Radiosyntese er den teoretiske indfangning og metabolisme af ioniserende strålingsenergi af levende organismer, analogt med fotosyntese . I lighed med fotosyntese, som bruger energien fra synligt lys, produceres kemisk energi . Beviser for radiosyntese er dog endnu ikke blevet fremlagt.
Denne proces blev først beskrevet teoretisk i 1956 i en publikation af den sovjetiske mikrobiolog Sergei Ivanovich Kuznetsov (1900-1987). [1] Efter ulykken på atomkraftværket i Tjernobyl i 1986 blev der fundet mere end 200 svampearter [2] indeholdende pigmentet melanin på væggene i reaktorhallen og i den omgivende jord. Melaniner er pigmenter , der kan absorbere ioniserende stråling. Yderligere test på en art viste, at de vokser hyppigere afhængigt af bestråling, dvs. at de er radiotrofiske svampe . [3] [4] Betydningen af melanin for den radiotrofiske effekt kunne også påvises.
Sådanne "melaniserede" svampe er også blevet fundet i næringsfattige, højtliggende områder, der er udsat for høje niveauer af ultraviolet stråling. Efter de russiske resultater begyndte et amerikansk hold ved Albert Einstein College of Medicine ved Yeshiva University i New York at eksperimentere med strålingseksponering af melanin og melaniserede svampe. De fandt ud af, at ioniserende stråling øgede melanins evne til at understøtte en vigtig metabolisk reaktion, og at Cryptococcus neoformans- svampe voksede tre gange hurtigere end normalt. Mikrobiolog Yekaterina Dadacheva foreslog, at sådanne svampe kunne tjene som mad og en kilde til strålingsbeskyttelse for interplanetariske astronauter, som ville blive udsat for kosmiske stråler . I 2014 modtog et amerikansk forskerhold patent på en metode til at øge væksten af mikroorganismer ved at øge melaninindholdet. Opfinderne af denne proces hævdede, at deres svampe anvendte radiosyntese og antog, at radiosyntese kan have spillet en rolle i det tidlige liv på Jorden ved at tillade melaniserede svampe at fungere som autotrofer . Fra oktober 2018 til marts 2019 gennemførte NASA et eksperiment ombord på den internationale rumstation for at studere radiotrofiske svampe som en potentiel strålingsbarriere for skadelig stråling i rummet. Radiotrofiske svampe har også mange mulige anvendelser på Jorden, potentielt inklusiv en metode til bortskaffelse af nukleart affald eller brug som biobrændstof eller strømkilde i stor højde .
Melaniserede svampes evne til at bruge elektromagnetisk stråling til fysiologiske processer er af stor betydning for studiet af biologiske energistrømme i biosfæren og for exobiologi , da det giver nye mekanismer til overlevelse under udenjordiske forhold.
Svampe, såsom Cryptococcus neoformans , der forårsager alvorlige infektioner hos AIDS-patienter, har lag af melanin på deres membraner. Melanin er rig på radikaler - molekylære områder med meget reaktive uparrede elektroner - som kan hjælpe med at afværge angreb fra immunsystemet af enhver organisme, som svampen forsøger at inficere. Melaniserede svampe migrerer til radioaktive kilder, som ser ud til at øge deres vækst. Kølevand i nogle atomreaktorer i drift bliver sort på grund af kolonier af melaninrige svampe. [5] Dette fænomen, kombineret med melanins kendte evne til at absorbere en bred vifte af elektromagnetisk stråling og omdanne denne stråling til andre former for energi , rejser muligheden for, at melanin også er involveret i at høste sådan energi til biologisk brug. Radiotrofiske svampe bruger pigmentet melanin til at omdanne gammastråling til kemisk energi til vækst. Denne foreslåede mekanisme kan ligne de anabolske veje til syntese af reduceret organisk kulstof (såsom kulhydrater ) i fototrofe organismer, som omdanner fotoner fra synligt lys ved hjælp af pigmenter såsom klorofyl , hvis energi derefter bruges i fotolysen af vand til at danne nyttig kemisk energi (som ATP ) under fotofosforylering eller fotosyntese. Det vides dog ikke, om melaninholdige svampe bruger den samme flertrinsvej som fotosyntese eller nogle af kemosyntesevejene .
Disse svampe ser ud til at udnytte både ændringer i den kemiske struktur af melanin og fænomenerne paramagnetisme [6] , såvel som karakteristika ved den kemiske sammensætning af melatonin og dets rumlige arrangement [7] .
I et eksperiment fandt forskere ud af, at gammastråler forårsagede en firedobling af melanins evne til at katalysere redoxreaktionen, der er typisk for cellulær metabolisme.
De testede også melanins reaktion på gammastråler ved hjælp af elektronspinresonans, en teknik der ligner kernemagnetisk resonansspektroskopi. Gammastråler har ændret fordelingen af uparrede elektroner i et molekyle.
Disse resultater tyder på, at gammastråler exciterer nogle af melanin-elektronerne, og initierer en endnu ukendt proces, der til sidst vil føre til generering af kemisk energi; dette kan ligne, hvordan fotosyntese leverer energi til planter. Forskerne foreslår, at melanin ikke kun kan høste energi fra gammastråler, men også fra stråling med lavere energi, såsom røntgenstråler eller ultraviolette stråler . "Jeg tror, det her kun er toppen af isbjerget," siger mikrobiolog Arturo Casadeval fra Albert Einstein College of Medicine i New York. [5] Mens nogle af detaljerne om, hvordan melanin-relateret energitransduktion fungerer, kan bestemmes ved at forbinde forskellige observationer og indirekte data, er de specifikke detaljer stadig dårligt forstået.
| stofskifte i bakterier | |
|---|---|
| Fermentering | |
| Fotosyntese | |
| Kemosyntese | |
| Anaerob respiration |
|