Nelle rovine di Chernobyl, gli scienziati hanno scoperto un fungo nero che si nutre di radiazioni gamma.

Il fungo nero trovato nelle rovine radioattive di Chernobyl è stato identificato come Cladosporium sphaerospermum, una specie di muffa dal pigmento scuro. La sua classificazione scientifica è la seguente:

• Dominio: Eukaryota – (organismi con cellule complesse)
• Regno: Fungi – (il regno dei funghi)
• Phylum: Ascomycota – (ascomiceti, caratterizzati da strutture che producono spore)
• Classe: Dothideomycetes – (una classe di funghi per lo più associati alle piante)
• Ordine: Capnodiales – (un ordine che include le muffe fuligginose)
• Famiglia: Davidiellaceae – (una famiglia all’interno dei Capnodiales)
• Genere: Cladosporium – (un genere di muffe comuni, spesso di colore scuro)
• Specie: Cladosporium sphaerospermum – la specifica specie di fungo nero che prospera a Chernobyl (Cladosporium sphaerospermum – Wikipedia).

Questo fungo è uno dei diversi funghi radiotrofici scoperti a Chernobyl, il che significa che può crescere in ambienti ad alta radiazione e potenzialmente utilizzare la radiazione come fonte di energia (Cladosporium sphaerospermum – Wikipedia). Altri funghi identificati con tratti simili includono Wangiella (Exophiala) dermatitidis e Cryptococcus neoformans, i quali contengono tutti il pigmento melanina nelle loro pareti cellulari.

Cladosporium sphaerospermum è un fungo dematiaceo – possiede cellule con pigmentazione scura (nera o bruno-olivastra) dovuta all’alto contenuto di melanina (Cladosporium sphaerospermum – Wikipedia). Alcune delle sue caratteristiche biologiche più note includono:

• Morfologia: Cresce come una muffa con ife settate ramificate (filamenti) che presentano pareti spesse e un colore bruno-olivaceo. Le sue colonie hanno solitamente una consistenza vellutata e tendono a rimanere piatte piuttosto che soffici. Il fungo si riproduce principalmente per via asessuata producendo conidi (spore) in catene. I conidi sono quasi sferici (da globosi a ellissoidali, ~3–4 µm di diametro) e si formano in catene ramificate. Questa specie può produrre speciali conidi più grandi chiamati ramoconidi nei punti di ramificazione, che aiutano a differenziarla dai parenti stretti.
• Condizioni di crescita: È interessante notare che il C. sphaerospermum è psicrofilo (amante del freddo). Può crescere a temperature basse fino a -5 °C e fino a circa 35 °C, con una crescita ottimale intorno alla temperatura ambiente (25 °C). È anche xerotollerante , il che significa che tollera una bassa disponibilità di acqua o condizioni di alta salinità. Questi tratti lo aiutano a sopravvivere in ambienti ostili.
• Radiotolleranza: La sua proprietà più singolare è la capacità di resistere e persino prosperare in presenza di intense radiazioni ionizzanti. Nell’ambiente estremamente radioattivo dell’interno del reattore di Chernobyl, questo fungo non solo è sopravvissuto, ma è sembrato crescere vigorosamente e persino orientare la sua crescita verso la sorgente di radiazioni. Questo comportamento insolito è chiamato “radiotropismo”, il che significa che il fungo dirige la sua crescita verso la radiazione, in modo simile a come le piante crescono verso la luce. Test di laboratorio hanno confermato che molti funghi di Chernobyl crescevano verso forti sorgenti di radiazioni beta e gamma, suggerendo che la radiazione stessa agisse come un attrattivo o uno stimolo per la crescita.
• Pigmentazione melaninica: Il colore scuro deriva dalla melanina, un pigmento presente nelle pareti cellulari. La melanina è nota per proteggere gli organismi dalle radiazioni ultraviolette, ma in questi funghi si pensa che svolga un ruolo ancora più attivo nel catturare le radiazioni ad alta energia. Si ritiene che la forte melanizzazione sia un fattore chiave nella radiotolleranza del fungo e sia implicata nella sua capacità di sfruttare le radiazioni per la crescita.

In sintesi, il fungo nero di Chernobyl è una muffa resistente e ricca di melanina con un’estrema resistenza alle radiazioni e la bizzarra abitudine di “mangiare” o muoversi verso il materiale radioattivo. Queste proprietà lo distinguono come un insolito estremofilo nel mondo dei funghi.

Come può un fungo “nutrirsi” di radiazioni gamma? La risposta sembra risiedere nella melanina, il pigmento nero. I ricercatori ipotizzano che questi funghi compiano un processo soprannominato “radiosintesi”, analogo alla fotosintesi, ma che utilizza radiazioni ionizzanti invece della luce solare. Sebbene gli esatti percorsi biochimici siano ancora in fase di studio, diversi studi hanno fatto luce sul meccanismo:

