Tsjernobil-swamme as skild teen kosmiese strale vir diepruimtemissies 

In 1986 het die 4de eenheid van die Tsjernobil-kernkragsentrale in Oekraïne (voorheen die Sowjetunie) 'n massiewe brand en stoomontploffing opgedoen. Die ongekende ongeluk het meer as 5% van die radioaktiewe reaktorkern, wat meer as 100 radioaktiewe elemente (hoofsaaklik jodium-131, sesium-137 en strontium-90) in die omgewing bevat het, vrygestel. Die stralingsvlak was uiters hoog vir die lewensvorme in die omgewing om te oorleef. Die dennebome in die 10 vk km-gebied rondom die ongelukstoneel is binne weke doodgemaak as gevolg van blootstelling aan dodelike dosisse straling. Sekere swamme en swart swamme het egter nie net die gevaarlik hoë stralingsvlak oorleef nie, maar is ook op die ongelukstoneel gevind om te floreer. Daaropvolgende studies het ongeveer 2000 stamme van 200 spesies swamme van die terrein geïsoleer. Daar is gevind dat die swamhifes na die bron van ioniserende beta- en gammastraling gegroei het, net soos groen plante na sonlig groei. Meer interessant is dat blootstelling aan ioniserende straling die gemelaniseerde swamselle 'n verbeterde groei in staat gestel het, wat dui op energie-opname deur melanienpigment in die teenwoordigheid van hoë-energie-straling (soortgelyk aan energie-opname deur chlorofil in sonlig tydens fotosintese). In 2022 het 'n eksperiment aan boord van die Internasionale Ruimtestasie (ISS) gedemonstreer dat hierdie swamme ook die vermoëns van radioweerstand en radiosintese in die ruimte vertoon. Dit dui daarop dat die gemelaniseerde swamme wat oorleef en floreer in uiterste stralingstoestande soos die Tsjernobil-ongelukterrein, gebruik kan word om menslike bewoning in die diep ruimte teen kosmiese strale te beskerm en om energie (van die kosmiese strale) vas te vang om die energie-outonomie van die diep ruimte-missies soos Artemis na toekomstige menslike bewoning op die Maan en Mars te verbeter.  

Kernreaktore wêreldwyd gebruik meestal verrykte uraan wat ongeveer 3-5% Uraan-235 as splytbare materiaal bevat (sommige gevorderde teelreaktore kan ook Plutonium-239 of Thorium-233 gebruik). Die primêre produkte van beheerde splyting van Uraan-235 in die reaktore is ligter kerne van Kripton en Barium, vrye neutrone en 'n groot hoeveelheid energie. Verdere radioaktiewe verval van onstabiele ligter splytbare fragmente (Kripton- en Bariumkerne) stel beta-deeltjies, gammastrale en ander stabiele neweprodukte vry.  

Tsjernobil-ongeluk (1986) 

In 1986 het 'n brand en stoomontploffing by die 4de eenheid van die Tsjernobil-kernkragsentrale in Oekraïne (toe die Sowjetunie) gelei tot die vrystelling van meer as 5% van die radioaktiewe reaktorkern in die omgewing. Die ongekende ongeluk het meer as 100 radioaktiewe elemente in die omgewing vrygestel, waarvan die belangrikste jodium-131, sesium-137 en strontium-90 was. Laasgenoemde twee (naamlik sesium-137 en strontium-90) is steeds in beduidende hoeveelhede in die plaaslike omgewing teenwoordig, aangesien hulle langer halfleeftye van ongeveer 30 jaar het. Hierdie twee isotope is hoofsaaklik verantwoordelik vir die Uitsluitingsone as die mees radioaktief besoedelde gebied op Aarde.  

Sommige plekke in die Uitsluitingsone naby die terrein het uiters hoë stralingsvlakke. Die vernietigde reaktorgebou het 'n stralingsvlak van meer as 20 000 röntgen per uur (ter vergelyking, ongeveer 500 röntgen oor vyf uur is die dodelike dosis straling, wat minder as 1% van die straling naby die vernietigde reaktorterrein is).   

