Меланин в роли хлорофилла

Меланины – черные, коричневые или желтые пигменты сложной полимерной структуры, производные тирозина и белков. Их название происходит от греческого melos (родительный падеж – melanos), что означает «черный». Меланины содержатся в тканях практически всех эукариотических организмов (животных, растений, грибов, простейших) и выполняют разнообразные биологические функции. У представителей многих групп грибов эти пигменты, возможно, поглощают ультрафиолетовые лучи и преобразуют их энергию в тепло. Постоянные читатели «Биологии» уже знают о роли меланина для выживания лихенизированных грибов (грибов в составе лишайников) в суровых условиях высокогорий или Антарктиды (№ 4/2004).

Изучение последствий аварии на Чернобыльской АЭС позволило ученым Института микробиологии и вирусологии АН Украины еще в начале 1990-х гг. установить, что высокие уровни ионизирующей радиации вблизи взорвавшегося реактора положительно сказались на развитии некоторых микроскопических грибов. Исследователи наблюдали успешный рост почвенных грибков на «горячих частицах», представляющих собой спекшиеся высокорадиоактивные топливные микрочастицы из металлов и остатков графитовых стержней реактора. Некоторые виды этих грибков росли в направлении источника радиации, что дало основание говорить о явлении «радиотропизма» по аналогии со всем известным «гелиотропизмом», т.е. ростом в направлении источника света. Более того, при помощи роботов были получены сведения, что микроскопические грибы успешно растут и внутри «саркофага» – укрытия над взорвавшимся реактором, сооруженным для защиты окружающей среды от губительной радиации остатков радиоактивного топлива. Эти организмы принадлежали к разным таксономическим группам царства грибов. Количественно преобладали представители кладоспории Cladosporium sphaerospermum из порядка Гифомицетов. Присутствовали в разрушенном реакторе и дрожжевые грибы Cryptococcus neoformans, в обычных условиях являющиеся опасным возбудителем болезни мозга человека и животных – криптококкоза.

При этом все растущие в «саркофаге» грибы имели темный цвет при фоновом уровне радиации ряду видов не свойственном. То есть их меланизация произошла именно в результате действия высокого уровня ионизирующего излучения. Ученые из медицинского колледжа Альберта Эйнштейна при Нью-йоркском университете Йешива в Нью-Йорке (Albert Einstein College of Medicine of Yeshiva University, New York, USA) предположили, что меланины играют важную роль для выживания микроскопических грибов при радиоактивном облучении. По их мнению, ионизирующая радиация может изменять электронные свойства меланинов, что в конечном итоге приводит к увеличению скорости роста грибков и продуцированию ими большей биомассы.

Для проверки этой гипотезы биологи провели эксперименты с меланизированными и альбиносными штаммами трех видов грибков, обнаруженных в чернобыльском «саркофаге». Часть их выращивали под воздействием бета-излучения от источника радиации (137Cs), а другая часть (контроль) облучению не подвергалась. Мощность дозы облучения в 500 раз превышала фоновые величины.

Оказалось, что грибки не просто выдерживали высокие уровни радиации – у меланизированных штаммов в этих условиях в 4 раза повысилась скорость метаболизма, увеличились размеры клеток и количество продуцируемой биомассы в сравнении с альбиносными, а также не облученными формами. Результатом облучения было также увеличение синтеза и концентрации меланина у грибков, содержавшихся в среде без поступления какой-либо энергии, кроме энергии радиоактивного излучения.

Сложность структуры меланинов позволяет этим биополимерам перехватывать и рассеивать фотоны и электроны. В результате происходит ослабление энергии облучения и преобразование ее в энергию химических связей. Авторы исследования предполагают, что меланизированные штаммы грибков, растущие в условиях радиации, могут прямо использовать эту преобразованную энергию для своего роста. Напрашивается прямая аналогия с процессом фотосинтеза, при котором растения существуют за счет энергии солнечного света, преобразуемой в энергию химических связей с помощью пигмента хлорофилла. И видимый свет, и ионизирующее излучение имеют одну природу, являясь частью спектра электромагнитных волн. Но действительно ли грибы с помощью меланина способны осуществлять «радиосинтез», покажут будущие исследования.