• ruolo della melanina: Le molecole di melanina possono assorbire un ampio spettro di radiazioni elettromagnetiche grazie alla loro struttura elettronica. In funghi come il C. sphaerospermum, la melanina probabilmente assorbe i raggi gamma e aiuta a convertire quell’energia in una forma utilizzabile dal fungo. Esperimenti presso l’Albert Einstein College of Medicine hanno dimostrato che l’esposizione di cellule fungine melanizzate (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis, Cryptococcus neoformans) ad alti livelli di radiazione (500 volte il fondo) ha portato a un aumento della crescita e dell’accumulo di biomassa rispetto alle cellule non irradiate . Entro 20-40 minuti dall’esposizione, la melanina dei funghi ha mostrato una chimica alterata e ha potenziato significativamente le sue capacità di trasferimento di elettroni. In particolare, la melanina irradiata è stata in grado di ridurre un accettore di elettroni (ferricianuro) utilizzando il NADH circa 3-4 volte più velocemente rispetto alla melanina di cellule non esposte. Ciò implica che la melanina stava catturando l’energia della radiazione e incanalando gli elettroni nei processi metabolici.
• radiosintesi vs. fotosintesi: A differenza della fotosintesi (che comporta molteplici passaggi complessi per convertire la luce in energia chimica), il processo dei funghi potrebbe essere più semplice. Il termine “radiosintesi” è usato per descrivere l’uso di radiazioni ionizzanti per guidare il metabolismo. Si ipotizza che la melanina assorba le radiazioni e inneschi eccitazioni elettroniche o reazioni redox che forniscono energia o benefici per la crescita della cellula. Ad esempio, uno studio ha scoperto che la melanina esposta alle radiazioni mostrava un aumento di quattro volte nella sua capacità di ridurre il NADH, indicando un potenziale di trasferimento energetico. In sostanza, la melanina potrebbe funzionare come un “trasduttore di energia radiante”, catturando fotoni gamma e generando elettroni o altri vettori di energia chimica che il fungo può utilizzare. Questo è ancora oggetto di ricerca e gli scienziati non hanno confermato pienamente se il fungo possa fissare il carbonio (come fanno le piante) usando questa energia o se aiuti principalmente il fungo a utilizzare in modo più efficiente altri nutrienti.
• radioprotezione vs. raccolta di energia: È importante notare che la melanina fornisce anche protezione. La melanina può schermare fisicamente le cellule e neutralizzare i radicali liberi dannosi prodotti dalle radiazioni. In ambienti altamente radioattivi, i funghi ricchi di melanina subiscono meno danni al DNA. Si pensa che il pigmento spenga le specie reattive dell’ossigeno generate dalla radiolisi (la radiazione che scinde le molecole d’acqua). Quindi, la melanina ha un duplice scopo: protegge il fungo dagli effetti nocivi delle radiazioni e possibilmente incanala parte di quell’energia radiante nel metabolismo del fungo. I funghi ingegnerizzati per essere albini (senza melanina) non hanno mostrato una crescita potenziata sotto radiazione, evidenziando il ruolo chiave della melanina.

In sintesi, la melanina del fungo nero agisce come una “batteria radio-reattiva”. Assorbe i raggi gamma, subisce cambiamenti nella struttura elettronica e potenzia i processi metabolici (come il trasferimento di elettroni e la crescita) nel fungo. Questo straordinario meccanismo permette al fungo di convertire radiazioni mortali in energia utilizzabile – un fenomeno alla frontiera della nostra comprensione, con i ricercatori ancora al lavoro per decodificare completamente la biochimica dietro questa forma di conversione energetica.

Prime osservazioni tra le rovine di Chernobyl
Non molto tempo dopo il disastro nucleare di Chernobyl del 1986, gli scienziati che esploravano i resti fecero un’osservazione sorprendente: l’interno altamente radioattivo del Reattore 4 stava diventando nero a causa della crescita fungina. Nel 1991, cinque anni dopo l’incidente, i ricercatori riferirono che le pareti del reattore distrutto erano coperte da un fungo nero simile a una muffa. Persino nelle vasche di raffreddamento dell’acqua, i funghi crescevano e rendevano l’acqua nera con le loro spore pigmentate.

La micologa ucraina Nelli Zhdanova e i suoi colleghi furono tra i primi a studiare questi funghi. Trovarono “particelle calde” di grafite del reattore (detriti altamente radioattivi) che venivano attivamente colonizzate e decomposte dai funghi. I funghi non vivevano lì per caso – sembravano preferire il materiale radioattivo. Il team di Zhdanova coniò il termine “radiotropismo” per descrivere come le ife fungine crescessero direzionalmente verso sorgenti di radiazioni beta e gamma. In esperimenti controllati, circa due terzi degli isolati fungini (molti provenienti da Chernobyl) crescevano verso una sorgente di radiazioni nelle piastre di Petri, mentre funghi geneticamente simili provenienti da aree non radioattive mostravano poca o nessuna attrazione di questo tipo. Ciò ha escluso la mera coincidenza e ha suggerito un vero fenomeno biologico di ricerca delle radiazioni.

Nei successivi 15 anni, migliaia di ceppi di centinaia di specie di microfunghi sono stati isolati dalla zona di esclusione di Chernobyl. Molte erano specie con pigmentazione scura (ricche di melanina) come Cladosporium, Alternaria, Penicillium e lieviti come Cryptococcus. La specie incontrata più frequentemente è stata il Cladosporium sphaerospermum, che è diventato l’emblema dei “funghi neri” di Chernobyl. Sorprendentemente, alcuni di questi funghi potevano persino decomporre i blocchi moderatori di grafite radioattiva dal nocciolo del reattore – letteralmente “mangiando” i resti del reattore, probabilmente utilizzando sia la fonte di carbonio che l’energia delle radiazioni.

