最新研究:微生物可以吃核辐射

2020-12-10 14:16 来源:IT之家

据国外媒体报道,世界上发生严重核事故的并不多。切尔诺贝利事故是迄今为止最严重的一次。爆炸产生的有害辐射使切尔诺贝利核电站周围的地区在大约20,000年内不适合人类居住。

然而,核电站的担忧不仅仅是爆炸。如何处理核反应堆产生的核废料也是一个严重的问题。核电站由高放射性元素(如铀)提供动力。这些元素会分解成其他放射性元素。铀及其副产品释放的电离辐射可以改变我们的DNA。长期接触核辐射会增加患癌症的风险。

核电站

目前,核电站产生的放射性废物被冷却并储存在包裹在混凝土中的大型不锈钢容器中。大量的核废料被填充在混凝土中,深埋在地下。虽然这些方法今天仍然有效,但由于全球人口的增长,它们很难维持。填埋放射性废物还有另一个风险:混凝土中的废物可能会渗入周围环境并影响食物链。因此,我们需要一种更好的方法来一劳永逸地处理放射性废物。

储存在地下的放射性废物桶

让它们来吃掉废弃物!

现在,请欢迎我们多才多艺的微生物朋友!在微生物的帮助下,我们可以真正清除核废料。曼彻斯特大学的科学家发现了一种叫做地球杆菌的细菌,它不仅可以在辐射下存活,还可以依次使用辐射。地霉具有氧化有机化合物和金属(包括铁和放射性金属)的独特能力。他们甚至可以在高碱度和缺氧的环境中生存(例如核废料储存的地下深处)。

如果地下水接触到存放核废料的混凝土屏蔽室,两者之间的反应会增加碱度。一些核废料还含有废弃过滤器或工作服中的纤维素。在高碱度环境下,这些纤维素会分解成同晶酸(ISA)。异糖酸然后可以与铀反应,形成更易溶解的化合物。这种化合物可能会泄漏,甚至污染地下水。然而,地质杆菌可以防止这种潜在的致命灾难,因为它可以分解同构酸,并将其用作食物和能量的来源。这样铀就会保持原来不溶的固态。这种状态的铀不会污染饮用水或食物链,从而有可能挽救无数生命。

在另一个例子中,美国能源部的一个研究项目发现了一种叫做伯克霍尔德氏菌的菌株,它也可以利用铀。这一发现的特别之处在于,当时(2015年4月)伯克霍尔德氏菌与铀还原无关。

科学家认为,该地区还有其他消耗铀的细菌,随着时间的推移,这种菌株已经“学会”了这种新的铀还原技能。这也是伯克霍尔德氏菌的一个特点:它们可以与邻近的细菌交换遗传物质(DNA)。交换的DNA可以带来对抗生素或重金属毒性的抗性。而伯克霍尔德氏菌可能交换了一些DNA,这样就可以还原铀。

细菌基因交换的方式

辐射克星

真菌在减少辐射方面并不落后于细菌。这一证据直接来自废弃的切尔诺贝利核电站的中心位置。悲剧发生十年后,研究人员派出机器人搜寻危险区域,然后在受损的反应堆壁上发现了黑色真菌。研究还表明,这种真菌能分解核反应堆热核中的放射性石墨。另一个有趣的发现是,真菌似乎正在向辐射源方向生长。

研究人员从采集的样品中鉴定出三种真菌,即球菌枝孢霉、新型隐球菌和王氏真菌皮炎。研究人员还在这三种真菌中发现了大量黑色素。黑色素也存在于人的皮肤中。我们知道黑色素可以吸收光,但它可以消除辐射。然而,在这些真菌中,相同的黑色素吸收辐射并利用它生长,就像植物利用叶绿素通过光合作用将阳光转化为能量一样。

与其他缺乏黑色素的真菌相比,含有黑色素的真菌在辐射下生长更快。这是因为真菌黑色素分子的形状因辐射暴露而改变。这种变化导致黑色素进行典型代谢化学反应的能力增加了四倍。

切尔诺贝利4号反应堆内部

从那以后,研究人员从切尔诺贝利发现了37种真菌。其中,多毛青霉菌、枝孢霉。酿酒酵母和杂色曲霉甚至可能是具有极高放射性底物的活性生物破坏剂。除了生物修复,切尔诺贝利发现的喜辐射真菌也可能解决NASA的辐射问题。NASA已经下定决心要把人类送上火星。但是他们面临的最大障碍之一是如何保护宇航员免受辐射危害。我们在地球上,受到大气和磁场的保护。但是在太空、月球和火星,没有这些保护,人类根本无法生存。因此,科学家们正在寻找可行的方法来保护宇航员。

国际空间站

喷气推进实验室的研究人员已经将从切尔诺贝利分离出的八种真菌送往国际空间站,希望找到解决方案。在国际空间站上,宇航员发现这些真菌可以降低大约2%的辐射水平。虽然这2%远不足以保护宇航员,但至少我们看到了未来的希望。比如宇航员离开时可以携带少量的真菌菌落,到达火星后再将真菌种植在盾状结构上。真菌繁殖后,可以提供优质低价的额外保护。

毫无疑问,微生物为不断增加的放射性废物提供了永久的解决方案,许多研究项目也在寻找其他能够代谢放射性物质的新微生物。有了这些新发现,我们将能够在未来用微生物清理每一个现有核电站产生的放射性废物。