Es ist schwer vorstellbar, dass sich im Inneren von Tschernobyl Reaktor Nr. 4Wo Strahlung einen Menschen innerhalb weniger Minuten töten kann, gibt es etwas, das dieser tödlichen Energie nicht nur widersteht, sondern sogar davon profitiert. Genau das ist der Fall bei einigen merkwürdigen schwarzen Pilzen, die seit Jahrzehnten Wissenschaftler, Astrobiologen und zunehmend auch Hobbygärtner und Anhänger der grünen Biotechnologie vor ein Rätsel stellen.
Zu diesen Organismen zählen insbesondere die Pilze. Cladosporium sphaerospermumSie scheinen Strahlung wie eine Art „Energienahrung“ zu nutzen. Ihre erstaunliche Fähigkeit, in einer der giftigsten Umgebungen des Planeten zu wachsen, hat die Tür zu Ideen geöffnet, die vor Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätten: lebende Wände zum Schutz von Astronauten, biologische Materialien, die kosmische Strahlung abblocken, und, warum nicht, Anwendungen im Gartenbau und in der Kultivierung unter extremen Umweltbedingungen wo Strahlung ein echtes Problem darstellt.
Von der Nuklearkatastrophe zum lebenden Freiluftlabor
Am 26. April 1986 verwandelte ein schlecht geplanter Sicherheitstest Tschernobyl in eine der größten Katastrophen der Welt. große Umweltkatastrophen der GeschichteDie Explosion von Reaktor 4 schleuderte eine riesige Wolke von Radionukliden in die Atmosphäre, die nach verschiedenen Berechnungen Hunderten von Hiroshima-Bomben entsprach und Böden, Wälder und ganze Städte verseuchte.
Die Flucht setzte einige frei 200 Tonnen radioaktives Material Dies erzwang die Einrichtung einer etwa 30 Kilometer breiten Sperrzone um das Werk an der Grenze zwischen der Ukraine und Belarus. Das Gebiet wurde praktisch für Menschen unzugänglich, und einigen Studien zufolge konnten Menschen es passieren. Jahrhunderte, bevor sie dort wieder sicher leben konnteninsbesondere in der unmittelbaren Umgebung des Reaktors, wo bestimmte Isotope (wie Cs-137 oder Strontium-90) über Jahrzehnte oder Tausende von Jahren aktiv bleiben.
Dennoch begann die Natur, die normalerweise ihren eigenen Weg geht, Anzeichen der Erholung zu zeigen. Junge Wälder eroberten Gebäude und Straßen zurück. Wölfe, Wildschweine, Hirsche und Elche Sie fanden einen unerwarteten Zufluchtsort, und die Dichte der Tierwelt in der Sperrzone war sogar höher als in vielen nahegelegenen Schutzgebieten. Zwischen knorrigen Bäumen, Greifvögeln, Schwarzstörchen, Fröschen, Kröten und einer Vielzahl von Insekten entwickelte sich Tschernobyl zu einer Art radioaktivem Naturschutzgebiet.
Doch das wirklich Überraschende lag im Kern der Katastrophe. In den 90er Jahren befasste sich eine Gruppe von Wissenschaftlern, darunter der ukrainische Mykologe, mit der Frage, wie man die Ausbreitung von Pilzen in der Luft verhindern kann. Nelli ZhdanovaEr begann, die Ruinen des Kraftwerks zu erkunden und betrat Galerien, Gänge und Bereiche, in denen die Strahlung, gemessen mit Geigerzählern, noch immer verheerende Werte aufwies. Was sie in den Decken, Wänden und Metallrohren vorfanden, war ebenso beunruhigend wie faszinierend: ein schwarzer Schimmelpilz, der die am stärksten kontaminierten Oberflächen besiedelte..
