Μπορούν τα μικρόβια να τρώνε την ακτινοβολία;

Οι επιστήμονες έχουν βρει πολλά είδη βακτηρίων και μυκήτων που μπορούν να τρώνε την ακτινοβολία. Αυτά τα μικρόβια μπορούν να χρησιμοποιήσουν ραδιενεργές χημικές ουσίες ως καύσιμα ή ως θρεπτικά συστατικά για το μεταβολισμό τους. Μερικά τέτοια βακτήρια είναι τα είδη Burkholderia fungorum και Geobacter. Ορισμένοι μύκητες όπως το Cladosporium sphaerospermum, ο Cryptococcus neoformans και η Wangiella dermatitidis έχουν τη χρωστική ουσία μελανίνη που μπορεί να απορροφήσει την ακτινοβολία.

Fukushima Daichii (Ιαπωνία, 2011), Τσέρνομπιλ (Ουκρανία, 1986), Three Mile Island (Η.Π.Α., 1978), Windscale (Η.Β., 1957)….

Ζώνη αποκλεισμού του Τσερνόμπιλ (Πιστωτική φωτογραφία :Eight Photo/Shutterstock)

Αυτά είναι μόνο μερικά από τα πιο σοβαρά πυρηνικά ατυχήματα που έχουν συμβεί σε όλο τον κόσμο.

Το Τσερνόμπιλ είναι το χειρότερο μέχρι σήμερα, με τη ζώνη γύρω από τον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ να εκτιμάται ότι παραμένει ακατοίκητη για περίπου 20.000 χρόνια λόγω της επικίνδυνης ακτινοβολίας που εξαπλώνεται από την έκρηξη.

Ωστόσο, οι εκρήξεις δεν είναι η μόνη αιτία ανησυχίας όταν πρόκειται για πυρηνικούς σταθμούς.

Η διάθεση των πυρηνικών αποβλήτων που παράγονται από αυτούς τους αντιδραστήρες είναι επίσης ένα σοβαρό πρόβλημα. Τροφοδοτούνται από εξαιρετικά ραδιενεργά στοιχεία, όπως το ουράνιο, τα οποία διασπώνται σε άλλα ραδιενεργά συστατικά, καθιστώντας τα ουσιαστικά άφθαρτα. Η ιονίζουσα ακτινοβολία που απελευθερώνεται από το ουράνιο και τα υποπροϊόντα του είναι ικανή να αλλάξει το DNA μας και η μακροχρόνια έκθεση αυξάνει τον κίνδυνο καρκίνου.

Πώς γίνεται η διάθεση των πυρηνικών αποβλήτων;

Επί του παρόντος, τα ραδιενεργά απόβλητα που παράγονται ψύχονται και αποθηκεύονται σε μεγάλα δοχεία από ανοξείδωτο χάλυβα που περιβάλλονται από σκυρόδεμα. Πολύ μεγάλοι όγκοι πυρηνικών αποβλήτων εγκλωβίζονται σε σκυρόδεμα και θάβονται βαθιά κάτω από τη γη. Αν και αυτές οι μέθοδοι είναι εφικτές σήμερα, δεν είναι βιώσιμες λόγω του αυξανόμενου παγκόσμιου πληθυσμού. Η ταφή ραδιενεργών αποβλήτων διατρέχει επίσης τον κίνδυνο το περιεχόμενό τους να διαρρεύσει στο περιβάλλον και να εισχωρήσει στην τροφική αλυσίδα. Πρέπει να υπάρχει καλύτερος τρόπος για τη διάθεση αυτών των ραδιενεργών αποβλήτων μια για πάντα, σωστά;

Ραδιενεργά απόβλητα που αποθηκεύονται υπόγεια σε βαρέλια (Φωτογραφία :josefkubes/Shutterstock)

Μικρόβια που μπορούν να τρώνε την ακτινοβολία μπορούν να βοηθήσουν με την απόρριψη πυρηνικών αποβλήτων

Με λίγη βοήθεια από τους πολύπλευρους, μικροσκοπικούς φίλους μας, μπορούμε πραγματικά να απαλλαγούμε από αυτά τα πυρηνικά απόβλητα! Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ βρήκαν στοιχεία για ένα συγκεκριμένο είδος βακτηρίων που ονομάζεται Geobacter που όχι μόνο μπορούν να επιβιώσουν από την έκθεση στην ακτινοβολία, αλλά και να την αξιοποιήσουν.

