2018年12月，一種黢黑的生物被送上了國際空間站開展研究。與此同時，地面上的對照實驗也在同步開展。眾所周知，在太空中，除了失重的環境，還需要面對太空中的高能射線。國際空間站中的輻射強度大約是地球平均本底輻射的20～60倍。
實驗開始2天後，太空人發現暴露在高強度γ射線下，這種生物的新陳代謝似乎加快了，生長十分旺盛。在26天的實驗中，太空人通過攝像機、以及溫度、濕度和輻射傳感器，記錄了這種生物在實驗中的狀態。不過，一直要等到2019年6月實驗裝置返回地球後，最終結果才揭曉——這種生物在太空輻射下的生長速度甚至比在地球上更快，最高是地面的1.58倍。
雖然不比休眠的水熊蟲和小立碗蘚孢子可以在外太空存活，但這種黢黑的生物——球孢枝孢菌(Cladosporium sphaerospermum)也顯示出了一種特殊的能力：不僅能吸收破壞性的太空輻射，甚至將其化為己用的能力。這些發現於2022年7月發表在了《微生物學前沿》（Frontiers in Microbiology）雜誌上。
而此時，就在這個世界的另一角、地球上輻射最嚴重的地方——切爾諾貝爾核反應堆爆炸後的廢棄遺址周圍，球孢枝孢菌中的一類菌株正在依靠核輻射的能量旺盛生長，甚至一點點靠近核反應堆最核心的區域。
利用核輻射生長
1986年4月，切爾諾貝爾核電站4號反應堆內發生蒸汽爆炸與核心熔毀後，隨後是持續10天的燃燒，大量的銫-137、碘-131等放射性核素（會釋放高能的β射線、γ射線和中子）被釋放到大氣中。爆炸發生後，核電站周圍2600平方千米的區域被列為切爾諾貝爾禁區（CEZ）。40年來，這裏一直深受科學家和公眾的關注。
球孢枝孢菌的菌落、菌絲和孢子（並不是在核電站廢墟附近發現的菌株）圖片來源於論文
烏克蘭科學院的科學家Nelli Zhdanova主要聚焦于禁區中更微觀層面的變化。她和同事從1997年開始勘測這塊區域，曾進入核電站4號機組人員的宿舍，並在從那裏採集的樣本中發現了球孢枝孢菌。隨後，他們對此進行了大量相關的研究。
這些特別的研究催生了出了兩個術語——「向輻射性」（radiotropism）和「輻射營養性」（radiotrophy），它們形容的正是球孢枝孢菌。Zhdanova還在論文中推測，這種真菌可以在核電站4號反應堆的牆壁和鋼筋混凝土表面活躍生長。
核電站禁區內的場景圖片來源：Unsplash
不過，可以抵抗甚至利用核輻射能量生長的，並非只有這種真菌。他們分析了從核電站周圍分離出的約2000株真菌，發現不少真菌可以分解「熱粒子」，也就是反應堆中的放射性石墨。不過，它們真正喜歡的其實是核輻射——他們通過將一些真菌暴露在一個固定的、釋放β射線和γ射線的電離輻射源周圍，發現它們會向着輻射源生長。
2007年，一群來自美國阿爾伯特·愛因斯坦醫學院的科學家在發表於PLOS ONE的論文中，揭示了更多球孢枝孢菌吸收和轉化核輻射的細節。
強大的黑色素
核輻射會釋放大量高能粒子，就像子彈擊穿皮肉一樣，直接破壞掉生物細胞中的蛋白質和DNA。這些射線還能電離細胞中的水分子，產生大量的氧化自由基，間接破壞或殺死細胞。當暴露劑量過大時，大量細胞可能會直接死亡，引發器官衰竭等現象。長期慢性的暴露則會導致全身多個系統出現功能衰退和引發癌症等。
照射陽光時，我們接觸到的是中長波紫外線，它們的能量在約4 eV左右。如果時間很長，我們通常會曬黑，而這是由於皮膚產生了黑色素來對抗紫外線。相比之下，核輻射的能量可以達到數百到數十萬電子伏特。令人意外的是，在研究球孢枝孢菌時，研究人員發現它對抗核輻射的方式，竟然和人體對抗紫外線的方式類似——都是利用黑色素。
在PLOS ONE的論文中，研究人員分析了包括球孢枝孢菌在內的多種抗輻射真菌，核輻射的存在會讓這些真菌的生長速度加快，生物質量增加。即便是營養匱乏的情況下，球孢枝孢菌也能利用核輻射生長。除此之外，相比於其他的真菌，球孢枝孢菌可以產生豐富且結構多樣的黑色素。
球孢枝孢菌等真菌的細胞周圍有一圈黑色素圖片來源PLOS ONE論文
黑色素主要分為兩大類，分別是真黑色素和褐黑色素。真黑色素是一種深棕色至黑色的色素，而褐黑素是一種紅棕色色素，它們會構成一些通過共價鍵連接、富含電子和芳香族結構單元的聚合物。