Studi di laboratorio rivoluzionari
Le scoperte iniziali sollevarono una domanda provocatoria: questi funghi stavano effettivamente crescendo meglio grazie alle radiazioni, e non solo nonostante esse? Per indagare, la dottoressa Ekaterina Dadachova e Arturo Casadevall hanno guidato studi pionieristici a metà degli anni 2000. Nel 2007, hanno pubblicato un articolo fondamentale dimostrando che certi funghi di Chernobyl crescevano più velocemente in presenza di radiazioni ionizzanti rispetto a quando ne erano privi. Hanno coltivato funghi ricchi di melanina (Wangiella, Cryptococcus, ecc.) sotto alte radiazioni gamma in laboratorio e hanno osservato aumenti significativi della biomassa e dell’assorbimento di acetato rispetto alle condizioni di controllo. Il metabolismo e l’espressione genica dei funghi sono stati alterati dall’esposizione alle radiazioni, indicando una reale risposta fisiologica per sfruttare l’energia. Questa è stata la prima prova diretta a sostegno dell’idea della radiosintesi.

Lo studio della Dadachova del 2007 ha approfondito anche la chimica: dopo l’esposizione alle radiazioni, la melanina fungina ha mostrato cambiamenti coerenti con l’eccitazione degli elettroni (rilevata tramite risonanza paramagnetica elettronica) ed è diventata più efficiente nel trasferimento di energia (riducendo il NADH). In sostanza, era come se la melanina venisse “caricata ” dalle radiazioni, in modo analogo a come la clorofilla viene energizzata dalla luce solare. Hanno concluso che la melanina potrebbe effettivamente agire nella cattura e nell’utilizzo dell’energia per i funghi, aprendo la porta a considerare la radiazione come un possibile nutriente o combustibile per la vita.

Da allora, molteplici studi hanno rafforzato queste scoperte. Una revisione del 2008 di Dadachova e Casadevall ha riassunto che il C. sphaerospermum era una delle specie predominanti nel reattore e che le cellule fungine melanizzate mostrano una crescita potenziata dopo l’irradiazione. Nel 2004, il gruppo della Zhdanova ha pubblicato formalmente le prove del radiotropismo su Mycological Research, e altri ricercatori hanno esaminato i cambiamenti genetici nei funghi di Chernobyl che potrebbero essere alla base della loro estrema resistenza alle radiazioni. Più recentemente, moderni studi genomici e trascrittomici (Malo et al. 2021) hanno analizzato come funghi come l’ Exophiala dermatitidis si adattino a livello molecolare quando esposti alle radiazioni, riscontrando cambiamenti nei geni della risposta allo stress e nei percorsi di produzione della melanina.

Nel 2020, un intrigante studio dell’Università del Saskatchewan ha dimostrato che i funghi possono persino essere “addestrati” a percepire meglio e a muoversi verso le radiazioni. Esponendo i funghi neri alle radiazioni nel tempo (radio-adattamento), hanno indotto una risposta di crescita accresciuta quando i funghi hanno successivamente incontrato radiazioni ad alte dosi. Ciò suggerisce che potremmo potenziare o selezionare funghi con capacità di radiosintesi super-efficienti.

Perché Chernobyl?
Il reattore di Chernobyl ha fornito un ambiente unico: alte radiazioni, abbondante materiale organico in decomposizione (come alberi morti, materiali strutturali e grafite) e poca concorrenza da parte di altri organismi (la maggior parte delle piante e degli animali è morta o se n’è andata). Queste condizioni hanno probabilmente selezionato funghi che potevano sopravvivere alle radiazioni e sfruttarle. Entro il 1991, gli scienziati notarono che il suolo e le superfici stavano “diventando neri” a causa della crescita fungina nelle zone contaminate. È un esempio lampante di come la vita si adatti a quello che considereremmo un ambiente inabitabile. Il fungo nero di Chernobyl è da allora diventato un esempio fondamentale di estremofili, organismi che prosperano in condizioni estreme – in questo caso, un’estrema radioattività.

La scoperta che i funghi possono “mangiare” le radiazioni e possibilmente convertirle in energia utile ha stimolato un’ondata di idee innovative. Dai viaggi spaziali alla bonifica ambientale e alla medicina, i funghi radiotrofici e il loro pigmento melaninico hanno applicazioni promettenti. Ecco alcune delle entusiasmanti possibilità:

1. Viaggi spaziali e schermatura dalle radiazioni
Una delle sfide più grandi nei viaggi spaziali a lungo termine (come una missione su Marte) è l’esposizione alle radiazioni cosmiche. Gli astronauti al di fuori del campo magnetico protettivo della Terra affrontano livelli di radiazioni molto più alti che sulla Terra, che possono danneggiare tessuti ed elettronica. Il fungo di Chernobyl offre una potenziale soluzione: scudi radiologici viventi.

