Fongs radiotròfics: organismes que transformen radiació en vida

En els racons més inhòspits del nostre planeta, on la radiació ionitzant converteix l'ambient en un erm letal per a la majoria de les formes de vida conegudes, existeix un grup extraordinari d'organismes que no només aconsegueix sobreviure, sinó que prospera de manera sorprenent.

Els fongs radiotròfics representen un dels descobriments més fascinants de la biologia moderna, desafiant les nostres concepcions tradicionals sobre els límits de la vida i obrint noves perspectives sobre la supervivència en condicions extremes.

Endinsa't en el món dels fongs radiotròfics, una frontera prometedora entre biologia, astrobiologia i tecnologia.

Què són els fongs radiotròfics?

Els fongs radiotròfics constitueixen un grup singular de microorganismes que posseeixen l'extraordinària capacitat d'utilitzar la radiació ionitzant com a font d'energia per al seu creixement i metabolisme. Aquesta característica els distingeix fonamentalment d'altres organismes, ja que poden aprofitar formes d'energia que resulten letals per a la gran majoria dels éssers vius.

Per comprendre millor aquest fenomen, és important establir una analogia clara: així com les plantes utilitzen l'energia solar a través de la fotosíntesi per produir sucres i créixer, aquests fongs han desenvolupat mecanismes que els permeten capturar i convertir l'energia de la radiació gamma, beta i altres formes de radiació ionitzant en energia utilitzable per als seus processos vitals.

No obstant això, és crucial aclarir que aquests organismes no "consumeixen" o "mengen" radiació en el sentit literal, sinó que han evolucionat sofisticats sistemes bioquímics per transformar aquesta energia en formes aprofitables.

Resistència vs. Radiotrofisme

És fonamental distingir entre els fongs veritablement radiotròfics i aquells que simplement mostren resistència a la radiació. Mentre que molts microorganismes poden desenvolupar tolerància a ambients radioactius mitjançant mecanismes de reparació de l'ADN i altres sistemes de protecció (com els bacteris Deinococcus radiodurans o Thermococcus gammatolerans), els fongs radiotròfics van un pas més enllà: no només resisteixen la radiació, sinó que la utilitzen activament com a font d'energia.

Aquesta distinció és crucial per comprendre la singularitat d'aquests organismes i el seu potencial d'aplicació en diverses àrees.

El paper de la melanina en els fongs

El mecanisme exacte mitjançant el qual aquests fongs aconsegueixen aquesta gesta encara no es comprèn completament, però la investigació científica ha identificat un component clau en aquest procés: la melanina. Aquest pigment fosc, conegut principalment pel seu paper en la pigmentació de la pell humana, sembla exercir un paper fonamental en la capacitat radiotròfica d'aquests organismes.

La hipòtesi més acceptada suggereix que la melanina actua com una mena d'"antena molecular" que pot capturar la radiació ionitzant i facilitar la seva conversió en energia química utilitzable. L'evidència experimental és contundent: mentre que els fongs melanitzats experimenten aquest creixement accelerat sota radiació, les soques mutants albines sense melanina no mostren aquest fenomen, confirmant el paper central d'aquest pigment en el procés radiotròfic.

Com actua la melanina en els fongs?

Des del punt de vista bioquímic, el procés de radiosíntesi en fongs melanitzats implica una complexa interacció entre la melanina i els electrons alliberats per la radiació ionitzant. La melanina, un polímer heterogeni amb estructures aromàtiques conjugades, actua com un semiconductor biològic, capaç de facilitar el transport d'electrons a través de la seva xarxa molecular.

Quan els fongs s'exposen a radiació ionitzant (principalment gamma), aquesta energia excita les molècules de melanina, alterant les seves propietats electròniques. Estudis espectroscòpics han mostrat que, després de l'exposició a radiació, la melanina incrementa la seva capacitat de reduir agents com el ferricianur, la qual cosa indica un augment en l'activitat redox del polímer. Aquest efecte suggereix que la melanina funciona com un sistema de captura i transferència d'electrons, semblant al paper que exerceixen els centres de clorofil·la en la fotosíntesi vegetal.

A més, s'ha observat que els canvis estructurals induïts per la radiació incrementen la densitat d'estats electrònics accessibles en la melanina, facilitant processos de donació i acceptació d'electrons en rutes metabòliques associades al creixement cel·lular. Aquest fenomen podria estar associat a la generació d'ATP via rutes fermentatives o respiratòries no convencionals, encara que els mecanismes metabòlics exactes encara no s'han caracteritzat completament.

Una altra hipòtesi complementària suggereix que la melanina actua com un antioxidant dinàmic, neutralitzant espècies reactives d'oxigen (ROS) generades per la radiació. Aquesta acció protectora no només prevé el dany cel·lular, sinó que podria formar part del sistema general de captació energètica, mitjançant reaccions acoblades a la generació de potencials electroquímics aprofitables per la cèl·lula.

Descobriment dels fongs radiotròfics

La primera evidència de fongs radiotròfics va sorgir a la zona d'exclusió de Txernòbil, en l'àrea de 30 quilòmetres de radi al voltant de la central nuclear que va patir l'accident. El 1991, tot just cinc anys després de l'accident, es va observar un motlle negre creixent dins del reactor número 4, a la zona de màxima contaminació. Aquest descobriment inicial va revelar un fenomen sorprenent: no només hi havia vida al lloc més radioactiu del planeta, sinó que semblava estar prosperant.

L'any 2007 va marcar un punt d'inflexió en la comprensió d'aquests organismes. Un equip liderat per Ekaterina Dadachova al Albert Einstein College of Medicine va publicar un estudi que va canviar radicalment la perspectiva científica. Van demostrar experimentalment que fongs melanitzats com Cladosporium sphaerospermum, Cryptococcus neoformans i Wangiella dermatitidis no només incrementaven la seva biomassa sota radiació intensa, sinó que també assimilaven més carboni.

