Tschernobyl-Pilze als Schutzschild gegen kosmische Strahlung für Tiefraummissionen 

1986 ereignete sich im vierten Block des Kernkraftwerks Tschernobyl in der Ukraine (ehemals Sowjetunion) ein verheerender Brand mit anschließender Dampfexplosion. Bei diesem beispiellosen Unfall wurden über 5 % des radioaktiven Reaktorkerns, bestehend aus über 100 radioaktiven Elementen (hauptsächlich Jod-131, Cäsium-137 und Strontium-90), freigesetzt. Die Strahlungswerte waren für Lebewesen in der Umgebung extrem hoch. Die Kiefern in einem 10 km² großen Gebiet um das Unfallgebiet starben innerhalb weniger Wochen aufgrund der tödlichen Strahlendosis ab. Bestimmte Schimmelpilze und schwarze Pilze überlebten jedoch nicht nur die gefährlich hohe Strahlung, sondern gediehen sogar am Unfallort. In nachfolgenden Untersuchungen wurden etwa 2000 Stämme aus 200 Pilzarten isoliert. Es zeigte sich, dass die Pilzhyphen, ähnlich wie grüne Pflanzen zum Sonnenlicht wachsen, in Richtung der Quelle der ionisierenden Beta- und Gammastrahlung wuchsen. Interessanterweise schien die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung das Wachstum der melanisierten Pilzzellen zu fördern, was auf eine Energieaufnahme durch das Melanin-Pigment in Gegenwart hochenergetischer Strahlung hindeutet (ähnlich der Energieaufnahme durch Chlorophyll im Sonnenlicht während der Photosynthese). Ein Experiment an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) im Jahr 2022 zeigte, dass diese Pilze auch im Weltraum strahlenresistent sind und Radiosynthese betreiben können. Dies legt nahe, dass die melanisierten Pilze, die unter extremen Strahlungsbedingungen wie in Tschernobyl überleben und gedeihen, zum Schutz von bemannten Raumstationen vor kosmischer Strahlung und zur Energiegewinnung (aus der kosmischen Strahlung) eingesetzt werden können, um die Energieautonomie von Weltraummissionen wie Artemis im Hinblick auf zukünftige bemannte Siedlungen auf Mond und Mars zu verbessern.  

Kernreaktoren weltweit verwenden hauptsächlich angereichertes Uran mit einem Gehalt von etwa 3–5 % Uran-235 als Spaltmaterial (einige fortgeschrittene Brutreaktoren nutzen auch Plutonium-239 oder Thorium-233). Die Hauptprodukte der kontrollierten Spaltung von Uran-235 in den Reaktoren sind die leichteren Kerne von Krypton und Barium, freie Neutronen und eine große Menge an Energie. Weitere radioaktive Zerfälle instabiler, leichterer Spaltfragmente (Krypton- und Bariumkerne) setzen Betateilchen, Gammastrahlen und andere stabile Zerfallsprodukte frei.  

Tschernobyl-Unfall (1986) 

1986 führte ein Brand mit anschließender Dampfexplosion im vierten Block des Kernkraftwerks Tschernobyl in der Ukraine (damals Sowjetunion) zur Freisetzung von über 5 % des radioaktiven Reaktorkerns in die Umwelt. Bei diesem beispiellosen Unfall wurden über 100 radioaktive Elemente freigesetzt, hauptsächlich Jod-131, Cäsium-137 und Strontium-90. Letztere beiden (Cäsium-137 und Strontium-90) sind aufgrund ihrer langen Halbwertszeiten von etwa 30 Jahren noch immer in signifikanter Menge in der Umwelt vorhanden. Diese beiden Isotope sind maßgeblich dafür verantwortlich, dass die Sperrzone das am stärksten radioaktiv verseuchte Gebiet der Erde ist.  

In einigen Gebieten der Sperrzone nahe des Geländes herrschen extrem hohe Strahlungswerte. Das zerstörte Reaktorgebäude weist eine Strahlung von über 20,000 Röntgen pro Stunde auf (zum Vergleich: Die tödliche Dosis liegt bei etwa 500 Röntgen über fünf Stunden, was weniger als 1 % der Strahlung in der Nähe des zerstörten Reaktorstandorts entspricht).   

