类防辐射输给真菌？NASA曝黑菌吞噬宇宙射线，传统防护遭挑战！

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1986年切尔诺贝利核事故发生后，科学家曾预言那将是一片没有任何生物能够存活的死寂之地。然而，事实却出乎意料——生命不仅在此存活，甚至通过适应环境而在这片废墟中繁衍生息。 其中一个关键的案例，便是一种在辐射环境中表现异常的真菌——球孢枝孢菌。

尽管人类知晓该菌种已有百余年历史，但其在切尔诺贝利的表现引发了科学界的浓厚兴趣。它不仅能够耐受高剂量的辐射，更呈现出一种向辐射源生长的特性，甚至倾向于在辐射强度最高的区域定居。

从某种角度而言，这一发现对宇航员来说无疑是重大利好。太空旅行面临着一个无法通过照片直观察觉的隐形威胁：辐射。

当脱离地球磁场的保护后，高能粒子会持续冲击航天器及舱内人员。这些粒子具备损伤DNA的能力，并可能引发长期的健康风险。虽然工程师可以通过增设物理屏蔽装置来应对，但火箭发射对每增加1公斤载荷都会征收昂贵的“重量税”。因此，深空任务的规划者必须在防护与载荷之间通过艰难的取舍来寻求平衡。

部分研究者开始探索一种全新的思路：能否利用生物体的生长特性，构建一种可自我更新的辐射屏障？

研究聚焦于一种名为球孢枝孢菌的暗色真菌，它属于一类能大量产生黑色素的“黑菌”。在人体中，黑色素的主要功能是保护皮肤细胞免受紫外线伤害；科学家认为，这种真菌体内的黑色素同样能减轻电离辐射带来的损害。电离辐射具有足够的能量剥离原子中的电子，并引发破坏性的化学反应。

而在地球上某些高辐射区域发现的真菌，甚至表现出了“正向辐射趋性”，即它们似乎会主动朝向辐射源生长。研究人员还使用了“辐射合成作用”这一术语来描述一个更广泛的假说——辐射可能直接为生物体的新陈代谢提供能量，尽管该理论目前仍具争议且难以被完全证实。

为了验证这一构想，研究人员将这种真菌置于自主运行的立方实验室模块内，并将其送往了国际空间站。

尽管国际空间站仍处于地球磁场的保护范围内，但其所承受的辐射强度已远高于地面环境。该实验舱内配置了两台树莓派计算机、带光源的摄像头、温湿度传感器以及两台辐射探测器。

样本被放置于一个分隔的培养皿中。其中半边盛有接种了真菌的马铃薯葡萄糖琼脂培养基，另一半则盛有不含真菌的相同琼脂，作为内置的阴性对照组（即无真菌的对照样本）。

两个辐射传感器分别被置于培养皿的两半下方，使得两个传感器能够“向上”穿透几乎相同的材料进行探测。实验结果显示，仅在单侧培养皿中形成了真菌生物量层。

这一设置至关重要，因为国际空间站的轨道运动会导致其周围的辐射环境不断变化。研究团队还将培养皿和传感器的朝向设定为背离地球的方向，以排除来自地球本身及空间站结构的屏蔽效应通过改变探测器的记录数据而干扰实验结果。

在运输过程中，团队将接种后的培养皿恒温保持在约4摄氏度，以防止真菌在正式观测开始前过度生长。

到达国际空间站后，该系统每30分钟拍摄一次照片，在持续576小时的实验中主要采集了上千张图像。同时，系统频繁记录温度和湿度，平均每1.5分钟记录一次辐射计数。整个运行过程持续约622.5小时，每个辐射传感器均记录了数万次计数。

由于无法直接接触培养皿来测量生长情况，研究人员采用了一种无需接触的方法。他们通过图像处理技术，将亮度的变化作为菌体覆盖琼脂面积的替代指标。随后，专家将这些数值转换为0至1的“相对光学密度”量表。作为对比，地面对照组在相同的温度变化条件下采用了完全相同的摄影方法进行观测。

由于地面对照组缺乏空间环境这一关键变量，研究团队得以提出核心问题：“真菌在太空与地面的生长模式是否存在本质差异？”

在国际空间站的实验舱内，温度快速上升后稳定在平均约31.5摄氏度。在此条件下，真菌实现了对琼脂培养基的完全覆盖。

通过对生长曲线的建模分析，研究者估算在轨道环境下的真菌生长速率约为地面对照组的1.21倍，即高出约21%。

研究人员指出，这种模式符合潜在的“辐射适应性”反应。辐射可能在其中起到了促进作用，但微重力环境同样改变了流体的运动方式和细胞的交互机制，从而影响了生长过程。

值得注意的是，这些辐射传感器并非医学影像中常见的剂量计。它们仅记录电离辐射事件的次数，并未直接为实验提供以毫西弗为单位的精确“剂量”数值。

由于两个传感器同时在同一个培养皿下方运行，该设计实现了直接的横向对比。在整个运行周期中，真菌侧传感器记录的每分钟计数略低于对照组传感器，分别为147次与151次。

这种差异是随时间动态变化的：实验初期因真菌层较薄，两个传感器的读数十分接近；而在后期真菌形成稳定层后，两者的读数差距逐渐扩大。这种时间差有效地排除了单一传感器初始读数偏低的可能性。

黑色素是该假说的核心所在。辐射会产生活性分子，而黑色素能吸收能量，帮助中和这些分子造成的化学损伤。

该研究还揭示了一个更为简单的材料学原理：富氢材料通常能有效减缓特定类型的空间辐射，尤其是高能质子和中子。生物质中含有大量水分，而水富含氢元素。这意味着在考虑黑色素特殊的化学作用之前，厚实的湿润生物质层本身就能发挥单位质量下可观的屏蔽作用。

研究者谨慎地使用了“可能具有”、“能够”等措辞来描述这种屏蔽效应，因为屏蔽效果取决于粒子的类型、能量、厚度及几何结构。高能宇宙射线撞击屏蔽层时可能会产生次级粒子，因此工程师在将任何材料视为解决方案前，需通过更精确的辐射剂量测量进行严谨的测算。

本研究仅通过单次小型载荷验证了原理，故其结论的普适性存在一定的局限。真菌在含琼脂的密封培养皿中生长，头部空间狭小，难以分离所有潜在的干扰因素。

最关键的是，该实验并未在严格意义上证明“辐射合成作用”——即真菌像植物利用阳光那样以辐射为生。后续研究需采用更灵敏的传感器并重复试验，以验证该效应在不同条件下的稳定性。

活体辐射屏蔽的概念与“原位资源利用”理念相契合——该理念主张宇航员应在航行途中就地制造有用材料，而非从地球运送所有物资。

理论上，球孢枝孢菌这类真菌可从微量样本起步，生长形成厚层屏障，并在受损后实现自我修复。研究者还探讨了将真菌生物质或黑色素与月球、火星土壤等当地材料混合，制成兼具结构支撑与防护功能的“活体复合材料”。

目前的航天器设计师已采用多层防护策略，包括轨道规划、监测太阳活动，以及设置专用避难区以抵御太阳短暂的强辐射爆发。若生物防护层能证明其可靠性和可预测性，将为整体防护方案增添一个新的、具有再生能力的选项。

完整研究发表于《微生物学前沿》期刊。

作者： 埃里克·罗尔斯