El 1986, la quarta unitat de la central nuclear de Txernòbil a Ucraïna (antiga Unió Soviètica) va patir un incendi massiu i una explosió de vapor. L'accident sense precedents va alliberar més del 5% del nucli del reactor radioactiu, compost per més de 100 elements radioactius (principalment iode-131, cesi-137 i estronci-90), al medi ambient. El nivell de radiació era extremadament alt perquè les formes de vida dels voltants sobrevisquessin. Els pins en una zona de 10 km² que envoltava el lloc de l'accident van morir en qüestió de setmanes a causa de l'exposició a dosis letals de radiació. Tanmateix, certs floridures i fongs negres no només van sobreviure al nivell de radiació perillosament alt, sinó que es va descobrir que prosperaven al lloc de l'accident. Estudis posteriors van aïllar unes 2000 soques de 200 espècies de fongs del lloc. Es va descobrir que les hifes fúngiques creixien cap a la font de radiació beta i gamma ionitzant de la mateixa manera que les plantes verdes creixen cap a la llum solar. Més interessant encara, l'exposició a la radiació ionitzant sembla haver permès a les cèl·lules fúngiques melanitzades un creixement millorat, cosa que indica la captura d'energia pel pigment de melanina en presència de radiació d'alta energia (similar a la captura d'energia per la clorofil·la de la llum solar durant la fotosíntesi). El 2022, un experiment a bord de l'Estació Espacial Internacional (ISS) va demostrar que aquests fongs també mostraven capacitats de radioresistència i radiosíntesi a l'espai. Això suggereix que els fongs melanitzats que sobreviuen i prosperen en condicions de radiació extremes, com el lloc de l'accident de Txernòbil, es poden utilitzar per protegir els hàbitats humans a l'espai profund dels raigs còsmics i per capturar energia (dels raigs còsmics) per millorar l'autonomia energètica de les missions espacials com Artemis cap a futurs hàbitats humans a la Lluna i Mart.
Els reactors nuclears de tot el món utilitzen principalment urani enriquit que conté aproximadament un 3-5% d'urani-235 com a material fissible (alguns reactors reproductors avançats també poden utilitzar plutoni-239 o tori-233). Els productes primaris de la fissió controlada de l'urani-235 als reactors són nuclis més lleugers de criptó i bari, neutrons lliures i una gran quantitat d'energia. Les desintegracions radioactives posteriors de fragments fissibles més lleugers inestables (nuclis de criptó i bari) alliberen partícules beta, raigs gamma i altres subproductes estables.
Accident de Txernòbil (1986)
El 1986, un incendi i una explosió de vapor a la quarta unitat de la central nuclear de Txernòbil a Ucraïna (aleshores Unió Soviètica) van provocar l'alliberament de més del 5% del nucli del reactor radioactiu al medi ambient. L'accident sense precedents va alliberar més de 100 elements radioactius al medi ambient, els principals eren el iode-131, el cesi-137 i l'estronci-90. Els dos últims (és a dir, el cesi-137 i l'estronci-90) encara són presents en quantitats significatives al medi ambient local, ja que tenen vides mitjanes més llargues, d'uns 30 anys. Aquests dos isòtops són els principals responsables que la Zona d'Exclusió sigui la zona més contaminada radioactivament de la Terra.
Alguns llocs de la Zona d'Exclusió propers al lloc tenen nivells de radiació extremadament alts. L'edifici del reactor destruït té un nivell de radiació de més de 20,000 roentgens per hora (en comparació, uns 500 roentgens durant cinc hores és la dosi letal de radiació, que és menys de l'1% de la radiació propera al lloc del reactor destruït).
El nivell de radiació a la zona de 10 km² que envolta la central de Txernòbil, dins de la Zona d'Exclusió (anomenada Bosc Vermell), era tan alt que milers de pins van morir en qüestió de setmanes després d'estar exposats a aproximadament 60-100 Grays (Gy) de radiació. Aquesta dosi de radiació va ser letal per als pins de la zona, que es van tornar vermells rovellats i van morir. Fins i tot avui, els raigs gamma arriben a un màxim d'uns 17 mil·lirem/hora (uns 170 µSv/h) en alguns llocs del Bosc Vermell. Els raigs gamma són radiació d'energia molt alta. Penetreixen profundament i arranquen electrons dels àtoms i les molècules, i formen ions i radicals lliures que causen danys irreparables a les cèl·lules i els teixits, incloses biomolècules vitals com l'ADN i els enzims. L'exposició a dosis molt altes de raigs gamma provoca la mort d'organismes vius, com va passar amb els pins del voltant del lloc de l'accident de Txernòbil. Però no sempre!
