Radiosyntéza je teoretické zachycování a metabolismus energie ionizujícího záření živými organismy, analogicky s fotosyntézou . Podobně jako u fotosyntézy, která využívá energii viditelného světla, vzniká chemická energie . Důkazy pro radiosyntézu však dosud nebyly poskytnuty.
Tento proces byl poprvé teoreticky popsán v roce 1956 v publikaci sovětského mikrobiologa Sergeje Ivanoviče Kuzněcova (1900-1987). [1] Po havárii jaderné elektrárny v Černobylu v roce 1986 bylo na stěnách reaktorové haly a v okolní půdě nalezeno více než 200 druhů hub [2] obsahujících pigment melanin. Melaniny jsou pigmenty , které mohou absorbovat ionizující záření. Další testování na jednom druhu ukázalo, že rostou častěji v závislosti na ozáření, tedy že se jedná o radiotrofní houby . [3] [4] Dal by se ukázat i význam melaninu pro radiotrofní efekt.
Takové "melanizované" houby byly také nalezeny v oblastech s vysokou nadmořskou výškou chudých na živiny, vystavených vysokým úrovním ultrafialového záření. Po ruských výsledcích začal americký tým na Albert Einstein College of Medicine na Yeshiva University v New Yorku experimentovat s radiační expozicí melaninu a melanizovaných hub. Zjistili, že ionizující záření zvyšuje schopnost melaninu podporovat důležitou metabolickou reakci a že houby Cryptococcus neoformans rostou třikrát rychleji než normálně. Mikrobioložka Jekatěrina Dadačevová navrhla, že takové houby by mohly sloužit jako potrava a zdroj radiační ochrany pro meziplanetární astronauty, kteří by byli vystaveni kosmickému záření . V roce 2014 získal americký výzkumný tým patent na metodu, jak posílit růst mikroorganismů zvýšením obsahu melaninu. Vynálezci tohoto procesu tvrdili, že jejich houby aplikovaly radiosyntézu a předpokládali, že radiosyntéza mohla hrát roli v raném životě na Zemi tím, že umožnila melanizovaným houbám působit jako autotrofy . Od října 2018 do března 2019 provedla NASA na palubě Mezinárodní vesmírné stanice experiment s cílem studovat radiotrofní houby jako potenciální radiační bariéru škodlivému záření ve vesmíru. Radiotrofní houby mají také mnoho možných využití na Zemi, potenciálně včetně způsobu likvidace jaderného odpadu nebo použití jako vysokohorské biopalivo nebo zdroj energie.
Schopnost melanizovaných hub využívat elektromagnetické záření pro fyziologické procesy má velký význam pro studium biologických energetických toků v biosféře a pro exobiologii , protože poskytuje nové mechanismy pro přežití v mimozemských podmínkách.
Houby, jako je Cryptococcus neoformans , které způsobují vážné infekce u pacientů s AIDS, mají na svých membránách vrstvy melaninu. Melanin je bohatý na radikály – molekulární oblasti s vysoce reaktivními nepárovými elektrony – které mohou pomoci odrazit útoky imunitního systému jakéhokoli organismu, který se houba snaží infikovat. Melanizované houby migrují do radioaktivních zdrojů, které zřejmě podporují jejich růst. Chladicí voda v některých fungujících jaderných reaktorech zčerná kvůli koloniím hub bohatých na melanin. [5] Tento jev v kombinaci se známou schopností melaninu absorbovat širokou škálu elektromagnetického záření a přeměňovat toto záření na jiné formy energie , zvyšuje možnost, že melanin se také podílí na získávání takové energie pro biologické využití. Radiotrofní houby používají pigment melanin k přeměně gama záření na chemickou energii pro růst. Tento navrhovaný mechanismus může být podobný anabolickým drahám pro syntézu redukovaného organického uhlíku (jako jsou uhlohydráty ) ve fototrofních organismech, které přeměňují fotony z viditelného světla pomocí pigmentů, jako je chlorofyl , jehož energie se pak využívá při fotolýze vody za vzniku užitečné chemické energie (jako ATP ) během fotofosforylace nebo fotosyntézy. Není však známo, zda houby obsahující melanin používají stejnou vícestupňovou cestu jako fotosyntéza nebo některé z cest chemosyntézy .
Zdá se, že tyto houby využívají jak změny v chemické struktuře melaninu a jevů paramagnetismu [6] , tak i charakteristiky chemického složení melatoninu a jeho prostorového uspořádání [7] .
V jednom experimentu vědci zjistili, že gama záření způsobilo čtyřnásobné zvýšení schopnosti melaninu katalyzovat redoxní reakci typickou pro buněčný metabolismus.
Testovali také reakci melaninu na gama záření pomocí elektronové spinové rezonance, což je technika podobná nukleární magnetické rezonanční spektroskopii. Gama záření změnilo rozložení nepárových elektronů v molekule.
Tyto výsledky naznačují, že gama paprsky excitují některé z elektronů melaninu, čímž iniciují dosud neznámý proces, který nakonec povede ke vzniku chemické energie; může to být podobné tomu, jak fotosyntéza dodává energii rostlinám. Vědci naznačují, že melanin může získávat energii nejen z gama paprsků, ale také ze záření s nižší energií, jako je rentgenové nebo ultrafialové záření . "Myslím, že je to jen špička ledovce," říká mikrobiolog Arturo Casadeval z Albert Einstein College of Medicine v New Yorku. [5] Zatímco některé podrobnosti o tom, jak funguje transdukce energie související s melaninem, lze určit propojením různých pozorování a nepřímých údajů, konkrétní podrobnosti jsou stále špatně pochopeny.
| metabolismus u bakterií | |
|---|---|
| Kvašení | |
| Fotosyntéza | |
| Chemosyntéza | |
| Anaerobní dýchání |
|