Nấm đen ở Chernobyl: melanin, phóng xạ và giả thuyết tổng hợp nhờ bức xạ

Nấm đen ở Chernobyl là các loài nấm giàu sắc tố melanin được tìm thấy mọc trên tường và vật liệu bên trong, quanh lò phản ứng số 4 của nhà máy điện Chernobyl, nơi mức phóng xạ cao tới mức nguy hiểm cho con người. Các thí nghiệm cho thấy một số nấm đen mọc nhanh hơn khi bị chiếu bức xạ, dẫn tới giả thuyết hấp dẫn rằng melanin giúp chúng "khai thác" bức xạ như cây dùng ánh sáng. Tuy vậy, giả thuyết này đến nay vẫn chưa được chứng minh đầy đủ.

Nấm mọc ở nơi con người phải tránh

Sau tai nạn năm 1986, khu vực quanh nhà máy Chernobyl ở miền bắc Ukraina trở thành vùng cách ly. Trong những năm sau đó, các nhà khoa học vào khảo sát toà nhà lò phản ứng và lớp vỏ bê tông bao quanh nó. Họ bất ngờ thấy những mảng mốc sẫm màu bám trên tường, trần và cả các khối vật liệu bị nhiễm xạ.

Từ cuối thập niên 1990, nhóm nghiên cứu của nhà vi nấm học Nelli Zhdanova ở Kyiv đã thu thập và định danh hàng chục loài nấm từ bên trong và quanh khu lò. Một điểm nổi bật là phần lớn các mẫu chiếm ưu thế là nấm có màu sẫm, nâu đen, tức là giàu melanin. Các chi thường được nhắc là Cladosporium, Aureobasidium, Alternaria, nhiều loài vốn quen thuộc ở nhà cửa bình thường.

Nhóm này còn báo cáo một hiện tượng lạ: trong thí nghiệm, sợi nấm của một số chủng dường như mọc hướng về phía nguồn phóng xạ. Họ gọi đó là "hướng phóng xạ". Quan sát này gợi ra câu hỏi: phải chăng bức xạ không chỉ là mối nguy mà còn là thứ gì đó nấm có thể dùng?

Melanin là gì và vì sao quan trọng

Melanin là nhóm sắc tố sẫm màu có mặt ở rất nhiều sinh vật: da và tóc người, mực của mực ống, cánh côn trùng, vỏ bào tử nấm. Ở người, melanin hấp thụ tia cực tím, giảm tổn thương ADN trong tế bào da. Đó là lý do người sống ở vùng nắng gắt qua nhiều thế hệ thường có da sẫm hơn.

Ở nấm, melanin nằm trong thành tế bào, tạo thành một lớp áo sẫm. Từ lâu người ta biết nấm có melanin chịu được nhiều thứ mà nấm không màu chịu kém: khô hạn, nóng lạnh thất thường, tia cực tím, hoá chất độc. Nấm đen được tìm thấy cả ở thung lũng khô của Nam Cực, trên đá sa mạc, trên bề mặt các trạm vũ trụ. Melanin hấp thụ năng lượng trên một dải rất rộng, từ ánh sáng thấy được tới bức xạ năng lượng cao, và nó có thể triệt bớt các gốc tự do do bức xạ sinh ra.

Thí nghiệm năm 2007 và giả thuyết "tổng hợp nhờ phóng xạ"

Năm 2007, nhóm của Ekaterina Dadachova và Arturo Casadevall tại Mỹ công bố trên tạp chí PLoS ONE một loạt thí nghiệm với ba loại nấm có melanin. Họ chiếu bức xạ ion hoá ở mức cao hơn phông tự nhiên nhiều lần lên nấm và thấy:

• Nấm có melanin mọc nhanh hơn khi bị chiếu so với khi không bị chiếu.
• Dạng nấm cùng loài nhưng không có melanin không thể hiện lợi thế như vậy.
• Bức xạ làm thay đổi tính chất điện của melanin: sau khi bị chiếu, melanin chuyển điện tử nhanh hơn trong một phản ứng thử.

Từ đó họ đề xuất một giả thuyết, gọi là "tổng hợp nhờ phóng xạ" (radiosynthesis): melanin có thể hấp thụ năng lượng bức xạ và chuyển nó thành dạng tế bào dùng được, tương tự như chất diệp lục bắt ánh sáng trong quang hợp. Nếu đúng, đây sẽ là một cách lấy năng lượng hoàn toàn mới trong sinh giới.

