I funghi di Chernobyl come scudo contro i raggi cosmici per le missioni nello spazio profondo 

Nel 1986, la quarta unità della centrale nucleare di Chernobyl, in Ucraina (ex Unione Sovietica), subì un enorme incendio e un'esplosione di vapore. L'incidente senza precedenti rilasciò nell'ambiente oltre il 5% del nocciolo del reattore, composto da oltre 100 elementi radioattivi (principalmente iodio-131, cesio-137 e stronzio-90). Il livello di radiazioni era estremamente elevato per la sopravvivenza delle forme di vita nelle vicinanze. I pini in un'area di 10 km² intorno al luogo dell'incidente morirono nel giro di poche settimane a causa dell'esposizione a dosi letali di radiazioni. Tuttavia, alcune muffe e funghi neri non solo sopravvissero al livello pericolosamente elevato di radiazioni, ma si scoprì che prosperavano sul luogo dell'incidente. Studi successivi isolarono circa 2000 ceppi di 200 specie di funghi dal sito. Si scoprì che le ife fungine crescevano verso la fonte di radiazioni ionizzanti beta e gamma proprio come le piante verdi crescono verso la luce solare. Ancora più interessante, l'esposizione alle radiazioni ionizzanti sembra aver permesso alle cellule fungine melanizzate una crescita potenziata, indicando la cattura di energia da parte del pigmento melanina in presenza di radiazioni ad alta energia (simile alla cattura di energia da parte della clorofilla nella luce solare durante la fotosintesi). Nel 2022, un esperimento a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ha dimostrato che questi funghi mostravano capacità di radioresistenza e radiosintesi anche nello spazio. Ciò suggerisce che i funghi melanizzati che sopravvivono e prosperano in condizioni di radiazioni estreme, come il sito dell'incidente di Chernobyl, possono essere utilizzati per proteggere gli insediamenti umani nello spazio profondo dai raggi cosmici e per catturare energia (dai raggi cosmici) per migliorare l'autonomia energetica delle missioni nello spazio profondo come Artemis, in vista di futuri insediamenti umani sulla Luna e su Marte.  

I reattori nucleari in tutto il mondo utilizzano principalmente uranio arricchito contenente circa il 3-5% di uranio-235 come materiale fissile (alcuni reattori autofertilizzanti avanzati possono utilizzare anche plutonio-239 o torio-233). I prodotti principali della fissione controllata dell'uranio-235 nei reattori sono nuclei più leggeri di cripton e bario, neutroni liberi e una grande quantità di energia. Ulteriori decadimenti radioattivi di frammenti fissili più leggeri e instabili (nuclei di cripton e bario) rilasciano particelle beta, raggi gamma e altri sottoprodotti stabili.  

Incidente di Chernobyl (1986) 

Nel 1986, l'incendio e l'esplosione di vapore nella quarta unità della centrale nucleare di Chernobyl in Ucraina (allora Unione Sovietica) provocarono il rilascio nell'ambiente di oltre il 5% del nocciolo del reattore radioattivo. L'incidente senza precedenti rilasciò oltre 100 elementi radioattivi nell'ambiente, i principali dei quali erano iodio-131, cesio-137 e stronzio-90. Questi ultimi due (ovvero il cesio-137 e lo stronzio-90) sono ancora presenti in quantità significative nell'ambiente locale poiché hanno emivite più lunghe, pari a circa 30 anni. Questi due isotopi sono i principali responsabili del fatto che la Zona di Esclusione sia l'area più radioattivamente contaminata sulla Terra.  

Alcune zone della Zona di Esclusione, in prossimità del sito, presentano livelli di radiazioni estremamente elevati. L'edificio del reattore distrutto presenta un livello di radiazioni di oltre 20,000 roentgen all'ora (a titolo di confronto, circa 500 roentgen in cinque ore rappresentano la dose letale di radiazioni, che è inferiore all'1% della radiazione presente nei pressi del sito del reattore distrutto).   

Il livello di radiazioni nell'area di 10 kmq circostante la centrale di Chernobyl, all'interno della Zona di Esclusione (chiamata Foresta Rossa), era così elevato che migliaia di pini morirono nel giro di poche settimane dopo essere stati esposti a circa 60-100 Gray (Gy) di radiazioni. Questa dose di radiazioni fu letale per i pini della zona, che assunsero una colorazione rosso ruggine e morirono. Ancora oggi, i raggi gamma raggiungono un picco di circa 17 millirem/ora (circa 170 µSv/h) in alcuni punti della Foresta Rossa. I raggi gamma sono radiazioni ad altissima energia. Penetrano in profondità, staccando elettroni da atomi e molecole e formando ioni e radicali liberi che causano danni irreparabili a cellule e tessuti, comprese biomolecole vitali come DNA ed enzimi. L'esposizione a dosi molto elevate di raggi gamma provoca la morte di organismi viventi, come è successo ai pini intorno al sito dell'incidente di Chernobyl. Ma non sempre!  

Alcuni funghi non solo sono sopravvissuti, ma hanno prosperato nel sito dell'incidente di Chernobyl ad alta radioattività  

Mentre i pini in un'area di 10 kmq circostante il luogo dell'incidente sono morti nel giro di poche settimane a causa dell'esposizione a livelli di radiazioni estremamente elevati, alcuni funghi neri, in particolare Cladosporium sphaerospermum e Alternaria alternata Sono stati osservati crescere in prossimità della quarta unità danneggiata pochi anni dopo l'incidente, nonostante il livello di radiazioni fosse/sia ancora letale. Questa è stata una sorpresa. Entro il 2004, vari studi hanno isolato circa 2000 ceppi di 200 specie di funghi dal sito dell'incidente.  