I ricercatori, inclusi gli scienziati della NASA, hanno sperimentato il C. sphaerospermum a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). In un esperimento del 2019-2020, un campione di questo fungo è stato coltivato sulla ISS per testare la sua capacità di bloccare le radiazioni spaziali. I risultati sono stati promettenti: anche un sottile strato di fungo ha ridotto in modo misurabile i livelli di radiazione. Infatti, uno strato di 1,7 mm di C. sphaerospermum su una piastra di Petri ha portato a una riduzione di circa il 2,4% delle radiazioni ionizzanti rispetto a un controllo, dimostrando una schermatura dalle radiazioni circa cinque volte superiore rispetto a una massa uguale di materiale non vivente. Sebbene una riduzione del 2-3% sia piccola, è significativa per un biofilm così sottile. L’esperimento ha mostrato che maggiore è la biomassa fungina, maggiore è l’attenuazione delle radiazioni.

Gli scienziati hanno previsto che se si circondasse un oggetto (o una persona) con il fungo, la schermatura potrebbe tagliare le radiazioni di circa il 4%. Per ridurre le radiazioni sulla superficie marziana ai livelli terrestri, i calcoli suggeriscono che servirebbe uno strato di circa 21 cm di spessore di questo fungo come scudo. Può sembrare molto, ma poiché il fungo può crescere e autoreplicarsi, gli astronauti non avrebbero bisogno di trasportare tutto quel materiale schermante dalla Terra – potrebbero potenzialmente coltivarlo sul posto (un concetto di scudi autorigeneranti). Mescolare la melanina fungina con il suolo marziano potrebbe anche migliorare la schermatura mantenendo basso il peso; un’idea è un composito di regolite (suolo marziano), melanina e biomassa fungina spesso circa 9 cm per ottenere una protezione sostanziale.

Oltre a bloccare le radiazioni, si sta valutando l’idea di utilizzare il fungo come una “centrale elettrica” spaziale. Se il fungo converte effettivamente le radiazioni in energia chimica, gli astronauti potrebbero sfruttare quell’attività metabolica. Ad esempio, alcuni hanno ipotizzato sistemi di accumulo di energia in cui i microbi radiotrofici integrano l’energia solare, quasi come pannelli solari viventi che utilizzano i raggi cosmici. Sebbene sia ancora un’ipotesi speculativa, il fungo potrebbe almeno fungere da rivestimento protettivo su habitat, tute o veicoli spaziali, e persino ripararsi da solo se danneggiato dalle radiazioni. Essendo un sistema vivente, può guarire e continuare a crescere, offrendo un vantaggio rispetto agli scudi statici.

È importante notare che la melanina stessa (senza il fungo vivo) viene testata come materiale protettivo contro le radiazioni. Nel 2019, un team della Johns Hopkins ha inviato melanina fungina purificata sulla ISS per esaminare quanto bene protegga dai raggi cosmici. Se la melanina si dimostrasse efficace, in futuro potremmo vedere vernici o pellicole a base di melanina che schermano le attrezzature spaziali e forse rivestono le pareti dei veicoli spaziali.

2. Bioremediazione di rifiuti e ambienti nucleari
Un’altra applicazione entusiasmante è l’uso di questi funghi per ripulire l’inquinamento radioattivo sulla Terra. Dopo Chernobyl, gli scienziati hanno capito che questi funghi possono assorbire isotopi radioattivi e bloccarli all’interno delle loro cellule. Le pareti cellulari ricche di melanina possono legare metalli pesanti e radionuclidi, rimuovendoli efficacemente dall’ambiente.

I potenziali usi nella bioremediazione includono:

• Pulizia del suolo contaminato: In aree come la Zona di Esclusione di Chernobyl o Fukushima, funghi radio-adattati potrebbero essere introdotti nel suolo contaminato per assorbire cesio, stronzio e altri isotopi pericolosi. I funghi “bioaccumulerebbero” questi elementi. Poiché tollerano anche alte radiazioni, sopravviverebbero dove piante o batteri potrebbero morire. Dopo che i funghi sono cresciuti, possono essere raccolti e il materiale radioattivo risulta concentrato nella biomassa fungina, che può quindi essere contenuta o smaltita in sicurezza. Questo processo è una forma di micoremediazione (bonifica basata sui funghi). È già stato dimostrato che i funghi immobilizzano i radionuclidi nel suolo di Chernobyl. In particolare, hanno persino consumato alcuni dei detriti radioattivi organici (come la grafite) nel reattore, riducendone la massa.
• Contenimento di incidenti nucleari: Il team di Ekaterina Dadachova suggerisce di “addestrare i funghi” a rilevare e accumulare radioattività. Questi funghi addestrati potrebbero fungere da biosensori – ad esempio, sparsi su un’area dove si sospetta la presenza di una bomba sporca o di un test nucleare illecito; i funghi crescerebbero più vigorosamente vicino ai punti caldi di radiazione, segnalando efficacemente quelle aree. Crescendo, incapsulerebbero anche le particelle radioattive, impedendo loro di filtrare nelle acque sotterranee o di diffondersi. Questo concetto potrebbe aiutare nel monitoraggio e nella pulizia dei siti di incidenti nucleari o di reattori dismessi.
• Trattamento dei rifiuti: I funghi potrebbero essere utilizzati anche negli impianti di gestione dei rifiuti nucleari. Potrebbero formare uno strato nei depositi di scorie per catturare eventuali radionuclidi che fuoriescono. Alcuni lieviti e funghi sono estremamente resistenti alle radiazioni e possono anche tollerare metalli pesanti tossici. La ricerca sulle specie fungine nei rifiuti radioattivi ha scoperto che spesso superano persino i batteri nella sopravvivenza e nel sequestro dei radionuclidi.