Die stralingsvlak in die 10 vk km-gebied rondom die Tsjernobil-aanleg binne die Uitsluitingsone (genoem Rooi Woud) was so hoog dat duisende dennebome binne weke gevrek het nadat hulle aan ongeveer 60-100 Grays (Gy) straling blootgestel is. Hierdie stralingsdosis was dodelik vir dennebome in die gebied wat roesrooi geword het en gevrek het. Selfs vandag bereik die gammastrale 'n piek van ongeveer 17 millirem/uur (ongeveer 170 µSv/h) op sommige plekke in die Rooi Woud. Gammastrale is baie hoë-energie straling. Hulle dring diep binne en slaan elektrone van atome en molekules af en vorm ione en vrye radikale wat onherstelbare skade aan selle en weefsels veroorsaak, insluitend lewensbelangrike biomolekules soos DNS en ensieme. Blootstelling aan baie hoë dosisse gammastrale lei tot die dood van lewende organismes soos wat met die dennebome rondom die Tsjernobil-ongelukterrein gebeur het. Maar nie altyd nie!  

Sekere swamme het nie net oorleef nie, maar het gefloreer op die hoë-straling Tsjernobil-ongelukterrein  

Terwyl dennebome in die 10 vk km-gebied rondom die ongelukstoneel binne weke dood is weens blootstelling aan uiters hoë stralingsvlakke, het sekere swart swamme, veral Cladosporium sphaerospermum en Alternaria alternata is waargeneem in die omgewing van die beskadigde 4de eenheid 'n paar jaar na die ongeluk, al was/is die stralingsvlak steeds dodelik. Dit was 'n verrassing. Teen 2004 het verskeie studies ongeveer 2000 stamme van 200 spesies swamme van die ongelukstoneel geïsoleer.  

Interessant genoeg is gevind dat die swam-hifes na die bron van ioniserende straling gegroei het (net soos plante na sonlig toe groei, wat fototropisme toon). Na meting van die swam se reaksie op ioniserende straling het navorsers getoon dat beide beta- en gammastraling gerigte groei van hifes na die bron toe bevorder.  

Omdat gemelaniseerde mikrobiese spesies meer algemeen in die natuur voorkom, is daar gedink dat melanienpigment 'n rol speel in hierdie merkwaardige vermoë van sommige swamme om te oorleef en te floreer in gronde wat besmet is met splytbare fragmente (radionukliede). 'n Eksperiment wat in 2007 gepubliseer is, het bevind dat dit inderdaad die geval was. Blootstelling van melanien aan ioniserende straling is die sleutel. Die ioniserende straling het die elektroniese eienskappe van melanienpigmente verander, wat gemelaniseerde swamselle 'n verbeterde groei na blootstelling aan ioniserende straling moontlik gemaak het. Dit het aangedui dat melanien 'n rol speel in energie-opname (radiosintese), soortgelyk aan wat chlorofil in fotosintese speel. Dit het ook die moontlikheid beteken om hierdie swamme te gebruik in die opruiming van radionukliede-besoedeling.   

Menslike missies en woonplekke in die diep ruimte  

Op die lange duur loop alle planetêre beskawings eksistensiële bedreigings van impakte vanuit die ruimte, vandaar die noodsaaklikheid vir mense om 'n multiplanetêre spesie te word. Diepruimte-bemande missies word in die vooruitsig gestel vir die oprigting van menslike woonplekke buite die aarde. Die Artemis-maanmissie is 'n begin in hierdie rigting wat daarop gemik is om langtermyn menslike teenwoordigheid op en om die Maan te skep ter voorbereiding van menslike missies en woonplekke op Mars.   

Een van die grootste uitdagings voor die diepruimte-bemande missies word veroorsaak deur die konstante vloei van kragtige kosmiese strale wat oral in die ruimte deurdring. Die aarde se magneetveld beskerm ons teen kosmiese strale op aarde, maar dit is die grootste gesondheidsrisiko vir menslike missies in die ruimte. Daarom benodig diepruimte-missies beskermende skilde teen kosmiese strale. Aan die ander kant kan kosmiese straling ook 'n onbeperkte bron van energie wees en die energie-outonomie van die langer diepruimte-missies verbeter as daar geskikte tegnologie was om dit te benut. 