Die Entdeckung radiotroper schwarzer Pilze
Bei den ersten Probenahmekampagnen im und um den zerstörten Reaktor identifizierten Zhdanova und andere Teams mehr als drei Dutzend PilzartenViele von ihnen waren dunkel, fast schwarz, mit Zellwänden, die sehr reich an Melanin waren. Unter ihnen allen begann eine Art hervorzustechen (paradoxerweise, da sie in der Dunkelheit lebte): Cladosporium sphaerospermum.
Dieser Pilz bedeckte Gebiete mit extrem hoher Strahlung und wies dabei eine Besonderheit auf, die völlig ungewöhnlich war: Anstatt sich von den radioaktiven Quellen zurückzuziehen, schienen seine Hyphen auszubreiten. wachsen in Richtung des radioaktiven MaterialsDieses Verhalten wurde als RadiotropismusEs war nicht nur Widerstand; es erweckte den Eindruck, als ob der Pilz die Strahlung geradezu "aufsuchte".
Jeder, der auch nur über grundlegende Kenntnisse der Strahlenbiologie verfügt, weiß, dass dies verrückt klingt: Ionisierende Strahlung (Gamma-, Alpha- und Betateilchen, hochenergetische Protonen…) ist wesentlich energiereicher als sichtbares Licht und Es zerstört DNA und Proteine Bei den meisten Lebewesen verursacht es Mutationen, Krebs oder Zelltod. Deshalb wird es beispielsweise in der Strahlentherapie zur Zerstörung von Tumoren eingesetzt.
Die in Tschernobyl gewonnenen Proben zeigten jedoch ein ganz anderes Bild. Diese schwarzen Pilze besiedelten nicht nur stark kontaminierte Materialien, sondern unterschieden sich auch von anderen Pilzen in der Region. Sie zeigten ein besonders kräftiges Wachstum in Gegenwart von Strahlung.Dies veranlasste die Forscher zu der Überlegung, ob sie diese tödliche Energie in irgendeiner Weise nutzbar machen könnten.
Erschwerend kommt hinzu, dass parallel dazu andere Organismen in der Gegend mit ähnlichen Strategien beobachtet wurden. Beispielsweise zeigten einige Frösche aus nahegelegenen Teichen … höhere Melaninwerte in der HautSie nahmen dunklere Farbtöne an, die ihnen offenbar einen gewissen Überlebensvorteil verschafften. Alles deutete darauf hin, dass Melanin in diesem extremen Ökosystem eine Schlüsselrolle spielte.
Melanin: von der Hautfarbe bis zum Schutzschild (und möglichen Akku) gegen Strahlung
Melanin ist ein allgegenwärtiges Pigment: Es ist für die Farbe unserer Haut verantwortlich. Haut, Haare und IrisEs kommt auch in vielen Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen vor. In unserem Fall wissen wir, dass dunklere Hauttöne besser vor der ultravioletten (UV-)Strahlung der Sonne geschützt sind, wodurch einige der DNA-Schäden reduziert werden.
Bei den Pilzen aus Tschernobyl lagert sich dieses Melanin in den Zellwänden ab und verleiht ihnen ihre charakteristische schwarze Farbe. Im Gegensatz zu einer starren Hülle fungiert das Melanin als … eine Art unordentlicher EnergieschwammStatt Strahlung zu reflektieren, absorbiert es sie und streut ihre Energie in verschiedene Richtungen, wodurch die Auswirkungen auf die lebenswichtigen Strukturen des Körpers minimiert werden.
Darüber hinaus ist Melanin ein starkes RostschutzIonisierende Strahlung erzeugt freie Radikale und hochreaktive Ionen, die Lipide, Proteine und Nukleinsäuren schädigen. Die chemische Struktur des Melanins kann viele dieser reaktiven Verbindungen „einfangen“ und neutralisieren, wodurch sie in stabilere Moleküle umgewandelt werden. Diese Doppelfunktion – Energie absorbieren und freie Radikale deaktivieren – macht Melanin zu einem idealen Kandidaten, um die Resistenz dieser Pilze zu verstehen.
