Tšernobõli seened kui kilbiks kosmiliste kiirte vastu süvakosmosemissioonidel 

1986. aastal tabas Ukrainas (endine Nõukogude Liit) asuva Tšernobõli tuumaelektrijaama neljas plokk ulatuslikku tulekahju ja auruplahvatust. Enneolematu õnnetuse tagajärjel paiskus keskkonda üle 5% reaktori radioaktiivsest südamikust, mis koosnes enam kui 100 radioaktiivsest elemendist (peamiselt jood-131, tseesium-137 ja strontsium-90). Kiirgustase oli läheduses elavate eluvormide ellujäämiseks äärmiselt kõrge. Õnnetuspaiga ümbruses 10 ruutkilomeetri suurusel alal kasvanud männid hukkusid surmava kiirgusdoosi tõttu nädalate jooksul. Teatud hallitusseened ja mustad seened aga mitte ainult ei jäänud ohtlikult kõrge kiirgustaseme üle, vaid leiti ka õnnetuspaigas vohavat. Hilisemad uuringud isoleerisid paigast umbes 2000 tüve 200 seeneliigist. Leiti, et seente hüüfid kasvasid ioniseeriva beeta- ja gammakiirguse allika suunas täpselt samamoodi nagu rohelised taimed kasvavad päikesevalguse suunas. Veelgi huvitavam on see, et kokkupuude ioniseeriva kiirgusega näis võimaldavat melaniseeritud seenrakkudel suurenenud kasvu, mis näitab energia püüdmist melaniinipigmendi poolt suure energiaga kiirguse juuresolekul (sarnaselt klorofülli energia püüdmisega päikesevalguses fotosünteesi ajal). 2022. aastal Rahvusvahelises Kosmosejaamas (ISS) läbi viidud katse näitas, et need seened näitasid ka kosmoses radioresistentsuse ja radiosünteesi võimet. See viitab sellele, et melaniseeritud seeni, mis ellu jäävad ja edeneb äärmuslikes kiirgustingimustes, näiteks Tšernobõli õnnetuspaigas, saab kasutada süvakosmose inimasustuse kaitsmiseks kosmiliste kiirte eest ja energia (kosmiliste kiirte) püüdmiseks, et suurendada süvakosmosemissioonide, näiteks Artemise, energiaautonoomiat tulevaste inimasustuste loomiseks Kuul ja Marsil.  

Üle maailma kasutavad tuumareaktorid lõhustuva materjalina enamasti rikastatud uraani, mis sisaldab umbes 3–5% uraan-235 (mõned täiustatud tõuaretusreaktorid võivad kasutada ka plutoonium-239 või toorium-233). Uraan-235 kontrollitud lõhustumise peamised produktid reaktorites on krüptooni ja baariumi kergemad tuumad, vabad neutronid ja suur hulk energiat. Ebastabiilsete kergemate lõhustuvate fragmentide (krüptooni ja baariumi tuumad) edasine radioaktiivne lagunemine vabastab beetaosakesi, gammakiirgust ja muid stabiilseid kõrvalprodukte.  

Tšernobõli katastroof (1986) 

1986. aastal Ukrainas (tollal Nõukogude Liit) asuva Tšernobõli tuumaelektrijaama 4. reaktoris toimunud tulekahju ja auruplahvatus põhjustasid üle 5% reaktori südamiku radioaktiivsest materjalist keskkonda sattumise. Selle enneolematu õnnetuse käigus paiskus keskkonda üle 100 radioaktiivse elemendi, millest peamised olid jood-131, tseesium-137 ja strontsium-90. Kaks viimast (nimelt tseesium-137 ja strontsium-90) esinevad kohalikus keskkonnas endiselt märkimisväärses koguses, kuna nende poolestusaeg on pikem, umbes 30 aastat. Need kaks isotoopi vastutavad peamiselt selle eest, et keelutsoon on Maa kõige radioaktiivsemalt saastunud ala.  

Mõnes kohas sündmuskoha lähedal asuvas keelutsoonis on äärmiselt kõrge kiirgustase. Hävinud reaktorihoone kiirgustase on üle 20 000 röntgeni tunnis (võrdluseks, umbes 500 röntgeni viie tunni jooksul on surmav kiirgusdoos, mis moodustab vähem kui 1% hävinud reaktori lähedal asuvast kiirgusest).   

