu organismus obsahuje, ale také jak je v tkáni uspořádán.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], Mycological Research – Fungi from Chernobyl: mycobiota of the inner regions of the containment structures of the damaged nuclear reactor [2], PLOS ONE – Ionizing Radiation Changes the Electronic Properties of Melanin and Enhances the Growth of Melanized Fungi [3], Scientific Reports – Evaluating changes in growth and pigmentation of Cladosporium cladosporioides and Paecilomyces variotii in response to gamma and ultraviolet irradiation [4], Frontiers in Microbiology – Cultivation of the Dematiaceous Fungus Cladosporium sphaerospermum Aboard the International Space Station and Effects of Ionizing Radiation [5], PLOS ONE – A biomimetic approach to shielding from ionizing radiation: The case of melanized fungi [6]. img AI generated
