В затопленных подвалах атомной электростанции Фукусима–1, где на протяжении многих лет преобладала, как считалось, исключительно радиоактивность, японские учёные совершили поразительное открытие. Вопреки всем ожиданиям, они обнаружили бактериальную жизнь, причем не каких–то фантастических сверхвыносливых микроорганизмов, а вполне обычные бактерии. Эти неприметные существа сумели приспособиться и активно развиваться в одной из самых экстремальных сред, созданных человеком.
История этой уникальной адаптации началась в 2011 году, когда катастрофическое землетрясение и последующее цунами нанесли серьёзный ущерб нескольким реакторам Фукусима–1. В результате стихийного бедствия морская вода проникла в помещение торуса – инженерную конструкцию, расположенную под зданием реактора и предназначенную для поглощения пара в аварийных ситуациях. Эта вода застоялась и сильно загрязнилась радиоактивным цезием и другими элементами, став с тех пор частью колоссальных объёмов жидкости, которые управляющая компания продолжает контролировать и очищать в префектуре Фукусима.
Биологи Томоро Варашина и Акио Канаи из Университета Кэйо взяли пробы этой застойной воды из помещения торуса. Уровни радиоактивности в ней достигали миллиарда беккерелей цезия–137 на литр – показатель, который в любом другом контексте моментально привёл бы к полному запрету на пребывание человека. Используя секвенирование ДНК, учёные идентифицировали микробные сообщества, процветающие в этой жидкости. Результаты исследования поразили даже самих авторов. Вместо ожидаемых микробов, известных своей способностью выдерживать огромные дозы радиации, как это наблюдается в других экстремальных условиях, исследователи обнаружили распространённые роды бактерий, такие как Limnobacter и Brevirhabdus. Эти бактерии являются хемолитотрофами, то есть они питаются, окисляя неорганические соединения серы, марганца или железа. Иными словами, они функционируют скорее как крошечные химические фабрики, а не как радиационные супергерои.
Когда команда провела лабораторные испытания на устойчивость к радиации близкородственного вида Limnobacter, выяснилось, что их выносливость была сопоставима с показателями обычных бактерий из других сред. Ничего сверхъестественного. Это подняло ключевой вопрос всего исследования: если эти бактерии не обладают особой устойчивостью к радиации, то как им удалось колонизировать воду, настолько насыщенную радиоактивными элементами?
Ответ кроется в образе жизни этих микроорганизмов. Исследованные образцы показали наличие биоплёнок, прочно прикреплённых к металлическим поверхностям внутри системы. Эти липкие слои, где бактерии собираются и обволакивают себя производимой ими самими матрицей, служат своеобразным защитным «щитом», который может частично ослаблять воздействие радиации. Одновременно с этим, биоплёнки обеспечивают микробам доступ к источнику энергии – металлам конструкции. Статистический анализ последовательностей ДНК выявил, что почти семьдесят процентов обнаруженных в этой воде родов бактерий в других условиях связаны с процессами коррозии металлов. Иными словами, значительная часть микробного сообщества в помещении торуса выделяется не своей сопротивляемостью радиации, а способностью разрушать сталь и другие сплавы. Ученые говорят о «минимальном влиянии радиоактивности на отбор» и о решающей роли типа доступной поверхности и химического состава воды.
Для процесса демонтажа атомной станции это открытие имеет колоссальное значение. Существование активных микробных сообществ, способствующих коррозии, означает, что трубы, резервуары и погружённые конструкции могут разрушаться гораздо быстрее, чем предполагалось, если этот биологический фактор не будет учтён и проконтролирован. В месте, где любой структурный сбой чреват новыми утечками радиоактивных веществ в окружающую среду, инженеры не могут допустить ещё одного неожиданного вызова.
Исследование также показало, что некоторые из обнаруженных родов бактерий совпадают с теми, что были идентифицированы в бассейнах с отработавшим ядерным топливом на объектах во Франции и Бразилии. Это наводит на мысль: везде, где есть застойная вода, радиоактивные материалы и металлические поверхности, жизнь находит способ проникнуть и организоваться в виде биоплёнки. Ранее компания–оператор Tokyo Electric Power Company Holdings уже фиксировала наличие радиоактивных частиц и отложений в этом же помещении, что лишь подтверждает идею о том, что торус превратился в невольную мини–лабораторию, где постоянно взаимодействуют физика, химия и микробиология.
Примечательно, что исследования не ограничиваются одним научным трудом. Другая команда, включающая некоторых из тех же авторов, уже опубликовала полный геном нескольких штаммов Micrococcus luteus, выделенных из радиоактивной воды Фукусимы. Это важный шаг к пониманию того, какие гены позволяют этим организмам жить и размножаться в столь экстремальной и специфической среде.
Хотя это может показаться слишком техническим и далёким от повседневности, на самом деле это не так. Закрытие и демонтаж таких объектов, как Фукусима, на десятилетия вперёд определит дискуссии о роли ядерной энергетики в энергетическом переходе. Пока в других частях света спорят о возобновляемых источниках, газе или атоме при получении каждого счёта за электричество, в Японии команды биологов и инженеров неустанно работают над тем, чтобы радиоактивное наследие не попало в океан или водоносные горизонты.
Авторы исследования подчёркивают: глубокое понимание того, какие микробы обитают в загрязнённых зонах, помогает разрабатывать более безопасные стратегии очистки, выбирать материалы, менее подверженные коррозии, и, возможно, даже использовать определённые бактерии для иммобилизации металлов и радионуклидов. Это не чудеса, а прикладная микробиология, работающая на благо рационального обращения с ядерными отходами.
По сути, эта история служит напоминанием о двух важных вещах. Во–первых, о невероятной жизнестойкости жизни, способной цепляться за существование даже в условиях радиоактивного подвала. Во–вторых, о том, что энергетические проекты не заканчиваются, когда мы останавливаем реактор. Они продолжаются десятилетиями в форме мониторинга, обслуживания и научных исследований. И в этом процессе микробы играют далеко не последнюю роль.
Полное исследование опубликовано в авторитетном журнале «Applied and Environmental Microbiology».