Certs fongs no només van sobreviure sinó que van prosperar al lloc de l'accident de Txernòbil amb alta radiació
Mentre que els pins en una zona de 10 km quadrats que envolta el lloc de l'accident van morir en qüestió de setmanes a causa de l'exposició a un nivell extremadament alt de radiació, certs fongs negres, en particular Cladosporium sphaerospermum i Alternaria alternata es va observar que creixien a prop de la quarta unitat danyada pocs anys després de l'accident, tot i que el nivell de radiació era/encara és letal. Això va ser una sorpresa. L'any 2004, diversos estudis van aïllar unes 2000 soques de 200 espècies de fongs del lloc de l'accident.
Curiosament, es va descobrir que les hifes dels fongs creixien cap a la font de radiació ionitzant (de la mateixa manera que les plantes creixen cap a la llum solar, mostrant fototropisme). En mesurar la resposta dels fongs a la radiació ionitzant, els investigadors van demostrar que tant la radiació beta com la gamma promouen el creixement direccional de les hifes cap a la font.
| Propietats clau dels fongs de Txernòbil |
| Radioresistència – capacitat de certs fongs per sobreviure a alts nivells de radiació |
| Radiotropisme – tendència a créixer o a moure's cap a una font de radiació ionitzant. – anàleg al fototropisme on les plantes creixen en resposta a la llum |
| Radiosíntesi – els fongs melanitzats de Txernòbil converteixen la radiació ionitzant d'alta energia en energia química utilitzant el pigment de melanina. – anàleg a la fotosíntesi |
| Radiotròfia – procés d'ús de la radiació ionitzant com a font d'energia |
Com que les espècies microbianes melanitzades són més comunes a la natura, es pensava que el pigment de melanina tenia un paper en aquesta notable capacitat d'alguns fongs per sobreviure i prosperar en sòls contaminats amb fragments fissibles (radionúclids). Un experiment publicat el 2007 va descobrir que efectivament aquest era el cas. L'exposició de la melanina a la radiació ionitzant és la clau. La radiació ionitzant va canviar les propietats electròniques dels pigments de melanina, permetent que les cèl·lules fúngiques melanitzades creixin millor després de l'exposició a la radiació ionitzant. Això va indicar que la melanina té un paper en la captura d'energia (radiosíntesi), similar al que té la clorofil·la en la fotosíntesi. Això també significava la possibilitat d'utilitzar aquests fongs en la neteja de la contaminació per radionúclids.
Missions i habitatges humans a l'espai profund
A la llarga, totes les civilitzacions planetàries corren amenaces existencials per impactes espacials, d'aquí la necessitat que els humans esdevinguin una espècie multiplanetaria. Es preveuen missions humanes a l'espai profund per establir habitatges humans més enllà de la Terra. La missió lunar Artemis és un començament en aquesta direcció que pretén crear una presència humana a llarg termini a la Lluna i al seu voltant com a preparació per a missions i habitatges humans a Mart.
Un dels majors reptes abans de les missions humanes a l'espai profund és el flux constant de poderosos raigs còsmics que impregnen tot l'espai. El camp magnètic de la Terra ens protegeix dels raigs còsmics a la Terra, però és el major risc per a la salut de les missions humanes a l'espai. Per tant, les missions a l'espai profund requereixen escuts protectors contra els raigs còsmics. D'altra banda, la radiació còsmica també podria ser una font d'energia il·limitada i millorar l'autonomia energètica de les missions a l'espai profund més llargues si hi hagués la tecnologia adequada per aprofitar-les.
Els fongs que prosperen en un lloc d'alta radiació de Txernòbil poden oferir una solució als reptes que planteja la radiació còsmica a les missions i els habitatges humans a l'espai profund
Com s'ha comentat anteriorment, es troben certs fongs melanitzats que creixen al lloc d'alta contaminació per radiació de la central nuclear de Txernòbil i altres entorns d'alta radiació a la Terra. Pel que sembla, els pigments de melanina d'aquests fongs utilitzen la radiació d'alta energia per generar energia química (de la mateixa manera que la clorofil·la de les plantes verdes utilitza els raigs del sol en la fotosíntesi). Per tant, els fongs de Txernòbil poden tenir el potencial d'actuar tant com a escut protector contra els raigs còsmics d'alta energia (radioresistència) com a productors d'energia (radiosíntesi) en missions espacials profundes si les seves capacitats s'estenen als raigs còsmics a l'espai. Els investigadors ho van provar a l'espai.
