Il più grande disastro nucleare della storia ha portato alla scoperta di funghi capaci di prosperare tra le radiazioni (grazie alla melanina)

All’inizio degli anni Novanta, gli scienziati che analizzarono lo strano fungo nero rinvenuto all’interno del reattore 4 di Chernobyl scoprirono che aveva una caratteristica sensazionale: questo organismo microscopico non soltanto era resistente alle radiazioni ionizzanti, ma sapeva sfruttare i raggi gamma per il suo metabolismo, un po’ come fanno le piante con l’energia luminosa del sole.

La scoperta portò all’individuazione di moltissime specie di funghi radiotrofici, e gli scienziati iniziarono a comprendere che la chiave di tutto era la melanina, una grossa molecola capace di schermare l’organismo dai raggi gamma e trasformare le radiazioni in energia chimica da spendere per il metabolismo. Le scoperte di Chernobyl, così, hanno permesso di individuare un fenomeno che potrebbe rivoluzionare diversi settori, dalla medicina all’esplorazione spaziale.

La vita che prospera nell’acqua radioattiva di Chernobyl

Dopo l’esplosione del reattore 4, la zona di esclusione di Chernobyl divenne in breve tempo un’area completamente deserta. La città di Pryp’jat’ fu evacuata utilizzando oltre mille autobus, e nel giro di qualche settimana la zona di alienazione arrivò a toccare villaggi a 400 chilometri dalla centrale. Da quel 26 aprile 1986, l’area del disastro sarebbe dovuta rimanere più o meno disabitata. Negli anni, però, decine di specie hanno preso a ripopolare la zona: bisonti europei e cavalli di Przewalski, ma anche lupi, rane e numerose piante che hanno sviluppato strategie di adattamento che gli permettono di sopravvivere alle radiazioni.

Alla fine degli anni Ottanta, gli scienziati che stavano studiando gli interni del reattore 4 di Chernobyl scoprirono che un fungo, una specie di muffa nera, cresceva sulle pareti del reattore distrutto e nelle pozze d’acqua radioattiva. Questo fungo, osservarono i ricercatori, non soltanto riusciva a sopravvivere agli immensi livelli di radiazioni presenti all’interno dell’edificio, ma sembrava apprezzare particolarmente i raggi gamma. Avevano scoperto una forma vivente capace di prosperare in presenza di radiazioni elettromagnetiche che sarebbero state fatali per molti organismi, tra cui quello umano.

Nei 15 anni successivi, i ricercatori hanno isolato centinaia di specie di microfunghi all’interno della centrale nucleare e nell’area circostante. Molti di questi funghi dimostrarono di apprezzare le radiazioni ionizzanti, e alcuni sembrarono persino in grado di digerire delle particelle provenienti direttamente dal nocciolo del reattore.

Funghi radiotrofici: per loro raggi gamma a colazione

Il fatto che alcune specie di funghi fossero molto resistenti alle radiazioni era noto sin dagli anni Sessanta. Le scoperte di Chernobyl, però, aggiungevano un dato del tutto nuovo: alcuni funghi sono radiotrofici, ovvero cercano attivamente alti livelli di radiazioni e ne traggono vantaggio. Così, il più grande disastro nucleare della storia è diventato lo scenario di una scoperta sensazionale: esistono degli organismi viventi, come il Cryptococcus neoformans, che possono utilizzare le radiazioni ionizzanti per attivare i processi metabolici, convertendo l’energia proveniente dall’esterno un po’ come fanno le piante con la fotosintesi.

Dopo i primi studi degli scienziati ucraini, la professoressa Ekaterina Dadachova e i colleghi dell’Albert Einstein College of Medicine di New York hanno deciso di studiare più in dettaglio queste straordinarie specie fungine in una serie di esperimenti di laboratorio, scoprendo che la chiave di tutto potrebbe essere la melanina, un grosso gruppo di polimeri scuri ad alto peso molecolare che protegge moltissimi organismi viventi dalle radiazioni UV e che potrebbe avere un ruolo centrale nel futuro della medicina e dell’esplorazione spaziale.

Secondo Dadachova, la melanina funge come un sensore molto robusto, capace di resistere all’interazione con radiazioni che “hanno un’energia milioni di volte superiore all’energia della luce visibile o di un legame chimico”. Nei funghi di Chernobyl, forti dosi di radiazioni ionizzanti modificano la struttura elettrochimica della melanina, aumentando la sua capacità di trasferire elettroni. Così i ricercatori hanno iniziato a teorizzare che questa molecola unica potesse fare non soltanto da scudo, ma anche da trasduttore di energia, trasformando l’energia delle radiazioni nello stesso modo in cui i pigmenti fotosintetici aiutano a sfruttare l’energia della luce solare.

