切尔诺贝利真菌作为深空任务抵御宇宙射线的屏障 

1986年，位于乌克兰（原苏联）的切尔诺贝利核电站4号机组发生大规模火灾和蒸汽爆炸。这场史无前例的事故导致超过5%的放射性反应堆堆芯物质泄漏到环境中，这些物质包含100多种放射性元素（主要为碘-131、铯-137和锶-90）。辐射水平极高，附近的生物根本无法生存。事故现场周围10平方公里范围内的松树在几周内因暴露于致命剂量的辐射而死亡。然而，某些霉菌和黑真菌不仅在如此高的辐射水平下存活下来，而且在事故现场繁衍生息。随后的研究从现场分离出约200种真菌的2000个菌株。研究发现，这些真菌菌丝会像绿色植物向阳生长一样，朝着电离β射线和γ射线源的方向生长。更有趣的是，暴露于电离辐射似乎能促进黑色素化真菌细胞的生长，这表明黑色素在高能辐射下能够捕获能量（类似于光合作用中叶绿素在阳光下捕获能量）。2022年，国际空间站（ISS）上的一项实验表明，这些真菌在太空中也展现出抗辐射和辐射合成的能力。这表明，能够在切尔诺贝利事故现场等极端辐射条件下生存和繁衍的黑色素化真菌，可以用于屏蔽深空人类居住设施免受宇宙射线的辐射，并捕获宇宙射线能量，从而增强阿尔忒弥斯等深空任务的能源自主性，最终为未来在月球和火星上建立人类居住基地奠定基础。  

世界各地的核反应堆大多使用浓缩铀作为裂变材料，其中铀-235的含量约为3-5%（一些先进增殖反应堆也可能使用钚-239或钍-233）。反应堆中铀-235受控裂变的主要产物是氪和钡的轻核、自由中子以及大量的能量。不稳定的轻裂变碎片（氪核和钡核）进一步发生放射性衰变，会释放出β粒子、γ射线和其他稳定的副产物。  

切尔诺贝利事故（1986年） 

1986年，位于乌克兰（当时属于苏联）的切尔诺贝利核电站4号机组发生火灾和蒸汽爆炸，导致超过5%的放射性反应堆堆芯物质泄漏到环境中。这场史无前例的事故向环境中释放了100多种放射性元素，其中主要的有碘-131、铯-137和锶-90。后两种放射性同位素（即铯-137和锶-90）由于半衰期较长（约30年），至今仍大量存在于当地环境中。正是这两种同位素导致切尔诺贝利禁区成为地球上放射性污染最严重的地区。  

该地点附近隔离区内的一些地方辐射水平极高。被毁的反应堆厂房的辐射水平超过每小时 20,000 伦琴（相比之下，5 小时 500 伦琴左右的辐射剂量就是致死剂量，这还不到被毁反应堆附近辐射水平的 1%）。   

切尔诺贝利核电站周围10平方公里禁区（被称为“红森林”）的辐射水平极高，数千棵松树在暴露于约60-100戈瑞（Gy）的辐射后数周内死亡。这种辐射剂量对该地区的松树来说是致命的，它们变成锈红色后枯死。即使在今天，红森林某些地区的伽马射线峰值仍约为17毫雷姆/小时（约170微西弗/小时）。伽马射线是高能辐射，它们穿透力极强，能从原子和分子中击出电子，形成离子和自由基，对细胞和组织（包括DNA和酶等重要生物分子）造成不可逆的损伤。暴露于极高剂量的伽马射线会导致生物体死亡，就像切尔诺贝利事故现场周围的松树那样。但并非总是如此！  

某些真菌不仅在高辐射的切尔诺贝利事故现场存活下来，而且还繁衍生息。  

事故现场周围10平方公里范围内的松树在几周内因暴露于极高的辐射水平而死亡，而某些黑色真菌，特别是…… 球孢枝孢菌 和 链格孢属 事故发生几年后，人们发现受损的4号机组附近有真菌生长，尽管当时的辐射水平仍然致命。这令人惊讶。到2004年，各项研究已从事故现场分离出约200种真菌，共计2000株。  

