كولات راديو-تروبيك: عندما تصبح الإشعاع النووي مصدرا للطاقة - كشف عن التكيف البيوكيميائي المذهل للميكروبات

كولات راديو-تروبيك: عندما تصبح الإشعاع النووي مصدرا للطاقة - كشف عن التكيف البيوكيميائي المذهل للميكروبات. الدراسة الأخيرة كشفت عن وجود كولات راديو-تروبيك التي يمكنها استخدام الإشعاع النووي ك مصدر للطاقة من خلال آلية الميلانين. تم العثور عليها في محطة تشيرنوبيل، وتحول الإشعاع الغامى إلى طاقة كيميائية من خلال عملية الراديوليسيس. هذه الاكتشافات فتحت الباب أمام إمكانيات كبيرة في مجال الطب والتعامل مع النفايات النووية والاستكشاف الفضائي.. مقدمة: المفاجأة في منطقة المحظور تشيرنوبيل في عام 1991، خمس سنوات بعد الكارثة النووية تشيرنوبيل، وجد العلماء شيئاً مدهشاً داخل المفاعل الذي هدم. في منتصف الإشعاع الغامى الذي هو مدمر، وجدوا كولات سوداء تเตسح في جدران المفاعل. هذه الاكتشافات تحديت كل التخمينات حول حد الحياة على الأرض. هذه الكولات، التي تم تسميتها لاحقاً كولات راديو-تروبيك، ليست فقط قادرة على الصمود في وجه الإشعاع العالي، ولكنها تستخدمه ك مصدر للطاقة. دراسة نشرت في مجلة PLOS ONE في عام 2007 من قبل الدكتورة Ekaterina Dadachova و فريقها من كلية الطب Albert Einstein كشفت عن آلية بيوكيميائية مذهلة وراء هذه الظاهرة. اكتشاف كولات راديو-تروبيك في تشيرنوبيل الكولات التي وجدت في تشيرنوبيل تنتمي إلى نوع Cladosporium sphaerospermum ، Cryptococcus neoformans ، و Wangiella dermatitidis . جميع هذه الكولات تحتوي على الميلانين في كميات كبيرة، وهو نفس المادة التي تمنح البشر لون البشرة. ومع ذلك، فإن وظيفة الميلانين في هذه الكولات مختلفة تماما. في تجارب المختبر، وجد فريق الدكتورة Dadachova أن هذه الكولات تعرضة للإشعاع الغامى في جرعة 500 مرة أعلى من المستوى الذي يعتبر مدمراً للبشر. وكانت النتيجة أن هذه الكولات ليست فقط قادرة على الصمود، ولكنها تظهر نمواً أسرع من المجموعة الضابطة التي لم تعرض للإشعاع. وهذا يثبت أن الإشعاع ليست مجرد تحمل، ولكنها في الواقع تستخدم. آلية الميلانين: تحويل الإشعاع إلى طاقة كيف تنجح هذه الكولات في ذلك؟ الميلانين في كولات راديو-تروبيك يعمل مثل لوحة شمسية بيولوجية. عندما يؤين الإشعاع الغامى جزيئات الماء المحيطة بالكولات، ينتجها جزيئات أكسجين نشطة ROS وحركات حررة. ثم يلتصق الميلانين بهذه الحركات ويتحولها إلى طاقة كيميائية يمكن استخدامها في عملية الحفاظ على الخلايا. هذه العملية تعرف باسم الراديوليسيس. في النهاية، هذه الكولات 'تأكل' الإشعاع. دراسة أخرى من قبل الدكتور Arturo Casadevall من كلية الطب Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health أظهرت أن الميلانين يغير بنية الكيميائية عندما يتعرض للإشعاع، مما يسمح له بالتوصيل الإلكترونات وإنشاء طاقة. وهذا هو شكل من أشكال الفوتوسينثيسيس البديل، ولكن باستخدام الإشعاع النووي بدلاً من ضوء الشمس. التأثيرات على الطب والتعامل مع النفايات النووية اكتشاف كولات راديو-تروبيك فتح الباب أمام إمكانيات كبيرة في مجال العلوم التطبيقية. في مجال الطب، يمكن استخدام الميلانين الراديو-تروبيك كأداة حماية للإشعاع للمرضى الذين يخضعون لجراحة الإشعاع. دراسة نشرت في عام 2012 في مجلة International Journal of Radiation Biology وجدت أن الميلانين من هذه الكولات يمكن أن يقلل من الضرر الجيني الناتج عن الإشعاع في الخلايا البشرية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام هذه الكولات لتنظيف النفايات النووية. مع قدرتهم على امتصاص وتحويل الريوديوميدات، فإن كولات راديو-تروبيك لديها القدرة على أن تكون أداة تطهير بيولوجية فعالة في مواقع التلوث النووي مثل تشيرنوبيل وفوكوشيما. إمكانيات في الاستكشاف الفضائي واحدة من التطبيقات الأكثر رغبة هي في الاستكشاف الفضائي. الإشعاع الفضائي هو تهديد رئيسي للعلماء في مهمات طويلة المدى إلى المريخ أو أبعد من ذلك. يمكن استخدام كولات راديو-تروبيك ك مصدر غذاء أو كبديل حماية للإشعاع. فكر في قارب فضائي يحتوي على جدران ممتلئة بكولات راديو-تروبيك التي ليست فقط تحمي العلماء من الإشعاع، ولكنها تنتج أيضًا الأكسجين والعناصر الغذائية. دراسة من قبل وكالة الفضاء الأمريكية ناسا في عام 2016 أظهرت أن Cladosporium sphaerospermum يمكن أن يتحمل ويتطور في محطة الفضاء الدولية ISS في بيئة الإشعاع العالية. وهذا يفتح الباب أمام مفهوم 'الحماية الحية' التي تعيش وتنمو. التحديات والبحث المستقبلي على الرغم من أن هذا الاكتشاف يبدو ملهماً جدًا، إلا أن هناك الكثير مما يجب أن يفهم. آلية الدقيقة التي تتحول بها الميلانين إلى طاقة لا تزال غير واضحة. العلماء يبحثون عن بنية الجزيئات الميلانين لنسخ هذه العملية في التكنولوجيا المعممة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يبحث العلماء في تأثير الإشعاع على الجينوم هذه الكولات طويل الأجل. هل تؤدي التغيرات الجينية إلى تحسين التطور أو العكس؟ دراسة جينية حديثة من جامعة أكسفورد أظهرت أن كولات راديو-تروبيك لديها آلية إصلاح جينية فعالة جدًا، مما يسمح لها بالتعامل مع الإشعاع دون حدوث تغييرات جينية ضارة. الخاتمة: تغيير نظرةنا حول الحياة كولات راديو-تروبيك هي دليل على أن الحياة قادرة على التكيف مع بيئات أكثر صعوبة. هذا الاكتشاف لا يغير فقط فهمنا حول حد الحياة على الأرض، ولكن يفتح الباب أمام تكنولوجيات جديدة التي يمكن أن تكون مفيدة للبشر. من الطب إلى الاستكشاف الفضائي، هذه الكولات الصغيرة السوداء قد تكون مفتاحًا ل будущية أكثر أمانًا ومتجددة. كما قال الدكتور Dadachova، 'إذا كانت الكولات قادرة على استخدام الإشعاع ك مصدر للطاقة، فلماذا لا يمكننا القيام بذلك؟'