È interessante notare che si è scoperto che le ife fungine crescevano verso la fonte di radiazioni ionizzanti (proprio come le piante crescono verso la luce solare, mostrando fototropismo). Misurando la risposta fungina alle radiazioni ionizzanti, i ricercatori hanno dimostrato che sia le radiazioni beta che quelle gamma promuovono la crescita direzionale delle ife verso la fonte.  

Poiché le specie microbiche melanizzate sono più comuni in natura, si pensava che il pigmento melanina avesse un ruolo nella straordinaria capacità di alcuni funghi di sopravvivere e prosperare nei terreni contaminati da frammenti fissili (radionuclidi). Un esperimento pubblicato nel 2007 ha dimostrato che effettivamente era così. L'esposizione della melanina alle radiazioni ionizzanti è la chiave. Le radiazioni ionizzanti modificano le proprietà elettroniche dei pigmenti melaninici, consentendo alle cellule fungine melanizzate una crescita più rapida in seguito all'esposizione alle radiazioni ionizzanti. Ciò indica che la melanina ha un ruolo nella cattura dell'energia (radiosintesi), simile a quello della clorofilla nella fotosintesi. Ciò ha anche reso possibile l'utilizzo di questi funghi nella bonifica della contaminazione da radionuclidi.   

Missioni e abitazioni umane nello spazio profondo  

A lungo termine, tutte le civiltà planetarie saranno esposte a minacce esistenziali dovute agli impatti spaziali, da qui l'imperativo per gli esseri umani di diventare una specie multi-planetaria. Sono previste missioni umane nello spazio profondo per stabilire insediamenti umani oltre la Terra. La missione lunare Artemis è un inizio in questa direzione, che mira a creare una presenza umana a lungo termine sulla Luna e nei suoi dintorni, in preparazione delle missioni e degli insediamenti umani su Marte.   

Una delle maggiori sfide per le missioni umane nello spazio profondo è rappresentata dal flusso costante di potenti raggi cosmici che pervadono ogni angolo dello spazio. Il campo magnetico terrestre ci protegge dai raggi cosmici sulla Terra, ma rappresenta il rischio maggiore per la salute durante le missioni umane nello spazio. Pertanto, le missioni nello spazio profondo richiedono scudi protettivi dai raggi cosmici. D'altra parte, le radiazioni cosmiche potrebbero anche rappresentare una fonte illimitata di energia e aumentare l'autonomia energetica delle missioni più lunghe nello spazio profondo, se esistesse la tecnologia adeguata per sfruttarle. 

I funghi che prosperano nel sito di Chernobyl ad alta radiazione potrebbero offrire una soluzione alle sfide poste dalle radiazioni cosmiche alle missioni e alle abitazioni umane nello spazio profondo  

Come discusso in precedenza, alcuni funghi melanizzati crescono nel sito ad alta contaminazione radioattiva della centrale nucleare di Chernobyl danneggiata e in altri ambienti ad alta radioattività sulla Terra. Apparentemente, i pigmenti di melanina presenti in questi funghi utilizzano le radiazioni ad alta energia per generare energia chimica (proprio come la clorofilla nelle piante verdi utilizza i raggi solari nella fotosintesi). Pertanto, i funghi di Chernobyl potrebbero avere il potenziale per agire sia come scudo protettivo contro i raggi cosmici ad alta energia (radioresistenza) sia come produttori di energia (radiosintesi) nelle missioni nello spazio profondo, se le loro capacità si estendessero ai raggi cosmici nello spazio. I ricercatori hanno testato questa capacità nello spazio.  

Il fungo Cladosporium sphaerospermum è stato coltivato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) per studiarne la crescita e la capacità di assorbire e smorzare i raggi cosmici ionizzanti per 26 giorni, in condizioni che riproducono la vita sulla superficie di Marte. Il risultato ha mostrato un'attenuazione delle radiazioni cosmiche dovuta alla biomassa fungina e un vantaggio di crescita nello spazio, suggerendo che le capacità mostrate da alcuni funghi sul sito dell'incidente di Chernobyl siano estensibili ai raggi cosmici nello spazio.  

È ancora troppo presto per dirlo, ma in futuro potrebbe essere possibile trasportare questi funghi sul Marte e su Monn, dove con l'aiuto di infrastrutture adeguate diventerebbero funzionali come produttori di energia chimica.  

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Riferimenti:  

1. Zhdanova NN, et al 2004. Le radiazioni ionizzanti attraggono i funghi del suolo. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Dadachova E., et al 2007. Le radiazioni ionizzanti modificano le proprietà elettroniche della melanina e favoriscono la crescita dei funghi melanizzati. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Dighton J., Tugay T. e Zhdanova N., 2008. Funghi e radiazioni ionizzanti da radionuclidi. FEMS Microbiology Letters, Volume 281, Numero 2, Aprile 2008, Pagine 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Ekaterina D. e Casadevall A., 2008. Radiazioni ionizzanti: come i funghi reagiscono, si adattano e sfruttano l'aiuto della melanina. Current Opinion in Microbiology. Volume 11, numero 6, dicembre 2008, pagine 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Averesch NJH et al 2022. Coltivazione del fungo dematiaceo Cladosporium sphaerospermum A bordo della Stazione Spaziale Internazionale e gli effetti delle radiazioni ionizzanti. Frontespizio. Microbiol., 05 luglio 2022. Sec. Extreme Microbiology Volume 13 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Sihver L., 2022. I funghi di Chernobyl come produttori di energia. Disponibile su https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Tibolla MH e Fischer J., 2025. Funghi radiotrofici e il loro utilizzo come agenti di biorisanamento delle aree colpite dalle radiazioni e come agenti protettivi. Ricerca, Società e Sviluppo. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

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