Doch die experimentellen Ergebnisse gingen noch weiter. Im Jahr 2007 stellte der Atomwissenschaftler fest, dass… Ekaterina DadachovaBei seiner Tätigkeit am Albert Einstein College of Medicine (New York) setzte er melanisierte Pilze – darunter Stämme, die denen aus Tschernobyl ähnelten – … aus. Quellen von radioaktivem CäsiumIm Vergleich zu identischen, aber unbestrahlten Pflanzen stellte er fest, dass die bestrahlten Pflanzen etwa ein Drittel so groß wurden. 10 % schneller.
Dadachovas Team maß nicht nur das Wachstum, sondern auch Veränderungen im Melanin selbst. Nach der Bestrahlung der Pilze zeigte das Pigment strukturelle Veränderungen und ein Verhalten, das mit dem eines Melanins übereinstimmte. EnergiewandlerEtwas, das einen Teil der Strahlungsenergie in für den Stoffwechsel des Pilzes nützliche Prozesse umwandeln kann. Diese Idee führte zur Prägung eines Begriffs, der beinahe ketzerisch klang: Radiosynthese.
Radiosynthese: Pilze, die Strahlung „fressen“?
Der Vorschlag von Dadachova und ihren Kollegen war ebenso bemerkenswert wie klug: melanisierte Pilze wie Cladosporium sphaerospermum Sie könnten ionisierende Strahlung ähnlich wie Pflanzen Licht bei der Photosynthese nutzen. Während Chlorophyll Photonen des sichtbaren Lichts einfängt, um die Elektronentransportkette anzutreiben und ATP zu produzieren, würde Melanin diese absorbieren. viel energiereichere Strahlung und würde es in noch nicht vollständig beschriebene Stoffwechselwege lenken.
Daher stammt der Begriff. RadiosyntheseEin Prozess, bei dem Melanin Strahlungsenergie in zusätzliche Energie für den Pilzstoffwechsel umwandelt. Laut Schätzungen, die Dadachova selbst zitiert, kann ionisierende Strahlung bis zu … enthalten. eine Million Mal mehr Energie Das von Pflanzen für die Photosynthese genutzte weiße Licht erfordert einen sehr leistungsstarken molekularen „Mechanismus“, um diese Energie auf ein nutzbares Niveau zu reduzieren. Und genau hier kommt Melanin ins Spiel.
Es ist jedoch wichtig, nicht übermäßig optimistisch zu sein: Obwohl Labordaten auf ein verstärktes Wachstum unter Bestrahlung und funktionelle Veränderungen des Melanins hindeuten, Ein vollständiger Stoffwechselweg konnte bisher nicht nachgewiesen werden. gleichbedeutend mit der Photosynthese. Es wurde beispielsweise kein eindeutiger strahlungsabhängiger Kohlenstofffixierungsprozess oder eine direkte, schrittweise Umwandlung dieser Energie in ATP beobachtet.
Deshalb bestehen viele Spezialisten darauf, dass die Radiosynthese bis heute eine gut gestützte, aber unvollständige HypotheseEs ist bekannt, dass Strahlung Melanin verändert und dass melanisierte Pilze unter diesen Bedingungen einen Vorteil erlangen können, aber der genaue Mechanismus, die beteiligten Rezeptoren oder Regionen des Melanins und der Weg zu den abschließenden biochemischen Prozessen müssen noch aufgeklärt werden.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Nicht alle schwarzen Pilze verhalten sich gleich.In einer Studie aus dem Jahr 2006 sammelten Zhdanova und ihr Team 47 melanisierte Pilzarten in Tschernobyl, von denen nur neun einen deutlichen Radiotropismus gegenüber einer Cäsium-137-Quelle zeigten. Neuere Experimente im Jahr 2022 in den Sandia National Laboratories (New Mexico) mit melanisierten und nicht-melanisierten Pilzen unter UV-Strahlung und Cäsium-137 ergaben jedoch keine signifikanten Unterschiede im Wachstum. Das Phänomen ist also weder universell noch automatisch.