Geobacter Τα είδη έχουν τη μοναδική ικανότητα να οξειδώνουν οργανικές ενώσεις και μέταλλα, συμπεριλαμβανομένου του σιδήρου και των ραδιενεργών μετάλλων. Μπορούν ακόμη και να αναπτυχθούν σε περιοχές χωρίς οξυγόνο (π.χ. βαθιά υπόγεια) που έχουν υψηλή αλκαλικότητα, όπως σε βαθιές υπόγειες περιοχές όπου εναποτίθενται πυρηνικά απόβλητα.

Εάν τα υπόγεια ύδατα έρθουν σε επαφή με τα τσιμεντένια θησαυροφυλάκια στα οποία αποθηκεύονται τα πυρηνικά απόβλητα, η αλληλεπίδρασή τους αυξάνει την αλκαλικότητα.

Ορισμένα πυρηνικά απόβλητα περιέχουν κυτταρίνη (από χρησιμοποιημένα φίλτρα, ρούχα εργασίας κ.λπ.), η οποία διασπάται σε ισοσακχαρινικό οξύ (ISA) λόγω της υψηλής αλκαλικότητας. Το ISA μπορεί στη συνέχεια να αντιδράσει με το ουράνιο για να σχηματίσει μια πιο διαλυτή ένωση που μπορεί να διαρρεύσει και μπορεί ακόμη και να μολύνει τα υπόγεια ύδατα.

Μια τέτοια δυνητικά θανατηφόρα καταστροφή αποτρέπεται από το Geobacter, καθώς μπορεί να διασπάσει το ISA και να το χρησιμοποιήσει ως πηγή τροφής και ενέργειας. Με αυτόν τον τρόπο, το ουράνιο επιστρέφει στην αρχική του αδιάλυτη, στερεή μορφή. Σε αυτή τη μορφή, το ουράνιο δεν μπορεί να μολύνει το πόσιμο νερό ή την τροφική αλυσίδα, σώζοντας αμέτρητες ζωές.

Σε μια άλλη περίπτωση, ένα ερευνητικό πρόγραμμα του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ εντόπισε ένα βακτηριακό στέλεχος που ονομάζεται Burkholderia fungorum που χρησιμοποιεί ουράνιο. Απομονώθηκε από το Integrated Field-Scale Subsurface Research Challenge Site (IFRC) στο Rifle του Κολοράντο (ΗΠΑ).

Αυτό το εύρημα ήταν αξιοσημείωτο επειδή, εκείνη την εποχή (Απρίλιος, 2015), μέλη των Burkholderiaceae οικογένεια δεν είχε συσχετιστεί με τη μείωση του ουρανίου.

Αυτό είναι ένα μοναδικό χαρακτηριστικό των βακτηριακών ειδών, όπου μπορούν να ανταλλάξουν γενετικό υλικό (DNA) εάν βρίσκονται σε κοντινή απόσταση. Το DNA που ανταλλάσσεται μπορεί να προκαλέσει αντοχή στα αντιβιοτικά ή τοξικότητα βαρέων μετάλλων. Β. fungorum, Συγκεκριμένα, θα μπορούσε να έχει πάρει κάποιο DNA που του επέτρεψε να μειώσει το ουράνιο.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η νέα ικανότητα μείωσης του ουρανίου επιλέχθηκε από τα βακτήρια από άλλα βακτήρια που αναπνέουν ουράνιο που αναπτύσσονται στην περιοχή.

Μέθοδοι μεταφοράς βακτηριακών γονιδίων (Φωτογραφία :Aldona Griskeviciene/Shutterstock)

Μύκητες που μπορούν να φάνε ακτινοβολία

Οι μύκητες δεν είναι πολύ πίσω από τα βακτήρια όσον αφορά τον μετριασμό της ακτινοβολίας.

Αυτά τα στοιχεία προέρχονται κατευθείαν από την καρδιά του εγκαταλειμμένου πυρηνικού σταθμού του Τσερνομπίλ.

Μια δεκαετία μετά την τραγωδία, οι ερευνητές έστειλαν ρομπότ για να ερευνήσουν την επικίνδυνη περιοχή και βρήκαν μαύρους μύκητες στους τοίχους του ερειπωμένου αντιδραστήρα. Η έρευνα έδειξε επίσης ότι οι μύκητες θα μπορούσαν να διασπάσουν τον ραδιενεργό γραφίτη από τον θερμό πυρήνα του ίδιου του πυρηνικού αντιδραστήρα.

Ένα άλλο ενδιαφέρον εύρημα ήταν ότι οι μύκητες φαινόταν να αναπτύσσονται προς την πηγή της ακτινοβολίας, όπου η ακτινοβολία θα ήταν η υψηλότερη, σαν να έλκονταν από αυτήν.