Una sfida è cosa fare dei funghi radioattivi dopo la pulizia. La biomassa stessa diventa un rifiuto nucleare. Tuttavia, poiché i funghi concentrano i radioisotopi, riducono notevolmente il volume del materiale contaminato, il che è un vantaggio per la gestione dei rifiuti. La biomassa fungina concentrata può essere incenerita in condizioni controllate (le ceneri possono essere stoccate) o eventualmente processata per estrarre isotopi utili.

3. Medicina e radioprotezione per gli esseri umani
La melanina di questi funghi potrebbe ispirare nuovi modi per proteggere gli esseri umani dalle radiazioni o persino trattare certe condizioni:

• Schermatura dalle radiazioni per pazienti e operatori: Proprio come la melanina scherma i funghi, potrebbe schermare le cellule umane. Gli scienziati hanno proposto di creare una sorta di “protezione solare” contro le radiazioni utilizzando la melanina fungina. Ad esempio, i pazienti oncologici che ricevono radioterapia potrebbero potenzialmente assumere melanina o farsela applicare per proteggere i tessuti sani durante il trattamento. I lavoratori delle centrali nucleari o i piloti di linea (che ricevono un’esposizione extra ai raggi cosmici) potrebbero usare integratori o creme a base di melanina per ridurre i danni al DNA. Infatti, esperimenti hanno dimostrato che i topi a cui è stata somministrata melanina fungina o anche diete a base di certi funghi ricchi di melanina avevano tassi di sopravvivenza migliori dopo dosi letali di radiazioni. In uno studio, i topi che hanno ricevuto melanina da un fungo ( Gliocephalotrichum simplex) hanno avuto una sopravvivenza più alta, milze più sane e meno danni ossidativi dopo essere stati irradiati, rispetto ai topi di controllo. La melanina sembrava aiutare potenziando i percorsi di segnalazione cellulare (come il ripristino di una proteina importante, ERK, che le radiazioni abbattono).
• Farmaci e terapie: C’è interesse nello sviluppo di farmaci radioprotettivi a partire dalla melanina o imitandone la struttura. La melanina è un antiossidante naturale e uno spazzino di radicali liberi ( Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin – PMC ) ( Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin – PMC ). Un composto a base di melanina potrebbe essere somministrato agli astronauti o ai primi soccorritori nelle emergenze nucleari per prevenire la sindrome da radiazione. Poiché la melanina è un biopolimero, una sfida è la sua somministrazione (è insolubile). Alcuni approcci includono nanoparticelle di melanina o forme iniettabili. In particolare, la melanina dei funghi è chimicamente simile al pigmento di certi funghi commestibili, quindi si stanno esplorando anche vie alimentari (anche se bisognerebbe mangiare moltissimi funghi per avere un effetto!).
• Imaging medico e cura del cancro: È interessante notare che la capacità della melanina di assorbire le radiazioni potrebbe essere utile nella terapia mirata contro il cancro. Gli scienziati hanno considerato se i microbi produttori di melanina possano essere usati per concentrare le radiazioni in un tumore (sebbene questo sia un concetto ancora in una fase iniziale di immaginazione). Più praticamente, il tratto radioprotettivo della melanina potrebbe schermare le cellule sane durante la radioterapia oncologica, come menzionato sopra.
• Biosensori per la salute: La capacità del fungo di percepire le radiazioni potrebbe persino essere utilizzata in piccoli rilevatori per monitorare l’esposizione alle radiazioni. Immagina un dosimetro personale che contiene una minuscola fiala di fungo melanizzato – se i livelli di radiazione aumentano, il metabolismo del fungo cambia, il che potrebbe innescare un segnale leggibile. Questo è speculativo ma dimostra come la biologia possa assistere la tecnologia.
  

4. Biotecnologia e altre tecnologie
Oltre allo spazio e alla medicina, i funghi radiotrofici e i loro pigmenti hanno altri usi innovativi:

• Raccolta di energia: Il concetto di raccogliere energia dalle radiazioni è intrigante. Esistono batterie nucleari (come i RTG – generatori termoelettrici a radioisotopi), ma queste utilizzano il calore del decadimento. I funghi offrono un approccio biologico. Se potessimo progettare un sistema in cui la melanina fungina converte i raggi gamma in energia elettrica (ad esempio, tramite reazioni di trasferimento di elettroni), potremmo creare una sorta di batteria biologica a radiazioni . I ricercatori hanno notato che i pigmenti di melanina possono produrre una corrente elettrica in certe condizioni, e c’è una ricerca in corso in bioelettrochimica che analizza la melanina dei microbi per vedere se può essere utilizzata in celle a combustibile o sensori.
• Sensori e rilevatori: Come accennato, i funghi addestrati potrebbero agire come sensori viventi. Potrebbero essere usati per rilevare materiale nucleare illegale. Inoltre, la conduttività della melanina cambia quando viene irradiata (come mostrato dalla Dadachova). Ciò significa che un circuito rivestito di melanina potrebbe potenzialmente fungere da rilevatore di radiazioni in tempo reale, cambiando la sua resistenza elettrica o corrente quando la radiazione viene assorbita.
• Biotecnologia industriale: La melanina fungina è estremamente stabile e può legare varie sostanze. Si sta esplorando il suo utilizzo nella filtrazione (per rimuovere tossine o persino agenti nervini, poiché la melanina può legare inquinanti chimici). La porosità e la capacità di legame della melanina potrebbero renderla un componente in filtri o equipaggiamento protettivo per la difesa chimica/radiologica.
• Scienza dei materiali: L’idea di incorporare la melanina nei materiali (plastiche, vernici, tessuti) per la schermatura dalle radiazioni è interessante perché la melanina è leggera e biocompatibile. Ad esempio, polimeri infusi di melanina potrebbero rivestire l’interno di aerei o stazioni spaziali per ridurre le radiazioni croniche a basse dosi. Anche l’elettronica di consumo potrebbe trarne beneficio (per proteggere i componenti sensibili dalle radiazioni di fondo o per rinforzare i dispositivi per il volo ad alta quota).
• Accumulo di energia: Una nozione speculativa menzionata dai ricercatori è l’uso dei funghi per l’accumulo di energia. Poiché convertono le radiazioni in energia chimica, forse potrebbero caricare qualche tipo di condensatore biologico o immagazzinare energia in forma chimica che può essere sfruttata in seguito. Si tratta di una biotecnologia d’avanguardia che richiederebbe progressi significativi, ma è sul tavolo come idea a lungo termine.

Dalla protezione degli astronauti alla pulizia dei siti nucleari, le applicazioni del fungo di Chernobyl spaziano in molti campi. È un esempio lampante di come una strana scoperta in una zona disastrata possa ispirare l’innovazione interdisciplinare.

Sebbene il potenziale sia entusiasmante, l’uso di un fungo che mangia le radiazioni in applicazioni pratiche solleva importanti questioni etiche e di sicurezza:

• Patogenicità e rischi per la salute: Molti funghi produttori di melanina sono patogeni opportunisti o allergeni. Il Cladosporium sphaerospermum stesso è generalmente considerato una comune muffa ambientale e può causare allergie o asma in individui sensibili. Altre “muffe nere” correlate e il Cryptococcus neoformans (uno dei funghi radiotrofici) possono causare gravi infezioni in persone con sistema immunitario indebolito. Lavorare con o distribuire tali funghi nell’ambiente o negli habitat spaziali deve garantire che non rappresentino un rischio per la salute umana. Se dovessimo rivestire un veicolo spaziale o una stanza con funghi vivi, dovremmo essere sicuri che non infettino inavvertitamente l’equipaggio o producano spore tossiche. Gli scienziati stanno esplorando l’uso del solo pigmento melaninico (che non è infettivo) come alternativa più sicura alle colture fungine vive per applicazioni che comportano l’esposizione umana ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ).
• Contenimento e controllo: Introdurre un fungo resistente in un nuovo ambiente (come Marte, o un laboratorio, o un sito nucleare) richiede un controllo attento. Questi funghi possono diffondersi tramite spore microscopiche. C’è un aspetto di etica ecologica: se rilasciamo funghi affamati di radiazioni in un sito contaminato, potrebbero diffondersi involontariamente oltre la zona target? Non vorremmo uno scenario di specie invasiva. Tuttavia, in luoghi come il reattore di Chernobyl o un impianto di scorie sigillato, questo è meno preoccupante poiché l’area è già ostile alla maggior parte della vita e contenuta. Nello spazio, qualsiasi materiale biologico necessita di protocolli di quarantena per evitare di contaminare altri pianeti (regole di protezione planetaria) – ironicamente, un fungo che prospera sulle radiazioni potrebbe sopravvivere ai viaggi interplanetari meglio della maggior parte dei microbi, quindi dobbiamo essere cauti.
• Modifica genetica: Potrebbe esserci interesse nel potenziare geneticamente questi funghi per ottenere prestazioni migliori (ad esempio, un fungo OGM che produce melanina extra o cresce più velocemente). Qualsiasi OGM usato all’esterno solleverebbe questioni normative ed etiche. Ad esempio, i funghi modificati potrebbero trasferire geni a specie native? Potrebbero evolversi in modi inaspettati in natura o nello spazio? Sarebbero necessarie valutazioni del rischio approfondite.
• Smaltimento post-bonifica: L’uso dei funghi per la bioremediazione porta al problema menzionato: i funghi diventano radioattivi. La manipolazione e lo smaltimento della biomassa radioattiva devono seguire i protocolli di sicurezza nucleare. C’è una componente etica nel garantire che i lavoratori coinvolti in tale bioremediazione non siano esposti a rischi indebiti e che i rifiuti siano messi in sicurezza. Alcuni potrebbero obiettare che il processo sposta semplicemente la contaminazione da una forma all’altra, ma la controargomentazione è che la concentra e la contiene, il che è comunque vantaggioso.
• Effetti ignoti sull’ecosistema: I funghi che assorbono le radiazioni potrebbero alterare i microecosistemi in cui vengono applicati. Ad esempio, nella pulizia del suolo, man mano che i funghi dominano, potrebbero superare altri microbi o cambiare la chimica del suolo. Dovremmo monitorare tali effetti per evitare di danneggiare la salute del suolo a lungo termine. Tuttavia, in zone già devastate come il nocciolo del reattore di Chernobyl, favorire la crescita fungina potrebbe effettivamente essere riabilitativo poiché non vive molto altro lì.
• Uso etico degli estremofili: C’è una questione filosofica più ampia: abbiamo il diritto di sfruttare forme di vita estremofile a nostro vantaggio senza comprendere appieno la loro ecologia? Alcuni eticisti suggeriscono cautela nel manomettere organismi che hanno nicchie molto specializzate. Detto questo, questi funghi sono presenti in natura e già in questi ambienti, e usarli per mitigare i disastri causati dall’uomo (come le fuoriuscite nucleari) potrebbe essere visto come un dovere etico positivo per risanare l’ambiente.