Schwarze Pilze reisen ins Weltall: Tests auf der Internationalen Raumstation
Wenn es eine Umgebung gibt, in der Strahlung ständig Probleme bereitet, dann ist es der Weltraum. Außerhalb des Schutzschildes der Erdatmosphäre und Magnetosphäre sind Astronauten der sogenannten kosmischen Strahlung ausgesetzt. galaktische kosmische Strahlung: ein Schauer von Protonen und anderen geladenen Teilchen, von denen viele aus Sternexplosionen stammen und sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Diese Strahlung durchdringt Materialien wie Blei relativ leicht und stellt eine der größere Risiken für zukünftige Langzeitmissionen Zum Mond, zum Mars oder darüber hinaus. Deshalb suchen Raumfahrtagenturen – NASA, ESA, Chinas CNSA und andere – nach effizienten, leichten und, wenn möglich, einfach herzustellenden Schutzschilden für Missionen außerhalb der Erde.
In diesem Kontext erschien die Idee, schwarze Pilze als „biologischen Schutzschild“ gegen Strahlung einzusetzen, plötzlich nicht mehr abwegig. Zwischen 2018 und 2020 arbeitete ein Forscherteam, darunter der Biochemiker Nils Aweresch (Universität von Florida) schickte Ernten von Cladosporium sphaerospermum zu Internationale Raumstation (ISS) um sein Verhalten in der Mikrogravitation und unter realer kosmischer Strahlung zu untersuchen.
Die Proben wurden mit Kontrollkulturen verglichen, die auf der Erde gehalten wurden. Nach 26 Tagen auf der ISS beobachteten Wissenschaftler, dass die Weltraumpilze Sie wuchsen im Durchschnitt 1,21-mal schneller als die Kontrollgruppe. Dies bestärkte die Annahme, dass die Strahlung ihnen einen Vorteil verschaffen könnte, obwohl die Autoren selbst einräumen, dass Auch die Mikrogravitation könnte eine Rolle spielen In diesem Unterschied liegt der Schlüssel. Tatsächlich führt Averesch weiterhin Experimente auf der Erde mit Maschinen durch, die Schwerelosigkeit simulieren, um die beiden Faktoren zu trennen.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Experiments war die Messung der Fähigkeit von Pilzen, Strahlung zu blockierenDazu wurden Sensoren unter einer dünnen Myzelschicht platziert. C. sphaerospermumWährend der Pilz wuchs, registrierten die Detektoren eine fortschreitende Verringerung des radioaktiven Flusses, was beweist, dass selbst ein kleiner Schimmelfleck Es könnte als teilweiser Schutzschild gegen die Umgebungsstrahlung der ISS dienen.
Dieses Ergebnis beweist an sich noch nicht die Radiosynthese, bestätigt aber, dass eine an Melanin – sowie Wasser, Zucker und anderen Zellbestandteilen – reiche Biomasse eine gewisse Radioaktivität aufweist. interessante Fähigkeit, Strahlung zu absorbieren und abzuschwächenWasser ist dank seiner Eigenschaften tatsächlich einer der bekanntesten Schutzstoffe gegen hochenergetische Protonen. hoher Protonengehalt (Wasserstoffgehalt)Es ist kein Zufall, dass Wasserreservoirs bei der Planung von Weltraumhabitaten als Barriere in Betracht gezogen werden.
Trotz dieser Vorbehalte hat das Verhalten dieser Pilze im Weltraum die Fantasie angeregt Raumfahrtingenieure und ArchitektenWenn bereits eine dünne Myzelschicht die Strahlung etwas reduziert, was könnte dann nicht eine ganze Wand bewirken, die mit melanisierten Pilzen "kultiviert" wird, vielleicht in Kombination mit anderen biologischen Materialien?
