切尔诺贝利灾难发生后，环境科学领域一个最令人惊讶的进展来自于一个意想不到的来源：真菌。尽管切尔诺贝利核反应堆周围30公里的禁区环境极其恶劣，生命不仅仅是存活下来，甚至还发生了进化。研究人员发现了一种富含黑色素的真菌，这些真菌似乎能够在辐射环境中茁壮成长，如今正被研究用于生物修复——利用活体生物清除或中和污染物，包括放射性物质。
Lukas Barcherini Peter
2025年5月14日
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1986年4月26日，乌克兰北部切尔诺贝利核电站的4号反应堆在一次深夜安全测试中发生爆炸。事故发生后，科学家在检查废墟时发现，在受损设施的墙壁和表面上生长着黑色真菌。这些并不是普通的霉菌，而是黑色素真菌——这类生物富含黑色素（melanin），即赋予人类皮肤颜色并有助于抵御紫外线辐射的那种色素。像球孢枝孢（Cladosporium sphaerospermum）、皮炎芽生菌（Wangiella dermatitidis）和新型隐球菌（Cryptococcus neoformans）这样的真菌种类，很快因其在高辐射环境中不仅能生存，甚至能够茁壮成长的能力而引起科学界广泛关注。
这些真菌的深色素不仅仅是给表面提供颜色。研究人员发现，黑色素不仅能为真菌提供防护，还能使其在类似光合作用的过程中，将辐射转化为化学能。这一现象被称为“放射合成”（radiosynthesis），指的是黑色素吸收电离辐射——而不是阳光。电离辐射的能量足以将原子的电子剥离，从而打破带正电荷的质子与带负电荷的电子之间的平衡，使原子变成离子。黑色素在真菌细胞内增强了这种电子活动，以驱动与生长相关的化学过程。换句话说，这些被释放的电子变成了能量的载体，从而促进真菌的新陈代谢。
三种已知能够在高辐射环境中茁壮生长的黑色素真菌的细胞图像。从左到右依次为：球孢枝孢（Cladosporium sphaerospermum，菌落形态）、皮炎芽生菌（Wangiella dermatitidis，组织切片）和新型隐球菌（Cryptococcus neoformans，酵母型细胞）。这些真菌是在被发现生长在切尔诺贝利核电站的墙壁上后引起关注的，它们似乎能够利用电离辐射作为能量来源，这种现象被称为“辐射营养”（radiotrophy）。 © https://en.wikipedia.org/wiki/Cladosporium_sphaerospermum, https://en.wikipedia.org/wiki/Exophiala_dermatitidis, https://en.wikipedia.org/wiki/Cryptococcus_neoformans
在这一现象初次被发现后的多年里，关于生物体是否能够将辐射转化为代谢能量的想法一直被视为推测。直到2000年代初，加拿大萨斯喀彻温大学极端微生物学（即研究生活在常被认为不适合生命存在的极端环境中的生命体的生物学分支）的Ekaterina Dadachova博士及其团队，首次提供了有力的实验证据，情况才发生改变。Dadachova于2007年发表的研究（Dadachova E, et al., PLoS ONE 2(5): e457）证实了“放射合成”（radiosynthesis）这一理论，并激发了全球科研界对这类真菌在生物学和环境领域更广泛潜力的兴趣，尤其是关于它们在吸收电离辐射时，是否能够减轻放射性废物负担，以及能在多大程度上发挥作用的问题。
这项研究表明，暴露于伽马射线——能量最强且穿透力最强的辐射形式——下的黑色素真菌表现出更快的生长速度和更高的代谢活性。研究结果显示，黑色素在将电离辐射转化为可利用能量的过程中起着积极的作用。
黑色素的功能类似于天然的半导体。暴露在辐射下时，其结构会发生细微变化，从而增强了在真菌细胞内传递少量能量（电子）的能力。这就像融化的巧克力比固态巧克力更容易铺开一样。随后，这些能量驱动了诸如生长和细胞修复等重要过程。由此，真菌不仅仅是抵御辐射，它们似乎还能够重新利用辐射能量。
目前的研究结果表明，黑色素真菌在环境修复中可以发挥辅助作用。与通过机械或化学方法物理移除或中和放射性同位素不同，这些真菌能够稳定受污染的基质。基质是指生物体生长的表面。它们会在放射性区域定殖，并与释放电离辐射的放射性颗粒结合。这些真菌有助于减少放射性有害物质通过风力、侵蚀或扬尘的扩散。从本质上讲，这些真菌的作用和外观类似于海绵。
其他实验室和实地研究也得出了类似结论：真菌生物质能够吸附并固定某些有毒放射性核素，包括铯-137和锶-90。例如，2012年的一项研究观察到黑色真菌在福岛县受污染土壤中对铯的吸收（Suzuki et al., 2022）。虽然这表明真菌具有固定放射性颗粒的能力，但关于真菌能显著且单独减少环境辐射的明确证据仍然有限。该领域一项较为权威的研究总结认为，真菌充其量只是像生物海绵一样——吸收并包裹住放射性核素，而非将其中和（Geoffrey M., Mycological Research, 2007）。只有真菌生物质被采集并安全处置，才能有效降低受污染场地的放射性负荷。
当真菌与其他生物修复工具（如某些植物和细菌）结合使用时，其潜力更加具有前景。其中一个突出例子被称为“康纳细菌”（Deinococcus radiodurans），它能够承受超过人类致死剂量3000倍的辐射。科学家们持续努力通过基因改造，使该细菌能够结合放射性同位素并产生将有害化合物转化为较无害形式的酶。尽管目前尚无证据表明真菌与细菌之间存在直接的代谢互动，但它们的联合应用有助于实现一种协同的生态策略——这种策略模拟自然修复过程，通过恢复退化土壤、降低放射性毒性，为类似于切尔诺贝利的区域的生态系统更广泛的演替创造条件。
尽管仍需更多长期的实地数据，目前的研究将黑色素真菌归类为“具有前景，但尚未定论”。尽管如此，它们的抗逆性强、维护需求低、且具备自我复制能力，这些特性使其成为长期放射性污染控制策略中一个颇具吸引力的选项。
起初只是在切尔诺贝利废墟中的一次偶然观察，如今却演变成一项革命性的构想：生命不仅能够在辐射中存活，甚至还能利用辐射，减缓其带来的负面影响。这些真菌或许能为应对核灾难提供一种全新的手段——通过降低放射性负荷。值得一提的是，使其发挥作用，所需的仅仅是按步骤培以及有策略的投放。