In tutti i casi, i protocolli di sicurezza favoriranno probabilmente l’uso di melanina isolata o biomassa fungina morta piuttosto che colture in crescita attiva quando possibile. Ad esempio, creare rivestimenti a base di melanina evita il rischio di funghi vivi. Se vengono utilizzati funghi vivi (come nello spazio o nella pulizia), verrebbero probabilmente tenuti in sistemi chiusi o barriere per prevenire la diffusione incontrollata. Mentre la ricerca continua, gli scienziati sono consapevoli di queste preoccupazioni e spesso sottolineano la necessità di maggiori conoscenze sulla melanina fungina e sulla manipolazione dei funghi melanotici ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ).

La ricerca sul fungo nero di Chernobyl e sulle sue applicazioni sta avanzando rapidamente, unendo microbiologia, biofisica e ingegneria. Ecco alcuni risultati recenti e direzioni future:

• Esperimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale (2018–2022): Il fungo C. sphaerospermum è stato ora testato nello spazio. I test preliminari nel 2018-19 sulla ISS (dalla NASA e collaboratori) hanno dimostrato che il fungo può crescere in microgravità e offrire schermatura dalle radiazioni come discusso. Uno studio successivo pubblicato nel 2022 ha riferito che il fungo non solo è cresciuto bene sulla ISS, ma ha effettivamente avuto un tasso di crescita leggermente più alto in orbita rispetto alla Terra, probabilmente a causa della costante esposizione alle radiazioni (aumento della crescita di circa 1,2 volte). Ciò suggerisce una risposta radioadattativa alle radiazioni spaziali in cui il fungo potrebbe trarre beneficio dai raggi cosmici. Inoltre, l’esperimento ha confermato una riduzione rilevabile delle radiazioni sotto la coltura fungina rispetto a un controllo senza funghi, attribuibile alla biomassa fungina che assorbe le radiazioni. Queste scoperte aprono la strada all’ampliamento dell’idea di scudi radiologici viventi nello spazio. È probabile che i futuri esperimenti sulla ISS testino strati fungini più spessi e durate più lunghe, e persino la co-coltura con simulanti di suolo marziano per vedere come potrebbe funzionare uno scudo ibrido.
• Approfondimenti molecolari (2020–2021): Gli scienziati hanno sondato i genomi e l’espressione genica dei funghi radiotrofici. Uno studio del 2021 di Malo et al. ha analizzato come cambia l’attività genica dell’ Exophiala dermatitidis (un lievito nero radiotrofico) dopo l’esposizione alle radiazioni. Hanno trovato l’attivazione di percorsi di risposta allo stress e la sovraregolazione di geni legati alla produzione di melanina e alla riparazione del DNA sotto alte radiazioni. Allo stesso modo, uno studio del 2022 (Bland et al., in Scientific Reports) ha studiato come l’esposizione ai raggi gamma e agli UV abbia influenzato la crescita e la pigmentazione di funghi correlati. È interessante notare che hanno osservato aumenti significativi nella produzione di pigmento melaninico dopo l’irradiazione, anche se il tasso di crescita non sempre aumentava. Ciò supporta l’idea che i funghi potenzino la melanina (per protezione e possibilmente per la cattura di energia) quando vivono in ambienti radioattivi.
• Funghi che rilevano le radiazioni (2020): Come notato con il lavoro dell’Università del Saskatchewan, i ricercatori sono riusciti a potenziare la risposta alle radiazioni dei funghi pre-esponendoli (essenzialmente addestrandoli). Questo addestramento adattivo potrebbe portare a ceppi fungini ottimizzati per particolari isotopi o livelli di radiazione. È simile all’allevamento selettivo per il miglior fungo “fiuta-radiazioni”. La ricerca futura potrebbe produrre funghi personalizzati per compiti di bonifica specifici – ad esempio, un ceppo particolarmente efficace nell’accumulare cesio-137 dal suolo, o uno che forma rapidamente un biofilm protettivo spesso quando è presente radiazione.
• Ingegneria della melanina: C’è un crescente interesse nella sintesi o modifica della melanina per uso esterno al fungo. La melanina può essere estratta da colture fungine in grandi quantità (è un polimero resistente). I team stanno esplorando materiali compositi con melanina, come mescolare melanina fungina in plastiche o tessuti per creare dispositivi di protezione dalle radiazioni. Nel 2021, una revisione approfondita sulle melanine fungine ha concluso che, sebbene il potenziale sia elevato, devono essere superate sfide come la struttura complessa della melanina e il suo isolamento efficiente ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ). Futuri progressi nella scienza dei materiali potrebbero permettere di personalizzare le proprietà della melanina (ad esempio, rendendola più conduttiva elettricamente o più flessibile) per integrarla nei dispositivi.
• Espansione ad altri estremi: I funghi radiotrofici sono stati trovati anche in altri luoghi estremi – ad esempio, sull’esterno della Stazione Spaziale Internazionale e in ambienti ad alta quota. Alcuni sono stati persino esposti all’esterno dell’ISS (un progetto chiamato EXPOSE-E) per un anno e sono sopravvissuti ai raggi cosmici e al vuoto. Queste specie, come Cryomyces antarcticus, hanno mantenuto un’alta sopravvivenza e bassi tassi di mutazione, attribuiti alla loro protezione di melanina. Questo ci dice che i funghi radiotrofici (o almeno le loro spore) potrebbero potenzialmente resistere a viaggi interplanetari. La ricerca astrobiologica futura potrebbe esaminare se tali funghi potrebbero ipoteticamente sopravvivere sulla superficie di Marte o aiutare a creare sistemi di supporto vitale negli habitat lì.
• Ricerca commerciale e industriale: Agenzie come la NASA e l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) stanno attivamente esaminando biotecnologie per la schermatura dalle radiazioni, quindi i finanziamenti e l’interesse per questi funghi sono in aumento. Le startup stanno persino valutando rivestimenti a base di melanina (per elettronica, satelliti, ecc.). Inoltre, le agenzie di difesa sono curiose di sapere se la melanina o i derivati fungini potrebbero proteggere i soldati dall’esposizione a radiazioni o sostanze chimiche. Nel settore energetico, gli impianti nucleari stanno considerando metodi di biomonitoraggio (come sensori fungini) come parte dei sistemi di sicurezza. Questo interesse intersettoriale suggerisce un futuro vivace per portare questa scienza fuori dal laboratorio.
• Domande aperte: Nonostante i progressi, rimangono diverse domande per il futuro. Gli scienziati stanno ancora cercando di dimostrare in modo conclusivo quanto dell’energia di crescita del fungo possa provenire direttamente dalle radiazioni. Potrebbe essere che le radiazioni aumentino il loro metabolismo piuttosto che sostituire completamente il cibo. Come ha affermato una revisione, non è ancora dimostrato se i funghi possano fissare il carbonio (trasformare la CO₂ in biomassa) usando solo l’energia delle radiazioni. Esperimenti futuri potrebbero comportare la coltivazione dei funghi in terreni minimi con radiazioni per vedere se possono sostenersi con pochissimi altri nutrienti. Un’altra domanda aperta è se possiamo trasferire questa capacità ad altri organismi – potremmo, ad esempio, ingegnerizzare una pianta o un batterio per usare la melanina e acquisire capacità radiotrofiche? Tale lavoro di biologia sintetica potrebbe essere lontano, ma è concepibile.