Come i funghi sono diventati gli specialisti della melanina

Quando esposti alle radiazioni, i funghi radiotrofici producono più melanina per aumentare la capacità di sfruttare i raggi gamma a fini metabolici. La melanizzazione dei funghi però non è un’esclusiva di reattori nucleari e altri ambienti particolarmente inospitali. Come spiega Dadachova,

“Il pigmento melanina è molto diffuso in tutte le classi di piccoli organismi, ma i funghi microscopici amano produrre melanina”.

Molti funghi fossili mostrano tracce di melanizzazione, soprattutto nei periodi di radiazioni elevate, quando molte specie animali e vegetali si sono estinte, come durante il primo Cretaceo, quando la Terra perse temporaneamente il suo scudo dalle radiazioni cosmiche.

I funghi melanizzati sono ancora oggi molto comuni: se ne trovano tra le specie commestibili e persino sulle pareti esterne delle stazioni orbitanti intorno alla Terra, sottoposte a enormi livelli di radiazioni solari. Secondo Dadachova, i funghi sono diventati gli specialisti della melanina sul pianeta per un motivo preciso:

“I funghi sono eucarioti, quindi molto più complessi di altri organismi, e devono proteggere il loro genoma, il loro nucleo. Spesso vivono sul suolo o sotto terra, dove ci sono molti fattori di stress ambientali e predatori. I funghi hanno quindi sviluppato questa sofisticata prima linea di difesa contro tutto questo”.

Ovviamente, spiega la professoressa, questi meccanismi non vengono attivati quando il fungo ha a disposizione il suo ambiente nutritivo preferito, ma soltanto quando si trova in carenza di nutrienti, come avvenuto all’interno del reattore 4 di Chernobyl.

La radiosintesi: da Chernobyl alle missioni spaziali

La professoressa Dadachova, attualmente titolare della cattedra di radiofarmacia presso l’Università di Saskatchewan in Canada, spera di poter presto collaborare con biologi e specialisti in scienze dell’agricoltura per chiarire l’esatto meccanismo con cui i funghi utilizzano la melanina per accrescersi, esattamente come fecero i chimici che nel XIX e XX secolo descrissero nel dettaglio le varie fasi chimiche della fotosintesi.

Comprendere la radiosintesi potrebbe avere importanti ricadute su diversi settori, dalla produzione di melanine sintetiche per la protezione contro le radiazioni al biorisanamento dei rifiuti radioattivi.

Dadachova è particolarmente interessata a come la melanina potrebbe essere utilizzata per proteggere i pazienti sottoposti a radioterapia. Sta anche lavorando a una collaborazione con l’Agenzia Spaziale Canadese e gli scienziati del Brookhaven National Laboratory su tute spaziali a base di melanina che potrebbero proteggere gli astronauti dagli effetti delle radiazioni nello spazio. Tra il 2018 e il 2019 un fungo radiotrofico, il C. sphaerospermum, è stato oggetto di un esperimento sulla Stazione Spaziale Internazionale: uno studio di poco successivo conferma che questo fungo può essere coltivato nello spazio, che cresce di più quando esposto alle radiazioni e soprattutto che può avere proprietà radioprotettive.

Una biotecnologia capace di sfruttare le proprietà dei funghi melanizzati contribuirebbe non poco alla riuscita delle future missioni umane sulla Luna, su Marte e oltre la fascia principale degli asteroidi. E potrebbe aiutarci a sviluppare nuove fonti di energia rinnovabile e biomateriali sulla Terra, rendendo possibile la coltivazione anche in condizioni di grave siccità. Per farlo, però, bisogna prima capire come queste forme di vita sfruttino le radiazioni:

“La mia convinzione è che dobbiamo far entrare in questo campo i biologi vegetali, persone che conoscono a fondo il processo fotosintetico. Quando inizieremo a collaborare con questi colleghi, allora questo campo potrà davvero prosperare”,

conclude Dadachova.

Ecco tre approfondimenti che potrebbero interessarti:

Tra passato nucleare e futuro innovativo: il caso Novaja Zemlja
Nuovi combustibili dalla fotosintesi artificiale su bolle di sapone
Così in Svizzera anche i funghi hanno imparato a… scrivere