Ein Pilz, der im Reaktor Nummer vier von Tschernobyl wächst, hat eine überraschende Eigenschaft entwickelt

An einem der gefährlichsten Orte der Welt, an dem man einen Schutzanzug, Dosimeter und strenge Kontrollen benötigt, um ihn zu betreten, scheint sich ein schwarzer, samtiger Pilz wohlzufühlen.

Er heißt Cladosporium sphaerospermum und wächst in der Umgebung des Reaktors Nummer vier von Tschernobyl, einem der Gebäude mit der höchsten Strahlenbelastung weltweit. Dort, wo wir uns nicht einmal wenige Minuten ohne Risiko aufhalten könnten, überlebt dieser Pilz nicht nur, sondern gedeiht sogar prächtig.

Seit Ende der 1990er Jahre dokumentierte ein Team unter der Leitung der ukrainischen Mikrobiologin Nelli Zhdanova 37 Pilzarten innerhalb der Sicherheitshülle des beschädigten Reaktors. Die meisten waren dunkel und reich an Melanin, dem gleichen Pigment, das unserer Haut und unseren Haaren ihre Farbe verleiht. In diesen Proben war C. sphaerospermum die häufigste Art und außerdem eine derjenigen, die die meiste radioaktive Kontamination akkumulierte.

Melanin schützt und hat vielleicht noch weitere Funktionen

Das Melanin in Pilzen wirkt wie ein Schutzschild. Es absorbiert einen Teil der Strahlung und hilft, die Schäden zu begrenzen, die diese Strahlen, die Moleküle aufbrechen und die DNA schädigen können, in den Zellen verursachen würden. Bis hierher also reiner Schutz.

Die Überraschung kam, als das Team von Ekaterina Dadachova und Arturo Casadevall an der Albert-Einstein-Medizinischen Fakultät melanisierte Pilze im Labor ionisierender Strahlung aussetzte. Sie beobachteten, dass sich das Verhalten der Pigmente elektronisch veränderte und dass die melanisierten Zellen schneller wuchsen als diejenigen ohne Melanin, insbesondere bei Strahlungswerten, die etwa fünfhundertmal höher waren als die natürliche Hintergrundstrahlung. Im Fall von C. sphaerospermum steigerte die Strahlung das Wachstum unter nährstoffarmen Bedingungen.

Parallel dazu zeigten die Experimente, dass das bestrahlte Melanin seine Fähigkeit, Elektronen in grundlegenden chemischen Reaktionen zu übertragen, um das Vierfache steigerte, was den Weg für eine vielversprechende Idee ebnete.

Radiosynthese, eine vielversprechende, aber noch unbewiesene Idee

Aufgrund dieser Ergebnisse stellten einige Wissenschaftler die Hypothese der Radiosynthese auf. Die Idee ist leicht vorstellbar, aber schwer zu beweisen. So wie Chlorophyll es Pflanzen ermöglicht, Licht zur Erzeugung chemischer Energie zu nutzen, könnte Melanin bestimmten Pilzen helfen, die Energie der Strahlung zu nutzen.

Auf dem Papier klingt das fast wie Science-Fiction. In der Praxis relativieren die Forscher selbst. Bislang konnte noch niemand nachweisen, dass C. sphaerospermum dank der Strahlung Kohlenstoff bindet oder dass sein Stoffwechsel auf diese Weise einen Nettoenergiegewinn erzielt. Ein Team unter der Leitung des Ingenieurs Nils Averesch fasst die Situation klar zusammen, indem es daran erinnert, dass die tatsächliche Radiosynthese noch nicht nachgewiesen wurde und dass noch nicht beobachtet wurde, dass Strahlung die Reduktion von Kohlenstoffverbindungen zu energiereicheren Formen oder die Bindung von anorganischem Kohlenstoff ermöglicht.