Expansió a l'espai

L'interès científic es va estendre a l'àmbit espacial quan el 2016, un equip del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, liderat per Kasthuri Venkateswaran, va portar vuit espècies de fongs recol·lectades a Txernòbil a l'Estació Espacial Internacional per estudiar la seva resposta a la microgravetat i radiació espacial.

Encara que no s'ha publicat una llista completa de les vuit espècies, se sap que van ser seleccionades per la seva capacitat per sobreviure en ambients altament radioactius i pel seu potencial per produir compostos amb aplicacions farmacèutiques i agrícoles. Els investigadors buscaven determinar si les condicions extremes de l'espai podrien induir aquests fongs a produir nous metabòlits secundaris amb propietats bioactives.

Se sap que els fongs poden generar compostos útils, com antibiòtics i immunosupressors, en resposta a ambients estressants. Per tant, l'espai ofereix un entorn únic per explorar la producció de nous compostos que podrien tenir aplicacions en la medicina i l'agricultura.

Aplicacions actuals i potencial futur dels fongs radiotròfics

Protecció radiològica a l'espai

Els fongs radiotròfics, com Cladosporium sphaerospermum, han demostrat la seva capacitat per atenuar la radiació. Experiments a l'Estació Espacial Internacional van revelar que una capa de només 2 mm pot reduir fins a un 2% la radiació entrant. S'estima que un recobriment de 21 cm oferiria una protecció eficaç contra la radiació marciana, la qual cosa podria revolucionar la seguretat en missions espacials de llarga durada.

A més, s'investiga el seu cultiu directe sobre vestits, hàbitats o estructures espacials, creant escuts biològics autoreplicants i sostenibles.

Nous materials radioresistents

La melanina extreta d'aquests fongs s'està incorporant en materials convencionals per millorar la seva resistència a la radiació. La Universitat Johns Hopkins ha provat plàstics amb melanina a l'ISS, amb aplicacions potencials: des de tèxtils espacials capaços de filtrar la radiació solar i còsmica, fins a materials de construcció amb propietats protectores millorades.

També podria utilitzar-se en l'electrònica, oferint un blindatge eficaç per a components sensibles en contextos d'alta radiació.

Bioremediació de zones contaminades

Gràcies a la seva capacitat per utilitzar la radiació com a font d'energia, aquests fongs podrien exercir un paper clau en la rehabilitació ambiental. Tenen el potencial d'accelerar la descontaminació de sòls i aigües, alhora que concentren elements radioactius en la seva biomassa, la qual cosa facilita la seva recol·lecció i maneig segur.

A més, podrien funcionar com barreres vives, limitant la propagació de contaminants en entorns afectats per la radiació.

Biotecnologia i alimentació espacial

Per la seva notable resistència a la radiació i la seva capacitat per generar biomassa en condicions extremes, aquests fongs podrien exercir un paper fonamental en els sistemes de suport vital per a missions espacials.

Actualment s'investiga la seva aplicació en bioreactors que no només produeixin aliments, sinó que també ofereixin protecció radiològica.

Aplicacions mèdiques

La melanina fúngica també està sent estudiada en l'àmbit de la medicina nuclear pel seu potencial com a eina terapèutica i protectora. S'explora el seu ús com a base per a radioprotectors tòpics destinats a persones exposades a radiació en entorns laborals, així com per a radiosensibilitzadors que podrien potenciar l'eficàcia de certs tractaments oncològics.

Limitacions, riscos i desafiaments

Malgrat el seu potencial, l'ús i estudi dels fongs radiotròfics afronta importants limitacions. En primer lloc, els mecanismes bioquímics subjacents encara no es comprenen completament, la qual cosa dificulta el seu aprofitament biotecnològic. A més, la majoria dels estudis s'han realitzat en condicions molt específiques (per exemple, entorns d'alta radiació com Txernòbil o estacions espacials), la qual cosa planteja desafiaments per replicar i escalar aquests sistemes en altres contextos.

Existeixen també riscos ètics i de bioseguretat, especialment si es planeja utilitzar aquests organismes en entorns sensibles com l'espai o instal·lacions nuclears. Es requereix una avaluació rigorosa per evitar impactes ecològics no desitjats o l'alliberament d'organismes modificats genèticament.

D'altra banda, encara que s'ha demostrat que alguns fongs melanitzats sobreviuen i creixen en condicions extremes, no està clar si aquesta adaptació implica una veritable conversió energètica útil per a aplicacions pràctiques. L'eficiència del procés, la seva escalabilitat i la seva compatibilitat amb altres sistemes tecnològics segueixen sent grans interrogants.

En definitiva, l'estudi dels fongs radiotròfics està encara en una fase exploratòria. Encara que prometedor, el seu aprofitament amb fins energètics, protectors o constructius requereix més investigació bàsica i aplicada, així com una avaluació crítica dels riscos i limitacions involucrades.

Referències

• https://en.wikipedia.org/wiki/Radiotrophic_fungus
• https://www.sciencenews.org/article/dark-power-pigment-seems-put-radiation-good-use
• https://phys.org/news/2020-07-chernobyl-fungi-shield-astronauts.html
• https://mann.usc.edu/news/rocket-carries-chernobyl-fungi-to-the-international-space-station
• https://issnationallab.org/upward/pushing-research-to-new-heights-innovative-research-at-the-iss-rd-conference
• https://futuroprossimo.it/2020/07/la-muffa-del-reattore-di-chernobyl-testata-come-scudo-sulla-iss/
• https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0000457