Tšernobõli elektrijaama ümbritseva 10 ruutkilomeetri suuruse ala (nimetatakse Punaseks Metsaks) kiirgustase oli nii kõrge, et tuhanded männid surid nädalate jooksul pärast kokkupuudet umbes 60–100 grai (Gy) kiirgusega. See kiirgusdoos oli piirkonna mändidele surmav, need muutusid roostepunaseks ja surid. Isegi tänapäeval on gammakiirte maksimaalne sagedus Punases Metsas mõnes kohas umbes 17 milliremi/tunnis (umbes 170 µSv/h). Gammakiired on väga kõrge energiaga kiirgus. Need tungivad sügavale ja löövad aatomitelt ja molekulidelt elektronid lahti ning moodustavad ioone ja vabu radikaale, mis põhjustavad rakkudele ja kudedele, sealhulgas elutähtsatele biomolekulidele, nagu DNA ja ensüümid, parandamatut kahju. Kokkupuude väga suurte gammakiirte doosidega põhjustab elusorganismide surma, nagu juhtus Tšernobõli õnnetuspaiga ümbruse mändidega. Kuid mitte alati!  

Teatud seened mitte ainult ei jäänud ellu, vaid õitsesid ka Tšernobõli õnnetuspaigas, kus oli kõrge kiirgus.  

Kuigi õnnetuspaiga ümbruses 10 ruutkilomeetri suurusel alal hukkusid männid nädalate jooksul äärmiselt kõrge kiirgustaseme tõttu, siis teatud mustad seened, eriti Cladosporium sphaerospermum ja Alternaria alternata täheldati kahjustatud neljanda üksuse läheduses mitu aastat pärast õnnetust kasvavat, kuigi kiirgustase oli/on endiselt surmav. See oli üllatus. 2004. aastaks isoleeriti õnnetuspaigast erinevate uuringute abil umbes 2000 tüve 200 seeneliigist.  

Huvitaval kombel leiti, et seene hüüfid kasvasid ioniseeriva kiirguse allika suunas (täpselt nii, nagu taimed kasvavad päikesevalguse suunas, näidates üles fototropismi). Seente reaktsiooni mõõtmisel ioniseerivale kiirgusele näitasid teadlased, et nii beeta- kui ka gammakiirgus soodustavad hüüfide suunatud kasvu allika suunas.  

Kuna melaniseeritud mikroobiliigid on looduses levinumad, arvati, et melaniinipigmendil on roll mõnede seente tähelepanuväärses võimes ellu jääda ja edeneda lõhustuvate fragmentidega (radionukliididega) saastunud pinnases. 2007. aastal avaldatud katse näitas, et see oli tõepoolest nii. Melaniini kokkupuude ioniseeriva kiirgusega on võtmetähtsusega. Ioniseeriv kiirgus muutis melaniinipigmentide elektroonilisi omadusi, võimaldades melaniseeritud seenrakkudel pärast ioniseeriva kiirgusega kokkupuudet kiirendada kasvu. See näitas, et melaniinil on roll energia kogumisel (radiosünteesil), sarnaselt klorofülli rollile fotosünteesis. See tähendas ka võimalust kasutada neid seeni radionukliidide saastumise puhastamisel.   

Süvakosmose inimeste missioonid ja asulad  

Pikas perspektiivis seisavad kõik planetaarsed tsivilisatsioonid silmitsi eksistentsiaalsete ohtudega kosmosest tulevate mõjude tõttu, mistõttu on inimestel hädavajalik saada mitme planeediga liigiks. Süvakosmose inimmissioonid on ette nähtud inimasustuse rajamiseks Maast kaugemale. Artemise Kuumissioon on selles suunas algus, mille eesmärk on luua pikaajaline inimkohalolek Kuul ja selle ümbruses, et valmistuda inimmissioonideks ja -asustuseks Marsil.   