Die Strahlungswerte im 10 km² großen Gebiet um das Kernkraftwerk Tschernobyl innerhalb der Sperrzone (Roter Wald) waren so hoch, dass Tausende von Kiefern innerhalb weniger Wochen nach der Exposition gegenüber etwa 60–100 Gray (Gy) Strahlung abstarben. Diese Strahlendosis war für die Kiefern in diesem Gebiet tödlich; sie verfärbten sich rostrot und starben ab. Selbst heute noch erreichen die Gammastrahlen an einigen Stellen im Roten Wald Spitzenwerte von etwa 17 Millirem pro Stunde (ca. 170 µSv/h). Gammastrahlen sind hochenergetische Strahlung. Sie dringen tief ein, lösen Elektronen aus Atomen und Molekülen und bilden Ionen und freie Radikale, die irreparable Schäden an Zellen und Geweben verursachen, einschließlich lebenswichtiger Biomoleküle wie DNA und Enzyme. Die Exposition gegenüber sehr hohen Gammastrahlendosen führt zum Tod von Lebewesen, wie es bei den Kiefern rund um das Reaktorunfallgebiet von Tschernobyl der Fall war. Aber nicht immer!  

Bestimmte Pilze haben am hochverstrahlten Unfallort von Tschernobyl nicht nur überlebt, sondern sind dort sogar prächtig gediehen.  

Während Kiefern in einem 10 Quadratkilometer großen Gebiet um den Unfallort innerhalb weniger Wochen aufgrund der extrem hohen Strahlung abstarben, breiteten sich bestimmte schwarze Pilze, insbesondere Cladosporium sphaerospermum und Alternaria alternata Es wurde beobachtet, dass in der Nähe des beschädigten Blocks 4 einige Jahre nach dem Unfall Pilze wuchsen, obwohl die Strahlungswerte immer noch tödlich waren/sind. Dies war überraschend. Bis 2004 wurden in verschiedenen Studien etwa 2000 Stämme aus 200 Pilzarten am Unfallort isoliert.  

Interessanterweise wurde festgestellt, dass die Pilzhyphen in Richtung der Quelle ionisierender Strahlung wuchsen (ähnlich wie Pflanzen zum Sonnenlicht wachsen und Phototropismus zeigen). Messungen der Pilzreaktion auf ionisierende Strahlung ergaben, dass sowohl Beta- als auch Gammastrahlung das gerichtete Wachstum der Hyphen zur Strahlungsquelle hin fördern.  

Da melanisierte Mikroorganismen in der Natur häufiger vorkommen, vermutete man, dass das Pigment Melanin eine Rolle bei der bemerkenswerten Fähigkeit einiger Pilze spielt, in mit spaltbaren Fragmenten (Radionukliden) kontaminierten Böden zu überleben und zu gedeihen. Ein 2007 veröffentlichtes Experiment bestätigte diese Annahme. Die Exposition von Melanin gegenüber ionisierender Strahlung ist der entscheidende Faktor. Die ionisierende Strahlung veränderte die elektronischen Eigenschaften des Melanins und ermöglichte so ein verstärktes Wachstum der melanisierten Pilzzellen nach der Bestrahlung. Dies deutete darauf hin, dass Melanin, ähnlich wie Chlorophyll bei der Photosynthese, an der Energiegewinnung (Radiosynthese) beteiligt ist. Daraus ergab sich die Möglichkeit, diese Pilze zur Sanierung von Radionuklid-Kontaminationen einzusetzen.   

Bemannte Missionen und Siedlungen im Weltraum  

Langfristig sind alle planetaren Zivilisationen durch Einschläge aus dem Weltraum existenziell bedroht. Daher ist es für die Menschheit unerlässlich, sich zu einer multiplanetaren Spezies zu entwickeln. Geplant sind bemannte Missionen in den Tiefen des Weltraums, um menschliche Siedlungen jenseits der Erde zu errichten. Die Artemis-Mondmission ist ein erster Schritt in diese Richtung und zielt darauf ab, eine langfristige menschliche Präsenz auf und um den Mond zu schaffen, um bemannte Missionen und Siedlungen auf dem Mars vorzubereiten.   

