Radiosinteza este captarea și metabolizarea teoretică a energiei radiațiilor ionizante de către organismele vii, prin analogie cu fotosinteza . Similar cu fotosinteza, care folosește energia luminii vizibile, se produce energie chimică . Cu toate acestea, dovezile pentru radiosinteză nu au fost încă furnizate.
Acest proces a fost descris pentru prima dată teoretic în 1956 într-o publicație a microbiologului sovietic Serghei Ivanovici Kuznetsov (1900-1987). [1] După accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl din 1986, peste 200 de specii de ciuperci [2] care conţin pigmentul melanină au fost găsite pe pereţii sălii reactorului şi în solul înconjurător. Melaninele sunt pigmenți care pot absorbi radiațiile ionizante. Testele ulterioare pe o specie au arătat că acestea cresc mai frecvent în funcție de iradiere, adică sunt ciuperci radiotrofe . [3] [4] Ar putea fi, de asemenea, demonstrată importanța melaninei pentru efectul radiotrofic.
Astfel de ciuperci „melanizate” au fost găsite și în zone sărace în nutrienți, la altitudine mare, expuse la niveluri ridicate de radiații ultraviolete. În urma rezultatelor rusești, o echipă americană de la Colegiul de Medicină Albert Einstein de la Universitatea Yeshiva din New York a început să experimenteze expunerea la radiații a melaninei și a ciupercilor melanizate. Ei au descoperit că radiațiile ionizante au crescut capacitatea melaninei de a susține o reacție metabolică importantă și că ciupercile Cryptococcus neoformans au crescut de trei ori mai repede decât în mod normal. Microbiologul Yekaterina Dadacheva a sugerat că astfel de ciuperci ar putea servi drept hrană și sursă de protecție împotriva radiațiilor pentru astronauții interplanetari care ar fi expuși la razele cosmice . În 2014, o echipă de cercetare americană a primit un brevet pentru o metodă de îmbunătățire a creșterii microorganismelor prin creșterea conținutului de melanină. Inventatorii acestui proces au susținut că ciupercile lor au aplicat radiosinteza și au emis ipoteza că radiosinteza ar fi putut juca un rol în viața timpurie pe Pământ, permițând ciupercilor melanizate să acționeze ca autotrofe . Din octombrie 2018 până în martie 2019, NASA a efectuat un experiment la bordul Stației Spațiale Internaționale pentru a studia ciupercile radiotrofe ca o potențială barieră de radiații pentru radiațiile dăunătoare din spațiu. Ciupercile radiotrofe au, de asemenea, multe utilizări posibile pe Pământ, inclusiv o metodă de eliminare a deșeurilor nucleare sau utilizarea ca biocombustibil la altitudine mare sau sursă de energie.
Capacitatea ciupercilor melanizate de a utiliza radiațiile electromagnetice pentru procesele fiziologice este de mare importanță pentru studiul fluxurilor de energie biologică în biosferă și pentru exobiologie , deoarece oferă noi mecanisme de supraviețuire în condiții extraterestre.
Ciupercile, cum ar fi Cryptococcus neoformans , care provoacă infecții grave la pacienții cu SIDA, au straturi de melanină pe membrane. Melanina este bogată în radicali - regiuni moleculare cu electroni neperechi foarte reactivi - care pot ajuta la apărarea atacurilor sistemului imunitar al oricărui organism pe care ciuperca încearcă să-l infecteze. Ciupercile melanizate migrează către sursele radioactive, care par să le sporească creșterea. Apa de răcire din unele reactoare nucleare în funcțiune devine neagră din cauza coloniilor de ciuperci bogate în melanină. [5] Acest fenomen, combinat cu capacitatea cunoscută a melaninei de a absorbi o gamă largă de radiații electromagnetice și de a converti această radiație în alte forme de energie , ridică posibilitatea ca melanina să fie, de asemenea, implicată în recoltarea unei astfel de energie pentru uz biologic. Ciupercile radiotrofe folosesc pigmentul melanina pentru a converti radiațiile gamma în energie chimică pentru creștere. Acest mecanism propus poate fi similar cu căile anabolice pentru sinteza carbonului organic redus (cum ar fi carbohidrații ) în organismele fototrofe , care convertesc fotonii din lumina vizibilă cu ajutorul pigmenților precum clorofila , a căror energie este apoi utilizată în fotoliza apa pentru a forma energie chimică utilă (ca ATP ) în timpul fotofosforilării sau fotosintezei. Cu toate acestea, nu se știe dacă ciupercile care conțin melanină folosesc aceeași cale în mai multe etape ca și fotosinteza sau unele dintre căile de chimiosinteză .
Aceste ciuperci par să exploateze atât modificările în structura chimică a melaninei și fenomenele de paramagnetism [6] , cât și caracteristicile compoziției chimice a melatoninei și aranjarea ei spațială [7] .
Într-un experiment, cercetătorii au descoperit că razele gamma au cauzat o creștere de patru ori a capacității melaninei de a cataliza reacția redox tipică metabolismului celular.
Ei au testat, de asemenea, răspunsul melaninei la razele gamma folosind rezonanța spinului electronic, o tehnică similară spectroscopiei de rezonanță magnetică nucleară. Razele gamma au modificat distribuția electronilor nepereche într-o moleculă.
Aceste rezultate sugerează că razele gamma excită unii dintre electronii melaninei, inițiind un proces încă necunoscut care va duce în cele din urmă la generarea de energie chimică; acest lucru poate fi similar cu modul în care fotosinteza furnizează energie plantelor. Cercetătorii sugerează că melanina poate colecta energie nu numai din razele gamma, ci și din radiațiile cu energie mai scăzută, cum ar fi razele X sau razele ultraviolete . „Cred că acesta este doar vârful aisbergului”, spune microbiologul Arturo Casadeval de la Colegiul de Medicină Albert Einstein din New York. [5] În timp ce unele detalii despre modul în care funcționează transducția energiei legate de melanină pot fi determinate prin legarea diferitelor observații și date indirecte, detaliile specifice sunt încă puțin înțelese.
| metabolismul în bacterii | |
|---|---|
| Fermentaţie | |
| Fotosinteză | |
| Chemosinteza | |
| Respirația anaerobă |
|