Üks suurimaid väljakutseid süvakosmose missioonidele on pidev võimsate kosmiliste kiirte voog, mis läbib kõikjal kosmoses. Maa magnetväli kaitseb meid kosmiliste kiirte eest Maal, kuid see on suurim terviserisk inimmissioonidele kosmoses. Seetõttu vajavad süvakosmose missioonid kosmiliste kiirte eest kaitsvaid kilpe. Teisest küljest võiks kosmiline kiirgus olla ka piiramatu energiaallikas ja suurendada pikemate süvakosmose missioonide energiaautonoomiat, kui oleks olemas sobiv tehnoloogia nende rakendamiseks. 

Tšernobõli kõrge kiirgusega aladel vohavad seened võivad pakkuda lahendust kosmilise kiirguse väljakutsetele süvakosmoses tegutsevatele inimmissioonidele ja -elupaikadele  

Nagu eespool mainitud, on teatud melaniseeritud seeni leitud kasvavat kahjustatud Tšernobõli tuumaelektrijaama kõrge kiirgusega saastekohas ja teistes Maa kõrge kiirgusega keskkondades. Ilmselt kasutavad nende seente melaniinipigmendid keemilise energia tootmiseks kõrge energiaga kiirgust (just nii, nagu rohelistes taimedes olev klorofül kasutab fotosünteesis päikesekiiri). Seega võivad Tšernobõli seentel olla potentsiaali toimida nii kaitsekilbina kõrge energiaga kosmiliste kiirte eest (kiirguskindlus) kui ka energiatootjana (radiosüntees) süvakosmosemissioonidel, kui nende võimed laienevad kosmilistele kiirtele kosmoses. Teadlased testisid seda kosmoses.  

Seen Cladosporium sphaerospermum kasvatati Rahvusvahelises Kosmosejaamas (ISS), et uurida selle kasvu ja võimet neelata ja summutada ioniseerivat kosmilist kiirt 26 päeva jooksul tingimustes, mis jäljendasid asustamist Marsi pinnal. Tulemus näitas kosmilise kiirguse nõrgenemist seenbiomassi tõttu ja kasvueelist kosmoses, mis viitab sellele, et teatud seente võimed Tšernobõli õnnetuspaigas laienevad ka kosmilistele kiirtele kosmoses.  

Seda on veel vara öelda, kuid tulevikus võib olla võimalik neid seeni Monni ja Marsi transportida, kus sobiva infrastruktuuri abil saaksid need seened keemilise energia tootjateks.  

*** 

viited:  

1. Ždanova NN, et al 2004. Ioniseeriv kiirgus meelitab ligi mullaseeni. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Dadachova E., et al 2007. Ioniseeriv kiirgus muudab melaniini elektroonilisi omadusi ja soodustab melaniseeritud seente kasvu. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Dighton J., Tugay T. ja Zhdanova N., 2008. Seened ja radionukliidide ioniseeriv kiirgus. FEMS Microbiology Letters, 281. köide, 2. väljaanne, aprill 2008, lk 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Ekaterina D. & Casadevall A., 2008. Ioniseeriv kiirgus: kuidas seened melaniini abil toime tulevad, kohanevad ja ära kasutavad. Current Opinion in Microbiology. 11. köide, 6. väljaanne, detsember 2008, lk 525–531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Averesch NJH et al 2022. Dematiaceous Fungus'e kasvatamine Cladosporium sphaerospermum Rahvusvahelises kosmosejaamas ja ioniseeriva kiirguse mõjud. Esikülg. Microbiol., 05. juuli 2022. Jaotis. Extreme Microbiology 13. köide 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Sihver L., 2022. Tšernobõli seened energiatootjana. Saadaval aadressil https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Tibolla MH ja Fischer J., 2025. Radiotroofsed seened ja nende kasutamine kiirgusest mõjutatud piirkondade biopuhastusvahenditena ja kaitsevahenditena. Teadus, ühiskond ja arendus. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

*** 

Teemaga seotud artiklid 

• Massilised väljasuremised elu ajaloos: NASA Artemise Kuu ja planeedikaitse DART-missioonide tähtsus (23 august 2022)  

• Artemise Kuu missioon: süvakosmose inimelupaiga poole (11 august 2022) 

• … Kahvatasinine täpp, ainus kodu, mida oleme kunagi tundnud (13 jaanuar 2022) 

***