Eine der größten Herausforderungen für bemannte Weltraummissionen ist der ständige Strom starker kosmischer Strahlung, die den Weltraum durchdringt. Das Erdmagnetfeld schützt uns auf der Erde vor kosmischer Strahlung, doch für bemannte Missionen im Weltraum stellt sie das größte Gesundheitsrisiko dar. Daher benötigen Weltraummissionen Schutzschilde gegen kosmische Strahlung. Andererseits könnte kosmische Strahlung auch eine unerschöpfliche Energiequelle sein und die Energieautonomie längerer Weltraummissionen erhöhen, sofern geeignete Technologien zu ihrer Nutzung zur Verfügung stünden. 

Pilze, die im stark verstrahlten Gebiet von Tschernobyl gedeihen, könnten eine Lösung für die Herausforderungen bieten, die kosmische Strahlung für bemannte Missionen und Siedlungen im Weltraum darstellt.  

Wie bereits erwähnt, wachsen bestimmte melanisierte Pilze in der stark verstrahlten Region des beschädigten Kernkraftwerks Tschernobyl sowie in anderen stark verstrahlten Umgebungen der Erde. Offenbar nutzen die Melanin-Pigmente dieser Pilze die hochenergetische Strahlung zur Erzeugung chemischer Energie (ähnlich wie das Chlorophyll in grünen Pflanzen die Sonnenstrahlen für die Photosynthese nutzt). Daher könnten die Tschernobyl-Pilze potenziell sowohl als Schutzschild gegen hochenergetische kosmische Strahlung (Radioresistenz) als auch als Energieerzeuger (Radiosynthese) in Weltraummissionen dienen, sofern ihre Fähigkeiten auch auf kosmische Strahlung im Weltraum ausgedehnt werden können. Forscher haben dies im Weltraum getestet.  

Der Pilz Cladosporium sphaerospermum An Bord der Internationalen Raumstation (ISS) wurde eine Pilzart kultiviert, um ihr Wachstum und ihre Fähigkeit zur Absorption und Dämpfung ionisierender kosmischer Strahlung über 26 Tage unter Bedingungen zu untersuchen, die die Lebensbedingungen auf der Marsoberfläche simulierten. Die Ergebnisse zeigten eine Abschwächung der kosmischen Strahlung durch die Pilzbiomasse und einen Wachstumsvorteil im Weltraum. Dies deutet darauf hin, dass die Fähigkeiten bestimmter Pilze am Reaktorunfallort Tschernobyl auch auf kosmische Strahlung im Weltraum übertragbar sind.  

Es ist noch zu früh, um das zu sagen, aber es könnte in Zukunft möglich sein, diese Pilze zum Mond und zum Mars zu transportieren, wo sie mit Hilfe einer geeigneten Infrastruktur als chemische Energieproduzenten eingesetzt werden könnten.  

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Literaturverzeichnis:  

1. Zhdanova NN, et al 2004. Ionisierende Strahlung lockt Bodenpilze an. Mycol Res. 108: 1089–1096. DOI: https://doi.org/10.1017/S0953756204000966 

2. Dadachova E., et al 2007. Ionisierende Strahlung verändert die elektronischen Eigenschaften von Melanin und fördert das Wachstum melanisierter Pilze. PLOS One. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457 

3. Dighton J., Tugay T. und Zhdanova N., 2008. Pilze und ionisierende Strahlung von Radionukliden. FEMS Microbiology Letters, Band 281, Heft 2, April 2008, Seiten 109–120. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x 

4. Ekaterina D. & Casadevall A., 2008. Ionisierende Strahlung: Wie Pilze mithilfe von Melanin damit umgehen, sich anpassen und sie nutzen. Current Opinion in Microbiology. Band 11, Ausgabe 6, Dezember 2008, Seiten 525-531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013 

5. Averesch NJH et al 2022. Kultivierung des Dematiaceenpilzes Cladosporium sphaerospermum An Bord der Internationalen Raumstation und die Auswirkungen ionisierender Strahlung. Front. Microbiol., 05. Juli 2022. Sektion Extreme Mikrobiologie, Band 13, 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625 

6. Sihver L., 2022. Tschernobyl-Pilze als Energieproduzent. Verfügbar unter https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract 

7. Tibolla MH und Fischer J., 2025. Radiotrophe Pilze und ihre Verwendung als Bioremediationsmittel für strahlenbelastete Gebiete und als Schutzmittel. Research, Society and Development. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965 

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