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最新研究:微生物可以吃掉核辐射

北京时间12月10日消息,据国外媒体报道,全世界发生的严重核事故并不多。切尔诺贝利事故是迄今为止最严重的一次。爆炸产生的有害辐射,使得切尔诺贝利核电站周围的区域在大约2万年之内,仍不适宜人类居住。然而,核电站的令人担忧之处不仅仅在于爆炸。如何处理核反应堆产生的核废料也是一个严重的问题。

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切尔诺贝利禁区

核电站的动力来自于高放射性元素(例如铀)。这些元素又会分解为其他放射性元素。铀和其副产物释放的电离辐射可以改变我们的DNA。长期暴露于核辐射之下,更会增加患癌的风险。

核电站

核电站

目前,核电站产生的放射性废物被冷却存储在混凝土包裹的大型不锈钢容器内。大量的核废弃物则装填在混凝土内,埋于地下深处。尽管这些方法在今天仍然行得通,但是由于全球人口的不断增长,这些方法难以持续。填埋的放射性废物还存在另一个风险:混凝土内的废弃物可能会浸出到周围环境中,并影响食物链。所以,我们需要一个更好的方法,来一劳永逸地处理掉放射性废物。

存储于地下的放射性废物桶

存储于地下的放射性废物桶

让它们来吃掉废弃物!

现在,有请我们多才多艺的微生物朋友!借助微生物的帮助,我们可以真正解决掉核废物。曼彻斯特大学的科学家发现一种名为”地杆菌“(Geobacter)的细菌,它不仅可以在辐射下生存,还能反过来利用辐射。地杆菌具有氧化有机化合物和金属(包括铁和放射性金属)的独特能力。它们甚至可以在高碱度且缺氧的环境下(比如存放核废料的地下深处)生存。

如果地下水与存储核废料的混凝土屏蔽室接触,两者之间的反应会提高碱度。有些核废料中还含有来自于废弃的过滤器或工作服等的纤维素。在高碱度环境下,这些纤维素会分解成异醣酸(ISA)。然后,异醣酸可以和铀发生反应,形成一种更易溶的化合物。该化合物可能会泄露,甚至可能会污染地下水。但是,地杆菌可以防止这种潜在的致命灾难,因为它可以分解异醣酸,并将其作为食物和能量的来源。这样一来,铀就会保持最初的不溶性固体状态。这种状态的铀,不会污染饮用水或食物链,从而潜在地拯救了无数生命。

在另一个实例中,美国能源部的一个研究项目发现一种名为”伯克霍尔德氏菌属“(Burkholderia fungorum)的菌株,它也可以利用铀。该发现的特别之处在于,当时(2015年4月),伯克霍尔德氏菌属与铀还原尚无联系。

科学家认为,该区域有其他消耗铀的细菌存在,久而久之,该菌株”学会“了这种铀还原的新技能。这也是伯克霍尔德氏菌属的一个特点:它们可以和邻近的细菌交换遗传物质(DNA)。交换的DNA可以带来对抗生素的抗性或对重金属毒性的抗性。而伯克霍尔德氏菌属,可能交换到了一些DNA,从而使其获得了还原铀的能力。

细菌基因交换的方式

细菌基因交换的方式

辐射克星

在减弱辐射这件事上,真菌一点也不落后于细菌。这一证据直接来自于已经废弃的切尔诺贝利核电站的中央位置。悲剧发生的十年后,研究人员派遣机器人去搜索危险区域,然后在毁坏的反应堆壁上发现了漆黑的真菌。调查还表明,该真菌可以分解来自核反应堆热核中的放射性石墨。另一个有趣的发现是,该真菌似乎正向着辐射源的方向生长。

研究人员从收集到的样品中鉴别出三种真菌,分别是球孢枝孢菌、新型隐球菌和皮炎王氏霉。研究人员还在这三种真菌中,都发现了大量的黑色素。黑色素也存在于人的皮肤中。我们已知黑色素可以吸收光,但会消除辐射。然而,在这些真菌中,同样的黑色素却会吸收辐射,并利用辐射来生长,好比植物利用叶绿素通过光合作用将阳光转化为能量一样。

和其他缺乏黑色素的真菌相比,含有黑色素的真菌在辐射下生长得更快。这是因为辐射暴露导致真菌黑色素分子形状发生改变。这种变化,导致黑色素进行典型代谢化学反应的能力提高了四倍。

切尔诺贝利四号反应堆内部

切尔诺贝利四号反应堆内部

自此之后,研究人员从切尔诺贝利发现了37种真菌。其中,多毛青霉、球孢枝孢菌、黑酵母菌和杂色曲霉甚至可能是具有极高放射性底物的活性生物破坏剂。除了生物修复之外,在切尔诺贝利发现的那些喜欢辐射的真菌或许也可以解决NASA的辐射问题。NASA已经下决心,要将人类送上火星。但他们面临的一个最大阻碍就是如何保护宇航员免受辐射危害。我们在地球上,有大气和磁场的保护。但是在太空、月球、在火星,没有这些保护,人类根本无法生存。因此,科学家正在寻找保护宇航员的可行方法。

国际空间站

国际空间站

喷气推进实验室的研究人员已将从切尔诺贝利分离出来的八种真菌送去了国际空间站,希望能借此找到解决方案。在国际空间站,宇航员发现,这些真菌可以将辐射水平降低大约2%。虽然这2%远不足以用来保护宇航员,但至少我们看到未来的希望。比如,宇航员在出发时可以携带少量真菌菌落,然后在抵达火星后,将真菌种植在盾型结构上,等真菌繁殖起来后,就可以提供价廉物美的额外保护。

毫无疑问,微生物为不断增加的放射性废物提供了永久性解决方案,多个研究项目也在寻找其他可代谢放射性物质的新型微生物。借着这些新的发现,未来我们将可以用微生物去清理现有的每一个核电站产生的放射性废物。

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