Τρία είδη μυκήτων και συγκεκριμένα, Cladosporium sphaerospermum , Cryptococcus neoformans και Wangiella dermatitidis, ταυτοποιήθηκαν από τα δείγματα που συλλέχθηκαν. Μεγάλες ποσότητες της χρωστικής μελανίνης βρέθηκαν και στα τρία είδη.

Η μελανίνη υπάρχει επίσης στο ανθρώπινο δέρμα και είναι γνωστό ότι απορροφά το φως, αλλά διώχνει την ακτινοβολία.

Ωστόσο, σε αυτούς τους μύκητες, η ίδια χρωστική ουσία απορροφά επίσης την ακτινοβολία και της επιτρέπει να χρησιμοποιηθεί για ανάπτυξη, παρόμοια με τον τρόπο που τα φυτά χρησιμοποιούν τη χρωστική ουσία χλωροφύλλη για να μετατρέψουν το ηλιακό φως σε ενέργεια μέσω της φωτοσύνθεσης.

Οι μύκητες που περιέχουν μελανίνη αναπτύχθηκαν επίσης ταχύτερα παρουσία ακτινοβολίας, σε σύγκριση με τα άλλα είδη μυκήτων που δεν έχουν μελανίνη. Αυτό συνέβη επειδή η έκθεση στην ακτινοβολία προκάλεσε μια αλλαγή στο σχήμα του μορίου της μελανίνης του μύκητα. Αυτή η αλλαγή έκανε τη μελανίνη τέσσερις φορές καλύτερη στη διεξαγωγή μιας τυπικής μεταβολικής χημικής αντίδρασης.

Μέσα στον αντιδραστήρα του Τσερνόμπιλ 4 (Προσφορά φωτογραφίας:Flickr)

Από τότε, 37 είδη μυκήτων έχουν ανακτηθεί από το Τσερνομπίλ. Από αυτά, Penicillium hirsutum , Cladosporium sphaerospermum , Aureobasidium pullulans και Aspergillus versicolor είναι πιθανώς ενεργοί βιοκαταστροφείς ακόμη και εξαιρετικά ραδιενεργών υποστρωμάτων.

Πώς μπορούν να μας βοηθήσουν τέτοια μικρόβια

Εκτός από τη βιο-αποκατάσταση, οι μύκητες του Τσερνομπίλ που αγαπούν την ακτινοβολία θα μπορούσαν να είναι η απάντηση στο πρόβλημα ακτινοβολίας της NASA. Η NASA έχει εκφράσει ρητά την αποφασιστικότητά της να στείλει ανθρώπους στον Άρη, αλλά ένα από τα πιο σκληρά εμπόδια είναι η προστασία των αστροναυτών από την ακτινοβολία.

Οι άνθρωποι δεν μπορούν να επιβιώσουν στο διάστημα, στη Σελήνη ή στον Άρη χωρίς την προστατευτική ατμόσφαιρα και το μαγνητικό πεδίο της Γης. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες αναζητούν εφικτούς τρόπους θωράκισης των αστροναυτών.

Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (Φωτογραφία:Dima Zel/Shutterstock)

Ερευνητές από το Εργαστήριο Jet Propulsion έστειλαν οκτώ είδη που απομονώθηκαν από το Τσερνόμπιλ στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) με την ελπίδα να βρουν μια λύση. Στο ISS, οι αστροναύτες διαπίστωσαν ότι οι μύκητες μείωσαν τα επίπεδα ακτινοβολίας κατά περίπου 2%. Αυτό από μόνο του δεν αρκεί ως ασπίδα ασφαλείας, αλλά χρησιμεύει ως δείκτης του τι μπορεί να επιφυλάσσει το μέλλον. Οι αστροναύτες μπορούν να μεταφέρουν μια μικρή ποσότητα αποικιών μυκήτων στον πύραυλο. Θα μπορούσε στη συνέχεια να καλλιεργηθεί σε μια δομή ασπίδας μόλις φτάσει στον Άρη και να αφεθεί να πήξει, χρησιμεύοντας ως ένα φτηνό επιπλέον στρώμα προστασίας.

Είναι σαφές ότι οι μικροοργανισμοί προσφέρουν μια μόνιμη λύση στον αυξανόμενο σωρό ραδιενεργών αποβλήτων και πολλά ερευνητικά προγράμματα εντοπίζουν νέους μικροοργανισμούς με την ικανότητα να μεταβολίζουν ραδιενεργές ουσίες. Με αυτά τα νέα ευρήματα, δεν θα αργήσει να ανατεθεί σε έναν μικροοργανισμό η δουλειά του καθαρισμού των ραδιενεργών αποβλήτων από κάθε υπάρχον πυρηνικό σταθμό!