Schwarzer Pilz als lebender Schutzpanzer: Mondbasen, Mars und darüber hinaus
Wenn wir darüber sprechen, Menschen dauerhaft zum Mond oder zum Mars zu schicken, geht es nicht nur um die Frage, wie man dorthin gelangt, sondern Wie kann man dort leben, ohne von der Strahlung verbrannt zu werden?Das Befördern von tonnenweise Blei, Beton oder Spezialglas ins Weltall ist extrem kostspielig in Bezug auf Treibstoff und Logistik. Tatsächlich hat der Astrobiologe Lynn J. Rothschild (NASA Ames) verglich diese Strategie mit einer Schildkröte, die ihren eigenen Panzer trägt: Es funktioniert, aber es ist enorm ineffizient.
Deshalb gewinnen Konzepte wie... an Bedeutung. „Mikroarchitektur“Mithilfe von Pilzen und anderen Organismen werden Teile der Infrastruktur für zukünftige Stützpunkte vor Ort hergestellt. Rothschild und sein Team haben Möbelprototypen entwickelt und Strukturelle Myzelplatten Das Material könnte in Schimmelpilzen wachsen, aushärten und als Wände oder Decken dienen. Wenn man melanisierte Arten mit strahlenschützender Wirkung hinzufügt, ergäbe sich etwa Folgendes: selbstheilender biologischer Schutzschild.
Die Idee ist auf dem Papier einfach: Anstatt tonnenweise Material zu transportieren, würde man nur geringe Mengen an Sporen, Nährstoffen und KultivierungsgerätenAuf dem Mond oder Mars angekommen, würden die Pilze mithilfe lokaler Ressourcen (Wasser, Mineralien) wachsen und Paneele, Gewölbe oder Isolierschichten bilden, die auch einen guten Teil der kosmischen Strahlung absorbieren würden, die versucht, durch die Habitatanlage zu dringen.
Das ist nicht nur im Hinblick auf Gewicht und Kosten sinnvoll, sondern auch auf den Wartungsaufwand. Ein lebendes, melanisiertes Material kann regenerieren nach Mikrometeoriteneinschlägen Oder kleine Risse, im Gegensatz zu herkömmlichen Metallkonstruktionen, die ständige Reparaturen erfordern. Stellen Sie sich ein Marsgewächshaus vor, das von einer schwarzen Pilzhaut bedeckt ist, die sowohl die Pflanzen als auch die Menschen schützt, die sie anbauen.
Tatsächlich – und hier kommt die Verbindung zum Gärtnern ins Spiel – berücksichtigen viele dieser räumlichen Lebensraumkonzepte Folgendes: Pflanzenanbaumodule Zur Produktion von Nahrung, Sauerstoff und psychischem Wohlbefinden. Die Kombination radiotroper Pilze mit Nutzpflanzen könnte zu gemischten Systemen führen, in denen das Myzel als Schutzschild und strukturelle Stütze dient, während die Pflanzen die Produktion essbarer Biomasse und die Sauerstoffanreicherung übernehmen.
Anwendungen an Land und Anspielungen auf die Gartenarbeit
Das Schöne daran ist, dass man nicht zum Mars reisen muss, um sich praktische Anwendungsmöglichkeiten vorzustellen. Die Eigenschaften der schwarzen Pilze aus Tschernobyl haben das Interesse von Künstlern, Architekten und Biotechnologen geweckt, die in ihnen ein Potenzial sehen. Werkzeug zur Kontrolle der Strahlung auf unserem eigenen PlanetenEin Beispiel dafür ist die Arbeit des Architekten und Künstlers. Ferdinand Cremaden, der jahrelang erforscht hat, wie getrocknete Sporen radiotroper Pilze zur Reduzierung der Radioaktivität in kontaminierten Gebieten eingesetzt werden könnten.
Cremades hat sogar Prototypen autonomer Geräte wie „Drohnen“ oder mobiler Objekte entworfen, die mit einem Geigerzähler und ein Arduino-SystemSie setzen Sporen frei, sobald sie Strahlung oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts wahrnehmen. Die Idee ist, dass der Pilz die gefährlichsten Oberflächen besiedelt, einen Teil der Strahlung absorbiert und so mit der Zeit zur Sanierung dieser Umgebungen beiträgt.
