พบ ‘เชื้อราดำ’ เติบโตใน ‘เชอร์โนบิล’ หวังใช้เป็นโล่ชีวภาพป้องกันกัมมันตภาพรังสี

ย้อนกลับไปในปี 1986 เกิดโศกนาฏกรรมทางนิวเคลียร์ครั้งร้ายแรงที่สุด เมื่อเตาปฏิกรณ์หมายเลข 4  ในโรงไฟฟ้าปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชอร์โนบิล ประเทศยูเครน ได้ระเบิดขึ้น โดยปลดปล่อยรังสีและสารกัมมันตรังสีจำนวนมหาศาลสู่ชั้นบรรยากาศ ส่งผลให้พื้นที่โดยรอบกลายเป็นเขตอันตรายที่มนุษย์ไม่สามารถอยู่อาศัยได้ และมีการจัดตั้ง “เขตยกเว้น” (Exclusion Zone) ครอบคลุมพื้นที่กว่า 4,100 ตร.กม. เพื่อป้องกันผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต

ในช่วงเวลานั้น นักวิทยาศาสตร์ต่างคาดการณ์ว่าพื้นที่ภายในซากเตาปฏิกรณ์จะกลายเป็นเขตอันตราย ไร้สิ่งมีชีวิตมีเพียงความว่างเปล่า  ทว่าเมื่อผ่านไปกว่าสิบปี นักวิจัยพบว่าภายในซากปรมาณูกลับมี “เชื้อราสีดำ” อยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยรังสีระดับเข้มข้น โดยที่พวกมันยังเติบโตและเจริญงอกงามอย่างน่าอัศจรรย์ สร้างความตกตะลึงให้แก่นักวิทยาศาสตร์

เนลลี ซดาโนวา นักจุลชีววิทยาชาวยูเครน ได้รับอนุญาตให้เข้าไปสำรวจภายในซากเตาปฏิกรณ์หมายเลข 4 ที่ถูกปิดตาย เมื่อปี 1997 พบว่าตามผนัง เพดาน และแม้แต่ในท่อร้อยสายไฟโลหะ ถูกปกคลุมด้วยเชื้อราสีดำเข้ม 

จากการสำรวจอย่างละเอียดพบว่ามีเชื้อรามากกว่า 37 ชนิดที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีสูงนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเชื้อราในกลุ่ม Cladosporium sphaerospermum ที่ถูกกัมมันตภาพรังสีที่มีประจุไฟฟ้าดึงดูดให้เข้าไปหา (radiotropism) ซึ่งพฤติกรรมนี้เปรียบได้กับพืชที่พยายามชูช่อเข้าหาแสงอาทิตย์

เชื้อราดำที่พบในเชอร์โนบิล
เครดิตภาพ: Nils Averesch/ Aaron Berliner 

ทว่าอนุภาคของสารกัมมันตรังสี ทรงพลังเหนือกว่าแสงอาทิตย์หลายเท่า จนสามารถทำลายดีเอ็นเอและโปรตีนในเซลล์ร่างกาย เหมือนกับกระสุนที่เจาะทะลุทะลวงเนื้อคน ความเสียหายที่เกิดขึ้นจะทำให้เกิดการกลายพันธุ์ จนเซลล์ต่าง ๆ และสิ่งมีชีวิตนั้นต้องตายในที่สุด

การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าเชื้อราเหล่านี้ไม่ได้เพียงแค่หลบซ่อนตัวจากความตาย แต่พวกมันจงใจเคลื่อนที่เข้าหาใจกลางของรังสีเพื่อจุดประสงค์บางอย่างที่ลึกซึ้งกว่าการป้องกันตัว

ความลับเบื้องหลังความสามารถอันเหนือชั้นของเชื้อราเหล่านี้อยู่ที่เม็ดสี “เมลานิน” (Melanin) ซึ่งเป็นสารสีชนิดเดียวกับที่พบในผิวหนังและเส้นผมของมนุษย์ ในมนุษย์ เมลานินทำหน้าที่ปกป้องเซลล์จากรังสีอัลตราไวโอเลต แต่ในเชื้อราสีดำที่เชอร์โนบิล เมลานินทำหน้าที่เป็นโล่ชีวภาพที่มีประสิทธิภาพสูงกว่านั้นมาก 