Mit anderen Worten: Der Pilz nutzt Melanin zu seinem Schutz und sein Wachstum verbessert sich unter Strahlung in bestimmten Kontexten, aber der genaue Mechanismus bleibt ein Rätsel.

Vom Reaktor zur Internationalen Raumstation

Das Interesse an diesem Pilz beschränkt sich nicht auf Tschernobyl. Wenn etwas Strahlung gut widersteht, erregt es sofort die Aufmerksamkeit derjenigen, die über Raumfahrt, Mondbasen oder zukünftige Siedlungen auf dem Mars nachdenken.

Zwischen 2018 und 2019 reiste Cladosporium sphaerospermum zur Internationalen Raumstation. Dort züchtete ein Team unter der Leitung von Nils J. H. Averesch den Pilz auf einer in zwei Hälften geteilten Platte. Eine Hälfte wurde mit dem Pilz beimpft, die andere blieb nur mit Agar bedeckt. Darunter zählten zwei Sensoren die Strahlungsereignisse, die jede Seite durchdrangen.

Die Ergebnisse lassen zwei Dinge vermuten. Erstens wuchs der Pilz sehr schnell und zeigte eine um etwa 21 Prozent höhere Wachstumsrate als in den auf der Erde durchgeführten Kontrolltests, obwohl die Strahlung auf der Station um ein Vielfaches höher ist als der Durchschnitt auf der Erde. Zweitens: Als die Pilzschicht vollständig entwickelt war, maßen die Sensoren unter dem bedeckten Teil etwas weniger Strahlung als unter dem Teil ohne Pilz, mit einer Differenz von etwa zwei Prozentpunkten.

Es handelt sich zwar nicht um einen Wunderschutzschild, aber es ist ein Hinweis darauf, dass eine melaninreiche Biomasse dazu beitragen kann, die Strahlung abzuschwächen. Die Autoren selbst betonen, dass man die Wirkung der Strahlung nicht klar von den Auswirkungen der Mikrogravitation trennen kann, sodass sie nicht bestätigen können, dass es sich um Radiotrophie oder Radiosynthese im engeren Sinne handelt.

Was dieser Pilz für die Umwelt und die Weltraumforschung leisten kann

Abgesehen von der wissenschaftlichen Neugier sind diese melanisierten Pilze aus zwei Gründen interessant. Zum einen als extremes Modell der Anpassung. Die Tatsache, dass ein Organismus in der Lage ist, mit Radionukliden belastete Strukturen zu besiedeln, erinnert uns daran, dass das Leben selbst in Szenarien einer nuklearen Katastrophe Wege findet, um zu überleben. Zum anderen als mögliches Instrument zur besseren Bewältigung der Strahlung.

Mehrere Arbeiten untersuchen das Potenzial dieser Pilze als Teil neuer Strahlenschutzsysteme oder sogar als Strategien zur biologischen Sanierung kontaminierter Umgebungen. Theoretisch könnten sie mit anderen Materialien kombiniert werden, um leichtere und weitgehend selbstreparierende Beschichtungen sowohl in nuklearen Anlagen als auch in zukünftigen Weltrauminfrastrukturen zu bilden.

Für jemanden, der seine Stromrechnung oder die Nachrichten über nukleare Abfälle betrachtet, mag all dies sehr weit entfernt klingen. Das Verständnis, wie Organismen wie C. sphaerospermum mit Strahlung umgehen, hilft jedoch dabei, sicherere Technologien zu entwickeln und die tatsächlichen Risiken nach einem Unfall besser einzuschätzen. Es dient auch als unangenehme Erinnerung. Die Natur passt sich an; unsere Verantwortung ist es, sie nicht mehr als nötig auf die Probe zu stellen.

Die neueste Studie über das Wachstum von Cladosporium sphaerospermum und seine Fähigkeit, Strahlung auf der Internationalen Raumstation abzuschwächen, wurde in der wissenschaftlichen Zeitschrift Frontiers in Microbiology veröffentlicht.