Um in dieser Art von Anwendung Fortschritte zu erzielen, wurde das Projekt „Anwendungen radiotropher Pilze und deren Einsatz in radioaktiven Umgebungen„in Zusammenarbeit mit der Johns Hopkins University und Zentren wie dem Medialab Matadero (Madrid). Ziel ist es, im Freiland zu untersuchen, wie sich der Pilz verhalten könnte in städtische Gebiete, Atommülllager, Krankenhäuser (zum Beispiel in der Radiologie oder Strahlentherapie) und anderen Bereichen, in denen die Strahlung zwar nicht das Niveau von Tschernobyl erreicht, aber dennoch ein zu berücksichtigender Faktor ist.
Und was hat Gartenarbeit damit zu tun? Obwohl offensichtlich Wir werden keine Tschernobyl-Pilze im Blumenbeet anpflanzen.Ja, es gibt eine interessante Parallele: Diese Pilze sind ein extremes Beispiel dafür, wie Lebewesen ihren Stoffwechsel an extrem widrige Bedingungen anpassen können. Im Gartenbau und in der Landwirtschaft wird dem zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt. nützliche Bodenmikroorganismen (Mykorrhiza-Pilze, stickstofffixierende Bakterien usw.), die Pflanzen helfen, Stress, Dürre oder schlechte Böden zu überstehen.
Radiotrope Pilze erweitern diesen Horizont. Inspiriert von ihrer Biologie könnten sie in Zukunft weiterentwickelt werden. Bio-Dünger oder schützende Bio-Abdeckungen für Umgebungen mit geringer, aber anhaltender radioaktiver Kontamination oder für Gebiete, die von Nuklearunfällen betroffen sind und in denen eine schrittweise Wiederansiedlung der Vegetation angestrebt wird. Auch die Möglichkeit, Pilzmelanin als Bestandteil zu verwenden, wird untersucht. fortschrittliche Gartenbaumaterialien (Barrieren, Schirme, Gewächshausabdeckungen), die bestimmte Strahlungen dämpfen und sowohl Pflanzen als auch Menschen schützen.
Darüber hinaus passt das Konzept des „extremen Gärtnerns“ – das Kultivieren von Leben an Orten, die wir fast für verloren halten – perfekt zur Geschichte von Tschernobyl. Dort, wo alles für immer tot schien, Moose, Gräser, Bäume und Pilze Sie haben ein neues Ökosystem geschaffen. Zu verstehen, was diese Erholung ermöglicht und wie bestimmte Organismen sie vorantreiben, kann uns Hinweise für die Sanierung degradierter Gebiete hier und jetzt geben.
Aus etwas größerer Perspektive betrachtet, verbindet die Geschichte der schwarzen Pilze von Tschernobyl Nuklearkatastrophe, extreme Biologie, Weltraumforschung und Gartenbau auf eine Weise, die vor wenigen Jahrzehnten noch unmöglich schien. Seit der Entdeckung von Cladosporium sphaerospermum Von den Wänden des Reaktors 4 über Experimente auf der Internationalen Raumstation bis hin zu Mikroarchitekturprojekten – was dabei herauskommt, ist eine starke Idee: Das Leben besteht nicht nur fort, es erfindet sich auch immer wieder neu und nutzt dabei etwas, das einst wie reines Gift aussah, als Ressource.Ein tieferes Verständnis dafür, wie dieser Pilz dies erreicht – und wie wir mit ihm arbeiten können, ohne die Risiken aus den Augen zu verlieren – kann sowohl die Art und Weise verändern, wie wir Astronauten schützen, als auch die Art und Weise, wie wir Gärten, Gewächshäuser und Landschaften auf einem Planeten gestalten, der solche widerstandsfähigen Verbündeten heute mehr denn je braucht.