El fong Cladosporium sphaerospermum es va cultivar a bord de l'Estació Espacial Internacional (ISS) per estudiar-ne el creixement i la capacitat d'absorbir i esmorteir els raigs còsmics ionitzants durant 26 dies en unes condicions que imiten l'hàbitat a la superfície de Mart. El resultat va mostrar una atenuació de la radiació còsmica a causa de la biomassa fúngica i un avantatge de creixement a l'espai que suggereix que les capacitats mostrades per certs fongs al lloc de l'accident de Txernòbil són extensibles als raigs còsmics a l'espai.
És massa aviat per dir-ho, però en el futur podria ser possible transportar aquests fongs a Lluna i Mart, on amb l'ajuda d'una infraestructura adequada aquests fongs podrien ser funcionals com a productors d'energia química.
***
Referències:
- Jdanova NN, et al 2004. La radiació ionitzant atrau els fongs del sòl. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966
- Dadachova E., et al 2007. La radiació ionitzant canvia les propietats electròniques de la melanina i millora el creixement dels fongs melanitzats. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457
- Dighton J., Tugay T. i Zhdanova N., 2008. Fongs i radiació ionitzant dels radionúclids. FEMS Microbiology Letters, volum 281, número 2, abril de 2008, pàgines 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x
- Ekaterina D. i Casadevall A., 2008. Radiació ionitzant: com els fongs s'hi enfronten, s'adapten i exploten amb l'ajuda de la melanina. Current Opinion in Microbiology. Volum 11, número 6, desembre de 2008, pàgines 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013
- Averesch NJH et al 2022. Cultiu del fong dematiàci Cladosporium sphaerospermum A bord de l'Estació Espacial Internacional i efectes de la radiació ionitzant. Front. Microbiol., 05 de juliol de 2022. Sec. Microbiologia Extrema Volum 13 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625
- Sihver L., 2022. Els fongs de Txernòbil com a productors d'energia. Disponible a https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract
- Tibolla MH i Fischer J., 2025. Fongs radiotròfics i el seu ús com a agents de biorremediació de zones afectades per la radiació i com a agents protectors. Recerca, Societat i Desenvolupament. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965
***
Articles relacionats
- Extincions massives a la història de la vida: importància de les missions DART de la Lluna Artemis i la Defensa Planetària de la NASA (23 agost 2022)
- Missió d'Artemis Moon: cap a l'habitat humà de l'espai profund (11 agost 2022)
- ….Pale Blue Dot, l'única casa que hem conegut mai (13 Gener 2022)
***
 suffered massive fire and steam explosion. The unprecedented accident released over 5% of the radioactive reactor core comprising of over 100 radioactive elements (mainly iodine-131, caesium-137, and strontium-90) in the environment. The radiation level was extremely high for the life forms in the vicinity to survive. The pine trees in 10 sq km area surrounding the accident site were killed within weeks due to exposure to lethal doses of radiation. However, certain molds and black fungi not only survived the dangerously high radiation level but were found to be thriving at the accident site. Subsequent studies isolated about 2000 strains of 200 species of fungi from the site. It was found that the fungal hyphae grew towards the source of ionizing beta and gamma radiation just the way green plants grow towards sunlight. More interestingly, exposure to ionising radiation seemed to have enabled the melanized fungal cells an enhanced growth indicating energy capture by melanin pigment in the presence of high energy radiation (similar to energy capture by chlorophyll in sunlight in photosynthesis). In 2022, an experiment aboard International Space Station (ISS) demonstrated that these fungi displayed the capabilities of radio-resistance and radio-synthesis in space as well. This suggests that the melanised fungi that survive and thrive in extreme radiation conditions like Chernobyl accident site can be used to shield deep-space human habitation from cosmic rays and to capture energy (from the cosmic rays) to enhance the energy-autonomy of the deep-space missions like Artemis towards future human habitation on the Moon and Mars.){kind=link}