เมลานินในผนังเซลล์ของเชื้อราไม่ได้ทำหน้าที่เป็นเพียงพื้นผิวที่แข็งหรือเรียบเพื่อสะท้อนรังสี แต่โครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบของมันจะกลืนพลังงานจากรังสีและกระจายออกไปแทนที่จะปล่อยให้มันทะลุเข้าไปทำลายกลไกภายในเซลล์นอกจากนี้เมลานินยังทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่ช่วยเปลี่ยนไอออนที่ทำปฏิกิริยาไวซึ่งเกิดจากรังสีให้กลับคืนสู่สภาวะเสถียร 

ดร.โจชัว โนซานชุก ศาสตราจารย์จากวิทยาลัยแพทยศาสตร์อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ อธิบายถึงการปรับตัวนี้ว่า “เชื้อราได้ผ่านการฝึกทางสิ่งแวดล้อมที่ท้าทายมาอย่างยาวนาน จนทำให้พวกมันพัฒนาความสามารถในการป้องกันตนเองและสร้างข้อได้เปรียบที่น่าทึ่ง การกินรังสี หรือกระบวนการสังเคราะห์ด้วยรังสี (Radiosynthesis) คือหนึ่งในการปรับตัวที่ทำให้เชื้อราซึ่งผลิตเม็ดสีเมลานินพัฒนาขึ้น”

ทฤษฎีการกินรังสี หรือ Radiosynthesis ได้รับการสนับสนุนอย่างมีนัยสำคัญในปี 2007 เมื่อ เอคาเทรินา ดาดาโชวานักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ ทำการวิจัยต่อยอดและพบว่า เชื้อราที่มีเมลานินเหล่านี้เจริญเติบโตได้เร็วขึ้นถึง 10% หากสัมผัสกับรังสีเซเซียม-137 เมื่อเทียบกับสภาวะปรกติ  เธอเสนอว่าเชื้อราอาจใช้เมลานินเป็นตัวแปลงพลังงานรังสีไอออไนซ์ให้กลายเป็นพลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนระบบเผาผลาญและเจริญเติบโตได้คล้ายกับคลอโรฟิลล์ในพืช

ดาดาโชวาได้ให้ข้อมูลเปรียบเทียบความทรงพลังของพลังงานนิวเคลียร์ไว้ว่า “พลังงานของรังสีไอออไนซ์นั้นสูงกว่าพลังงานของแสงสีขาวที่ใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงถึงหนึ่งล้านเท่า ดังนั้นคุณจึงต้องมีตัวแปลงพลังงานที่ทรงประสิทธิภาพมาก และนั่นคือสิ่งที่เราเชื่อว่าเมลานินสามารถทำได้ คือการแปลงรังสีไอออไนซ์ให้กลายเป็นพลังงานในระดับที่นำไปใช้ประโยชน์ได้”

แม้ว่ากลไกการทำงานของเชื้อรายังคงเป็นที่ถกเถียงและต้องการการพิสูจน์ในระดับโมเลกุลเพิ่มเติม แต่การค้นพบนี้ได้เปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ เพื่อนำความรู้นี้ไปประยุกต์ใช้ในการทำความสะอาดพื้นที่ปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสี อย่างฟุกุชิมะหรือเชอร์โนบิลเอง

ความมหัศจรรย์ของเชื้อราจากเชอร์โนบิลไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่บนโลก ในปี 2018 นักวิจัยได้ส่งตัวอย่างเชื้อรา C. sphaerospermum ขึ้นไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) เพื่อทดสอบความสามารถในการรับมือกับรังสีคอสมิก ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญของการสำรวจอวกาศ 

การทดลองนี้ถูกบรรจุในโมดูล CubeLab ที่ทำงานด้วยระบบคอมพิวเตอร์ Raspberry Pi และเซนเซอร์วัดรังสีอย่างแม่นยำ ผลการทดลองพบว่าในสภาวะที่มีรังสีสูงและไร้แรงโน้มถ่วง เชื้อราเหล่านี้เติบโตได้เร็วขึ้นกว่าบนโลกถึง 1.21 เท่า