Điều đã chắc và điều chưa chắc

Điểm yếu lớn nhất của giả thuyết là chưa ai đo được nấm thu được bao nhiêu năng lượng hữu ích từ bức xạ, và năng lượng đó đi vào tế bào bằng đường nào. Một cách giải thích khác cho việc mọc nhanh hơn là bức xạ gây một dạng "căng thẳng nhẹ", kích hoạt các phản ứng sinh trưởng, chứ không phải nuôi nấm. Hai cách hiểu này cần các thí nghiệm khác nhau để phân xử, và tới nay vẫn còn bàn.

Nấm hút chất phóng xạ: một chuyện khác

Cần tách bạch hai chuyện hay bị trộn lẫn. Việc nấm chịu bức xạ là chuyện của melanin. Còn việc nấm tích tụ chất phóng xạ thì là chuyện khác, liên quan tới cách sợi nấm hút khoáng chất từ đất.

Ở nhiều nước châu Âu bị bụi phóng xạ từ Chernobyl rơi xuống năm 1986, nấm rừng ăn được, đặc biệt một số loài sống cộng sinh với rễ cây, tích tụ đồng vị xesi-137 nhiều hơn rau trồng. Đây là lý do một số nơi vẫn theo dõi xesi trong nấm rừng và thịt thú rừng ăn nấm suốt nhiều thập kỷ sau. Nấm hút xesi không làm xesi bớt phóng xạ; nó chỉ chuyển chỗ.

Ý tưởng dùng nấm để gom chất phóng xạ khỏi đất đã được nghiên cứu, nhưng khó áp dụng rộng: nấm hút chậm, phải thu gom và xử lý lại nấm đã nhiễm, và hiệu quả khác nhau theo loài, theo đất.

Lên trạm vũ trụ: nấm làm lớp chắn bức xạ

Một hướng ứng dụng được bàn nhiều là dùng nấm đen làm lớp che chắn cho người đi vũ trụ. Bức xạ vũ trụ là mối lo lớn với chuyến bay dài tới sao Hoả, và mang theo tường chì hay nước dày thì quá nặng. Một lớp sinh vật có thể tự mọc lại, tự sửa chữa, lại nuôi được bằng ít chất dinh dưỡng, nghe rất hấp dẫn.

Đã có một thí nghiệm nhỏ trên Trạm Vũ trụ Quốc tế cuối thập niên 2010: nuôi nấm Cladosporium sphaerospermum, một loài từng được ghi nhận ở Chernobyl, trên một đĩa và đặt cảm biến bức xạ phía sau. Kết quả sơ bộ cho thấy lớp nấm mỏng làm giảm nhẹ lượng bức xạ đo được so với phía không có nấm. Đây là thí nghiệm quy mô rất nhỏ, chưa đủ để kết luận về một lớp chắn thực dụng, nhưng đủ để các nhóm khác tiếp tục thử.

Góc nhìn hôm nay

Câu chuyện nấm đen Chernobyl dạy hai điều. Thứ nhất, sự sống tận dụng những gì có sẵn: melanin, một sắc tố cổ xưa có từ rất lâu trước khi con người dựng lò phản ứng, hoá ra hữu ích ở một môi trường hoàn toàn mới. Đây là kiểu "thích nghi sẵn có", tức đặc điểm tiến hoá vì lý do này lại giúp sống sót trong hoàn cảnh khác.

Thứ hai, giữa "quan sát thú vị" và "điều đã được chứng minh" có một khoảng cách. Những tiêu đề như "nấm ăn phóng xạ" lan nhanh hơn nhiều so với câu thận trọng "nấm có melanin mọc nhanh hơn dưới bức xạ trong một số thí nghiệm, cơ chế chưa rõ". Người đọc tò mò nên giữ thói quen hỏi: ai đo, đo thế nào, có ai lặp lại chưa.

Muốn đọc thêm, các bài tổng quan khoa học về "radiotrophic fungi" của nhóm Casadevall và Dadachova là điểm bắt đầu tốt. Tài liệu phổ thông của các cơ quan an toàn bức xạ giúp hiểu đơn vị liều và vì sao bức xạ hại tế bào. Ở nhà, chỉ cần nhìn những vệt mốc đen ở góc nhà tắm cũng là thấy họ hàng xa của những cây nấm ở Chernobyl, những sinh vật nhờ melanin mà sống dai ở nơi ẩm thấp, nắng gió.