Der schwarze Pilz von Tschernobyl und das Rätsel der Radiosynthese

Das Sperrgebiet von Tschernobyl ist für Menschen möglicherweise tabu. Doch seit der Reaktor von Block Vier im Kernkraftwerk Tschernobyl vor fast 40 Jahren explodierte, haben sich andere Lebensformen dort angesiedelt, überlebt, angepasst und scheinen sogar zu gedeihen.

Ein Grund dafür könnte das Fehlen von Menschen sein. Für mindestens einen Organismus jedoch könnte die ionisierende Strahlung, die in den umliegenden Gebäudestrukturen des Reaktors zurückgeblieben ist, sogar von Vorteil sein.

An den Innenwänden eines der radioaktivsten Gebäude der Erde entdeckten Forschende einen ungewöhnlichen schwarzen Pilz, der dort offenbar bestens zurechtkommt.

Cladosporium sphaerospermum im Sperrgebiet von Tschernobyl

Der Pilz trägt den Namen Cladosporium sphaerospermum. Einige Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vermuten, dass sein dunkles Pigment Melanin ihm ermöglichen könnte, ionisierende Strahlung auf ähnliche Weise zu nutzen, wie Pflanzen Licht für die Photosynthese verwerten. Dieser hypothetische Mechanismus wird sogar als Radiosynthese bezeichnet.

Das wirklich Bemerkenswerte an C. sphaerospermum ist jedoch: Zwar haben Forschende gezeigt, dass der Pilz unter ionisierender Strahlung gedeiht, doch wie und weshalb dies geschieht, konnte bislang niemand eindeutig erklären. Radiosynthese bleibt eine schwer nachzuweisende Theorie.

Die Geschichte begann Ende der 1990er-Jahre. Ein Team unter Leitung der Mikrobiologin Nelli Zhdanova von der Ukrainischen Akademie der Wissenschaften führte im Sperrgebiet von Tschernobyl eine Felduntersuchung durch. Es sollte geklärt werden, ob und welches Leben im Schutzbau um den zerstörten Reaktor existierte.

Dort stiessen die Forschenden zu ihrer Überraschung auf eine vollständige Pilzgemeinschaft und dokumentierten erstaunliche 37 Arten. Auffällig war, dass diese Organismen meist dunkelbraun bis schwarz gefärbt und reich an dem Pigment Melanin waren.

In den Proben dominierte C. sphaerospermum; zugleich wies der Pilz einige der höchsten Werte radioaktiver Kontamination auf.

So überraschend dieser Fund bereits war, die folgenden Ergebnisse machten ihn noch rätselhafter.

Ionisierende Strahlung und die Theorie der Radiosynthese

Die Radiopharmakologin Ekaterina Dadachova und der Immunologe Arturo Casadevall, die beide am Albert Einstein College of Medicine in den USA tätig waren, leiteten ein Forschungsteam. Es stellte fest, dass ionisierende Strahlung C. sphaerospermum nicht schadet, wie es bei anderen Organismen der Fall wäre.

Als ionisierende Strahlung bezeichnet man die Emission von Teilchen, die genügend Energie besitzen, um Elektronen aus Atomen herauszulösen und diese dadurch in ihre ionische Form zu überführen.

Auf dem Papier klingt das harmlos, in der Praxis kann Ionisierung jedoch Moleküle aufspalten, biochemische Reaktionen stören und sogar DNA zerreissen. Für Menschen ist das keineswegs unproblematisch, auch wenn sich dieser Effekt nutzen lässt, um Krebszellen zu zerstören, die besonders anfällig dafür sind.

C. sphaerospermum erwies sich dagegen als ungewöhnlich widerstandsfähig und wuchs unter intensiver ionisierender Strahlung sogar besser. Weitere Experimente zeigten, dass die Strahlung das Verhalten des pilzlichen Melanins veränderte – eine interessante Beobachtung, die weitere Untersuchungen rechtfertigte.

In ihrer Folgestudie von 2008 schlugen Dadachova und Casadevall erstmals einen biologischen Prozess vor, der der Photosynthese ähnelt.

Demnach schien der Pilz – ebenso wie verwandte Arten – ionisierende Strahlung aufzunehmen und in Energie umzuwandeln. Melanin würde dabei eine ähnliche Rolle spielen wie das lichtabsorbierende Pigment Chlorophyll.

Gleichzeitig fungiert das Melanin als Schutzschild gegen die schädlicheren Auswirkungen dieser Strahlung.

Gestützt wird diese Annahme offenbar durch die Ergebnisse einer Studie aus dem Jahr 2022. Darin beschrieben Forschende, wie sie C. sphaerospermum ins All brachten und an der Aussenseite der ISS befestigten, wo der Pilz der vollen kosmischen Strahlung ausgesetzt war.

Sensoren unter der Petrischale zeigten dort, dass durch die Pilze weniger Strahlung drang als durch eine Kontrollprobe, die nur Agar enthielt.

Das Ziel dieser Studie war nicht, Radiosynthese zu belegen oder zu untersuchen, sondern das Potenzial des Pilzes als Strahlenschutz für Weltraummissionen zu erkunden – eine faszinierende Idee. Doch auch nach dieser Veröffentlichung ist weiterhin unklar, was der Pilz tatsächlich tut.

Was der schwarze Pilz tatsächlich mit Strahlung macht

Bislang konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weder eine von ionisierender Strahlung abhängige Kohlenstofffixierung noch einen durch ionisierende Strahlung erzielten Stoffwechselgewinn oder einen klar definierten Weg zur Energiegewinnung nachweisen.

„Tatsächliche Radiosynthese muss jedoch erst noch gezeigt werden, ganz zu schweigen von der Umwandlung von Kohlenstoffverbindungen in Formen mit höherem Energiegehalt oder der durch ionisierende Strahlung angetriebenen Fixierung anorganischen Kohlenstoffs“, schreibt ein Team unter Leitung des Ingenieurs Nils Averesch von der Stanford University.

Die Vorstellung einer Radiosynthese ist faszinierend – sie wirkt wie aus einem Science-Fiction-Roman. Vielleicht ist es aber noch faszinierender, dass dieser seltsame Pilz offenbar auf eine bislang unverstandene Weise etwas neutralisiert, das für Menschen so gefährlich ist.

Er ist zudem nicht der einzige Vertreter mit diesem Verhalten. Die schwarze Hefe Wangiella dermatitidis zeigt unter ionisierender Strahlung verstärktes Wachstum. Eine weitere Pilzart, Cladosporium cladosporioides, produziert unter Gamma- oder UV-Strahlung mehr Melanin, wächst dadurch jedoch nicht stärker.

Das bei C. sphaerospermum beobachtete Verhalten gilt somit nicht allgemein für melaninhaltige Pilze.

Deutet dies auf eine Anpassung hin, mit der der Pilz energiereiches Licht nutzen kann, das andere Organismen töten würde? Oder handelt es sich um eine Stressreaktion, die das Überleben unter belastenden, aber nicht idealen Bedingungen verbessert?

Derzeit lässt sich das nicht entscheiden.

Sicher ist lediglich, dass dieser unscheinbare, samtig schwarze Pilz ionisierende Strahlung auf geschickte Weise nutzt, um an einem Ort zu überleben und vielleicht sogar zu gedeihen, den Menschen nicht gefahrlos betreten können: Das Leben findet tatsächlich einen Weg.