Swamme wat floreer in hoë-straling Tsjernobil-terrein kan 'n oplossing bied vir uitdagings wat kosmiese straling vir menslike missies en woonplekke in die diep ruimte inhou.  

Soos hierbo bespreek, word sekere gemelaniseerde swamme gevind om te groei in die hoë-straling-besoedelingsterrein van die beskadigde Tsjernobil-kernkragsentrale en ander hoë-stralingsomgewings op Aarde. Blykbaar gebruik die melanienpigmente in hierdie swamme die hoë-energie-straling om chemiese energie op te wek (net soos die chlorofil in die groen plante sonstrale in fotosintese gebruik). Dus, die Tsjernobil-swamme kan die potensiaal hê om beide as 'n beskermende skild teen hoë-energie kosmiese strale (radioweerstand) sowel as energieprodusent (radiosintese) in diep ruimtemissies op te tree as hul vermoëns strek tot kosmiese strale in die ruimte. Navorsers het dit in die ruimte getoets.  

Die swam Cladosporium sphaerospermum is aan boord van die Internasionale Ruimtestasie (ISS) gekweek om die groei en vermoë daarvan om ioniserende kosmiese strale oor 26 dae te absorbeer en te demp, te bestudeer in 'n toestand wat bewoning op die oppervlak van Mars naboots. Die resultaat het kosmiese stralingsverswakking as gevolg van swambiomassa en 'n groeivoordeel in die ruimte getoon, wat daarop dui dat die vermoëns wat deur sekere swamme by die Tsjernobil-ongelukterrein vertoon word, uitgebrei kan word na kosmiese strale in die ruimte.  

Dit is te vroeg om te sê, maar dit mag dalk in die toekoms moontlik wees om hierdie swamme na die Monn en Mars te vervoer waar hierdie swamme met behulp van geskikte infrastruktuur as chemiese energieprodusente funksioneel sal word.  

*** 

Verwysings:  

1. Zhdanova NN, et al 2004. Ioniserende straling lok grondswamme. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Dadachova E., et al 2007. Ioniserende straling verander die elektroniese eienskappe van melanien en verbeter die groei van gemelaniseerde swamme. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Dighton J., Tugay T., en Zhdanova N., 2008. Swamme en ioniserende straling van radionukliede. FEMS Microbiology Letters, Volume 281, Uitgawe 2, April 2008, Bladsye 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Ekaterina D. & Casadevall A., 2008. Ioniserende straling: hoe swamme met behulp van melanien hanteer, aanpas en benut. Huidige Opinie in Mikrobiologie. Volume 11, Uitgawe 6, Desember 2008, Bladsye 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Averesch NJH et al 2022. Kweek van die Dematiaceous Fungus Cladosporium sphaerospermum Aan boord van die Internasionale Ruimtestasie en die gevolge van ioniserende straling. Front. Microbiol., 05 Julie 2022. Afd. Ekstreme Mikrobiologie Volume 13 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Sihver L., 2022. Tsjernobil-swamme as 'n energieprodusent. Beskikbaar by https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Tibolla MH, en Fischer J., 2025. Radiotrofiese swamme en hul gebruik as bioremediëringsmiddels van gebiede wat deur bestraling geraak word en as beskermende middels. Navorsing, Samelewing en Ontwikkeling. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

*** 

Verwante artikels 

• Massa-uitsterwings in die geskiedenis van lewe: Betekenis van NASA se Artemis Moon en Planetary Defence DART-missies (23 Augustus 2022)  

• Artemis Moon Mission: Towards Deep Space Human Habitation (11 Augustus 2022) 

• .... Ligblou kolletjie, die enigste huis wat ons nog ooit geken het (13 Januarie 2022) 

***