In conclusione, l’umile fungo nero di Chernobyl è passato da curiosità scientifica a strumento promettente per l’innovazione. La ricerca in corso probabilmente sbloccherà altri suoi segreti, trasformando quella che un tempo era fantascienza (organismi che si nutrono di radiazioni) in realtà pratica. Dal proteggere i futuri esploratori di Marte alla pulizia dei peggiori disastri nucleari del nostro pianeta, questo fungo amante delle radiazioni esemplifica come la vita possa adattarsi in modi sorprendenti – e come questi adattamenti possano essere sfruttati per il miglioramento della tecnologia e della società.

Riferimenti:

• Zhdanova, N. N. et al. (2004). Ionizing radiation attracts soil fungi. Mycological Research, 108(9), 1089–1096.
• Dadachova, E. et al. (2007). Ionizing radiation changes the electronic properties of melanin and enhances the growth of melanised fungi. PLoS One, 2(5): e457.
• Dadachova, E. & Casadevall, A. (2008). Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin. Curr. Opin. Microbiol. , 11(6), 525–531.
• Shunk, G. K. et al. (2020). A Self-Replicating Radiation-Shield for Human Deep-Space Exploration: Radiotrophic Fungi on the ISS (preprint).
• Cordero, R. J. et al. (2021). Fungal melanins and applications in healthcare, bioremediation and industry. Microorganisms, 9(7): 1465 ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ).
• Peachey, C. (2020). Chernobyl fungus used in space experiments. Nuclear Engineering International.
• University of Saskatchewan News (2020). USask researchers training fungi to sense radiation and clean up nuclear waste.
• Royal Society of Biology (2019). Eating gamma radiation for breakfast – The Biologist (Feature by Tom Ireland).
• Bland, J. et al. (2022). Evaluating changes in growth and pigmentation of fungi in response to gamma and UV irradiation. Sci Reports, 12:12142.
• [Citazioni aggiuntive in linea sopra da TechnologyNetworks, Wikipedia (Cladosporium sphaerospermum – Wikipedia), ecc., forniscono ulteriori letture e dati di origine.]