黑色素保护:核辐射暴露黑蛙揭示了进化的作用

　　

东部圣安东尼奥蛙(海拉东方蛙)的极端颜色梯度。左边是在切尔诺贝利高污染区内捕捉到的样本;右边是在禁区外捕获的标本。

               

1986年4月26日切尔诺贝利核电站4号反应堆发生事故。急性暴露于高剂量辐射对环境和人类造成严重影响。但在事故发生30多年后，切尔诺贝利已成为欧洲最大的自然保护区之一。今天，各种各样的濒危物种在那里找到了避难所，包括熊、狼和猞猁。切尔诺贝利核事故是国际核事件分级表中仅有的两起7级(最高级别)核事故之一，另一起是2011年日本福岛核事故。       

辐射会破坏生物的遗传物质，并产生不良的突变。然而，切尔诺贝利最有趣的研究课题之一是试图检测一些物种是否真的适应了辐射。与其他污染物一样，辐射可能是一个非常强的选择因素，有利于具有增加其在受放射性物质污染地区生存能力的机制的生物。

黑色素可以防止辐射

我们在切尔诺贝利的工作始于2016年。那一年，在受损的核反应堆附近，我们发现了几只东方树蛙，带有不寻常的黑色色彩。该物种通常有明亮的绿色背色，虽然偶尔可以发现深色个体。

黑色素是许多生物体呈深色的原因。不太为人所知的是，这类颜料还可以减少紫外线辐射的负面影响。它的保护作用也可以延伸到电离辐射，就像它在真菌上所显示的那样。黑色素吸收和消散部分辐射能量。此外，它可以清除和中和细胞内的电离分子，如活性氧。这些行动使暴露在辐射中的人不太可能继续遭受细胞损伤，并增加他们的生存机会。

树蛙的颜色

在2016年检测到第一批黑蛙后，我们决定研究黑色素在切尔诺贝利野生动物中的作用。2017年至2019年期间，我们详细研究了乌克兰北部不同地区东部树蛙的颜色。

在这三年里，我们分析了在12个不同的繁殖池塘中捕获的200多只雄性青蛙的背部皮肤颜色。这些地点沿放射性污染的大梯度分布。其中包括一些地球上放射性最强的地区，但也包括切尔诺贝利禁区外的四个本底辐射水平作为对照的地点。

我们的工作表明，切尔诺贝利树蛙的颜色比在该区域以外的控制区捕获的青蛙要深得多。正如我们在2016年所发现的，有些是漆黑一片的。这种颜色与今天青蛙所经历的辐射水平无关，而我们可以在所有个体中测量这种辐射水平。这种深色是事故发生时来自污染最严重地区或附近的青蛙的典型特征。

进化反应

我们的研究结果表明，切尔诺贝利青蛙可能经历了一个快速进化的过程，以应对辐射。在这种情况下，那些在事故发生时颜色较深的青蛙，通常在它们的种群中只占少数，会受到黑色素的保护作用的青睐。黑蛙在辐射中生存得更好，繁殖得更成功。事故发生后，青蛙已经繁殖了十多代，一个经典的，尽管速度非常快的自然选择过程可以解释为什么这些黑色青蛙现在是切尔诺贝利禁区内的优势种类。

对切尔诺贝利黑蛙的研究是更好地了解黑色素在受放射性污染影响的环境中的保护作用的第一步。此外，它还打开了在核废料管理和空间探索等不同领域有前途的应用的大门。