有趣的是，研究发现真菌菌丝会朝着电离辐射源生长（就像植物向光性地向着阳光生长一样）。通过测量真菌对电离辐射的反应，研究人员发现β射线和γ射线都能促进菌丝向辐射源定向生长。  

由于黑色素化的微生物物种在自然界中更为常见，人们认为黑色素色素在某些真菌能够在受裂变碎片（放射性核素）污染的土壤中生存和繁衍的非凡能力中发挥着作用。2007年发表的一项实验证实了这一点。黑色素暴露于电离辐射是关键。电离辐射改变了黑色素色素的电子特性，使黑色素化的真菌细胞在暴露于电离辐射后能够更快地生长。这表明黑色素在能量捕获（放射合成）中发挥着作用，类似于叶绿素在光合作用中的作用。这也意味着有可能利用这些真菌来清理放射性核素污染。   

深空人类任务和居住  

从长远来看，所有行星文明都面临着来自太空撞击的生存威胁，因此人类必须成为多行星物种。深空载人任务旨在地球之外建立人类居住地。阿尔忒弥斯登月计划正是朝着这个方向迈出的第一步，其目标是在月球及其周围建立长期的人类存在，为未来在火星上开展载人任务和建立居住地做好准备。   

深空载人任务面临的最大挑战之一是无处不在的强大宇宙射线。地球磁场保护我们在地球上免受宇宙射线的侵害，但对于太空中的人类任务而言，宇宙射线却是最大的健康风险。因此，深空任务需要防护罩来抵御宇宙射线。另一方面，如果拥有合适的技术来利用宇宙辐射，它也可以成为一种无限的能源，并增强长期深空任务的能源自主性。 

在切尔诺贝利高辐射地区繁衍生息的真菌或许能为解决宇宙辐射对深空载人任务和居住带来的挑战提供方案。  

如上所述，某些黑色素真菌生长在受损的切尔诺贝利核电站的高辐射污染区以及地球上其他高​​辐射环境中。显然，这些真菌中的黑色素能够利用高能辐射产生化学能（就像绿色植物中的叶绿素利用太阳光进行光合作用一样）。因此，如果切尔诺贝利真菌的能力能够扩展到太空中的宇宙射线，它们或许能够在深空任务中发挥双重作用：既能作为抵御高能宇宙射线的防护屏障（抗辐射），又能作为能量生产者（辐射合成）。研究人员已在太空中对此进行了验证。  

真菌 球孢枝孢菌 研究人员在国际空间站（ISS）上培养了这种真菌，以研究其在模拟火星表面居住环境的条件下，26天内的生长情况以及吸收和减弱电离宇宙射线的能力。结果表明，真菌生物量能够衰减宇宙辐射，并且在太空中具有生长优势。这表明，某些真菌在切尔诺贝利事故现场展现出的能力，同样可以应用于太空中的宇宙射线防护。  

现在下结论还为时过早，但未来或许有可能将这些真菌运送到月球和火星，借助合适的基础设施，这些真菌将成为化学能源生产者。  

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参考文献：  

1. 日丹诺娃 NN， 等 2004. 电离辐射吸引土壤真菌。真菌学研究。108：1089–1096。DOI： https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Dadachova E.， 等 2007. 电离辐射改变黑色素的电子特性并促进黑色素化真菌的生长。PLOS One。DOI： https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Dighton J.、Tugay T. 和 Zhdanova N.，2008。真菌与放射性核素的电离辐射。《FEMS微生物学快报》，第281卷，第2期，2008年4月，第109-120页。DOI： https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Ekaterina D. 和 Casadevall A.，2008。电离辐射：真菌如何借助黑色素应对、适应和利用。《微生物学最新观点》，第11卷，第6期，2008年12月，第525-531页。DOI： https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. 阿维雷什 NJH 等 2022.暗色真菌的栽培 球孢枝孢菌 国际空间站上的电离辐射效应。《微生物学前沿》，2022年7月5日，极端微生物学分册，第13卷，2022年。DOI： https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Sihver L.，2022。《切尔诺贝利真菌作为能源生产者》。可访问以下网址获取： https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Tibolla MH 和 Fischer J.，2025。《放射性真菌及其在辐射影响区域生物修复和防护中的应用》。《研究、社会与发展》。DOI： https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

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