類似於人體皮膚中的黑色素對紫外線的作用，這些黑色素可以吸收高能射線的能量，將其轉化為分子中化學鍵的振動——也就熱能。另外，它們還會散射掉核輻射，與真黑色素（287個電子）相比，褐黑素低聚物中有多達388個電子數。高能的γ射線進入時，會因為這些電子的作用不斷轉向，並失去能量，這可以避免引發有害的化學反應。
與此同時，黑色素也是一種強效抗氧化劑，黑色素聚合物可以迅速提供電子，中和掉有害的活性氧。還有一些研究發現，黑素體會聚集形成「黑素帽」，聚集在細胞核的周圍，保護DNA免受損傷。
抗輻射的起源
Ekaterina Dadachova正是這項研究的第一作者。在接受BBC的採訪時，她表示與未接受輻射培養的同類真菌相比，在放射性銫下培養的真菌的生長速度提高了10%。受輻射的真菌似乎還會利用輻射能量，來促進自身的新陳代謝。
Zhdanova此前的研究也曾發現，這些真菌會通過兩種方式來處理放射性粒子，一是通過過度生長降解，二是通過代謝產物間接降解。
「電離輻射的能量大約是光合作用利用的白光能量的100萬倍，」Dadachova表示，「所以需要一種非常強大的能量轉換器。我們認為黑色素就具備這種能力——將電離輻射轉化為可利用的能量。」然而，即便已有這些實驗研究，生物利用核輻射的能量仍然是一種理論，需要揭開黑色素與生物代謝之間的確切機制才能確認。
核電站禁區內的場景圖片來源：Unsplash
不過，他們一致贊同抗輻射的球孢枝孢菌只局限於特定的地區，比如切爾諾貝爾禁區。但利用黑色素抗輻射的能力或存在一個更古老的起源。一些科學家發現一些極端的環境中，包括北極和南極地區，以及高海拔地區，棲息着很多產黑色素的真菌。這些地區正是自然輻射更高的地區。
另外，一些古生物學家曾在早白堊世的地層中發現了大量高度黑色素化的真菌孢子。當時，地球上曾存在過短暫的磁場顯著下降的現象，地球失去了抵禦宇宙輻射的「保護層」，而許多動植物也因此滅絕，或許正是黑色素讓這些真菌活了下來。
當然，生物對抗輻射的方法遠不止黑色素一種形式。對於承受超高輻射劑量的細菌Deinococcus radiodurans，研究人員發現這種細菌產生的一些代謝物會與錳結合，形成一種強大的抗氧化劑，幫助它們抵抗輻射。
這些對抗輻射甚至吸收輻射的生物的研究，或許將一些更大的用途，比如幫助太空人抵抗太空負責，或者促進更遙遠的外星探索等等。已有一些研究發現，多種天然和半合成的黑色素基化合物和複合材料，具有阻擋電離輻射和非電離輻射的能力。當前已有一些太空實驗也在對這些材料和相關的微生物進行研究。
更廣泛的關注
當我們的思維走向太空時，或許在記憶深處並不會遺忘40年前這場人類歷史上最大的人為災難。麻省理工學院的科學史學家凱特·布朗（Kate Brown）曾經在調查烏克蘭、白俄羅斯和俄羅斯的多個地區，發現這次災難帶來的真實影響要遠比我們認知的更嚴重。
而災難的承擔者主要是前往禁區的清理人員，以及從中撤離的居民。據官方數據，有60萬人曾作為清理人前往禁區，很多人因核輻射的影響飽受心血管疾病、神經系統疾病和癌症等的折磨。而被迫從中遷出的大約20萬人，由於通過空氣、食物和飲用水攝入大量核素，他們的死亡率明顯增加。這些人甚至其後代體內的基因組損傷和不穩定性水平都增加了。
核電站廢墟周圍的狗圖片來源：Unsplash
而當人類撤離之後，禁區中仍然保留了複雜的生態系統。一些科學家也在追蹤動物們的變化。近年來也有一些令人驚訝的報道，比如，普林斯頓大學的生物學家卡拉·N·洛夫（Cara N. Love）和同事通過初步的研究發現，白俄羅斯禁區中的狼群存在一些明顯變化。除了狼群密度明顯增加，它們體內一些基因區域的分化速度明顯要比其他狼群快得多，且集中於和癌症免疫反應或抗腫瘤免疫反應相關的基因周圍。
2023年3月，一項發表於《科學·進展》（Science Advances）的研究也發現在切爾諾貝爾反應堆附近活動的狗，相比於當地市區的狗已經出現了明顯的遺傳差異——這很可能是隔離環境和長期輻射壓力共同導致的。
災難發生的時間可能比較短暫，但其造成的後續影響，每一次被喚起時，都會是一場漫長的餘震。
