有没有核能生物?

有没有核能生物?

赵泠,莱布尼茨工作室监事会主席

利用核辐射的地球生物有很多,分布相当广泛,你可能已经和它们近距离接触过了。但是“能利用核能”并不是“只使用核能”,可以利用核辐射的地球生物均有利用化学能的自养或异养代谢途径,没有纯粹的核能自养。辐射来源也不限于土壤,带有放射性物质的水和岩石、人造的各种放射性废物、宇宙线等都可以。你的老师大概说得不清楚或者存在误解。

我们已经知道许多微生物和真菌能生活在切尔诺贝利核电站、福岛核电站泄漏之后的辐射防护墙内部,并以电离辐射作为能源茁壮成长[1]

斯坦福大学和北卡罗莱纳大学的研究团队探讨了使用切尔诺贝利核电站防护墙内的辐射合成真菌来屏蔽宇宙线的可行性。根据在国际空间站上进行的为期一个月的试验,1.7 毫米厚的一层球孢枝孢菌(Cladosporium sphaerospermum)可以阻挡 2.17±0.35%的辐射。在与火星土壤合用的情况下,9 厘米厚的真菌 - 土壤可以阻挡火星基地受到的绝大部分辐射。考虑到真菌是生命体、允许人们携带少量真菌到火星上再加注营养物质来培养,可以省略大量的辐射屏蔽材料。

A Self-Replicating Radiation-Shield for Human Deep-Space Exploration: Radiotrophic Fungi can Attenuate Ionizing Radiation aboard the International Space Station

这听起来仿佛外星异种的球孢枝孢菌,其实是十分常见的真菌,世界性分布,在许多地方的室内·室外空气里都可以找到[2],也许你身上还沾着它的孢子。

辐射合成细菌 Candidatus Desulforudis audaxviator 可以在只有铀矿的辐射作为能源的环境下利用岩石和水中溶解的物质合成有机物并增殖,在南非地下 1500~3000 米深的矿井地下水中建立生态系。相关论文发表在 2008 年 10 月 10 日的 Science 杂志[3]。辐射对该物种并非必需,且它们在作为化能自养生物的同时还可以分解同类的死细胞来回收材料。

图片来自 NASA,公有领域

Candidatus Desulforudis audaxviator 生活的环境里没有其它生物。它的环境耐性和能量获取途径允许它在太阳系的多个天体的地下生存,包括火星。在科学家检测的五吨地下水里,Candidatus Desulforudis audaxviator 的 230 万个碱基对只有 32 个突变过不止 1 次,显示了其极度缓慢的生活节奏。

目前我们知道的最耐辐射的地球生物是古菌 Thermococcus gammatolerans[4],可以在 3000000 拉德的伽马射线下生活,无论是否在分裂期,都能修复断裂的 DNA。这样的生物可以在靠近银河系中心的密集宇宙线环境里生活。

至于有些读者会问的“在细胞里进行核聚变”,即使是恒星里的聚变也是靠中心部的高温高压外加量子隧穿才勉强地进行,太阳核心的核聚变功率随着与太阳中心的距离增大而减小,理论模型估计在太阳中心核聚变的功率密度大约有 276.5 瓦每立方米,是成年地球人平均单位体积消耗功率的十分之一。太阳的巨大功率输出不是由于优秀的能量输出密度,而是因为它规模巨大,这不适合任何常规生物,地球上的生物想利用聚变只能仰望太阳——就是光合作用。