นิลส์ อเวเรสช์ นักชีวเคมีผู้ร่วมวิจัยได้ระบุถึงผลการค้นพบนี้ว่า “เชื้อราเติบโตได้ดีกว่าเมื่ออยู่ในอวกาศข้อมูลนี้ชี้ให้เห็นว่ารังสีอวกาศไม่เพียงแต่ไม่เป็นอันตรายต่อเชื้อรา แต่มันอาจเป็นแหล่งพลังงานที่ช่วยให้พวกมันขยายพันธุ์ได้ดียิ่งขึ้นไปอีก”

นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังพบว่า เมื่อนำเชื้อราสีดำมาเลี้ยงในจานเพาะเชื้อก็สามารถลดปริมาณรังสีที่ผ่านไปยังเซนเซอร์ด้านล่างได้อย่างมีนัยสำคัญ แม้จะมีเชื้อราปริมาณไม่มากนักก็ตาม

นวัตกรรม “โล่ชีวภาพ” นี้อาจเป็นกุญแจสำคัญสำหรับภารกิจการตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคารหรือดวงจันทร์ เนื่องจากรังสีคอสมิกสามารถทะลุผ่านตะกั่วได้ แต่เชื้อราที่มีชีวิตเหล่านี้ซึ่งเต็มไปด้วยไฮโดรเจนจากน้ำในชีวมวลกลับเป็นวัสดุป้องกันรังสีที่มีประสิทธิภาพสูง

ดังนั้นแนวคิดเรื่อง “วัสดุเชิงประกอบที่มีชีวิต” (Living Composites) ด้วยการนำเชื้อราหรือเมลานินมาผสมกับดินบนดาวอังคาร เพื่อสร้างที่พักอาศัยที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้จึงไม่ใช่เรื่องเพ้อฝันอีกต่อไป

ดร.อาร์ตูโร คาซาเดวัล จากมหาวิทยาลัยจอนส์ฮอปกินส์ ได้กล่าวถึงศักยภาพนี้ไว้ว่า “การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในภูมิภาคเชอร์โนบิลแสดงให้เห็นว่า สิ่งมีชีวิตมีความยืดหยุ่นและสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายได้อย่างรวดเร็ว รวมถึงการปนเปื้อนของรังสีด้วย ดังนั้นวัสดุที่มีเมลานินหรือแม้แต่เชื้อราสีดำที่ปลูกในอวกาศอาจช่วยปกป้องมนุษย์ในยานอวกาศได้”

แม้ในที่ที่มนุษย์มองเห็นแต่ความตาย ธรรมชาติยังคงมีหนทางในการวิวัฒนาการที่คาดไม่ถึง เชื้อราสีดำเหล่านี้เปลี่ยนโศกนาฏกรรมนิวเคลียร์ให้กลายเป็นโอกาสในการศึกษาการปรับตัวของชีวิต และอาจกลายเป็นเพื่อนร่วมทางสำคัญของมนุษยชาติในการเดินทางข้ามจักรวาล 

การเปลี่ยนศัตรูที่มองไม่เห็นอย่างรังสีให้กลายเป็นพลังงานชีวิต ไม่เพียงแต่พิสูจน์ถึงความอัศจรรย์ของชีววิทยา แต่ยังเป็นแรงบันดาลใจให้เรามองหาวิธีการที่ยั่งยืนในการเผชิญหน้ากับความท้าทายที่อันตรายที่สุดในอนาคต

การปรับตัวของเชื้อรานี้เปรียบได้กับการที่ธรรมชาติสร้างชุดเกราะเหล็กที่ไม่ได้มีไว้เพียงแค่กันกระสุน แต่ยังสามารถดูดซับแรงกระแทกของกระสุนเหล่านั้นมาเปลี่ยนเป็นพลังงานขับเคลื่อนผู้สวมใส่ให้ก้าวเดินต่อไปได้ในดินแดนที่ไม่มีใครเคยไปถึง

ที่มา: BBC, Earth, Newsweek, NY Pork