Uran to śliska rzecz.
Kiedy jest zamknięty w skale, jest cichy. Ale wydobycie lub zmiany w równowadze chemicznej mogą sprawić, że będzie on rozpuszczalny. Gdy uran się rozpuści, zaczyna dryfować. Wnika do wód gruntowych. Oddala się od źródła. Rozprzestrzenianie niewidzialnej trucizny.
To właśnie ta mobilność jest głównym problemem.
Nowe badania przeprowadzone przez Centrum Badań Materiałowych i Systemów im. Helmholtza w Dreźnie-Rossendorfie (HZDR), Wismut GmbH i Uniwersytecie w Granadzie oferują dziwne rozwiązanie: bakterie. Mianowicie ci, którzy już żyją w zalanych kopalniach uranu. Nie tylko „jedzą” uran. Zamieniają je w trwałe, stabilne połączenie, które nie chce się nigdzie ruszać.
Sztuczka z łańcuchem pokarmowym
Podstawą tej techniki jest glicerol.
Glicerynę znasz zapewne z kosmetyków czy biopaliw. W tym kontekście służy jako paliwo dla drobnoustrojów. Glicerol powstaje naturalnie, gdy grzyby rozkładają drewno lub podczas metabolizmu tłuszczów u zwierząt. Naukowcy dodali tę substancję do próbek bakterii pobranych z kopalni Wismut GmbH w Górach Krzywych w Niemczech.
Dlaczego glicerol?
„Bakterie mogą wykorzystywać do metabolizmu uran rozpuszczony w wodzie, jeśli zawierają glicerol” – wyjaśnia dr Evelyn Krawitz-Barz z Grupy Mikrobiologii Lądowej w HZDR. „Nasza poprzednia praca pokazała już, że są w stanie metabolicznie wykorzystać ten toksyczny metal”.
Zespół chciał przetestować dwie rzeczy. Po pierwsze, ile uranu znika z wody. Po drugie, jaką formę przybiera po zniknięciu.
Nie zadali sobie trudu zgadywania. W laboratorium odtworzyli warunki panujące w kopalni. W głębinach ziemi – około dwóch tysięcy metrów – jest mało tlenu. Zespół pozbawił próbki tlenu i dodał glicerol.
Pozwól naturze działać.
Rzadki stan utlenienia
Po 130 dniach wyniki były imponujące.
W roztworze pozostało tylko 5% uranu. Gdzie poszła reszta?
„Można się domyślić, że dostał się do ścian komórkowych” – powiedział główny autor badania, dr Antonio M. Newman Portela. „Spodziewano się akumulacji”.
Standardowa teoria głosi, że bakterie gromadzą metale ciężkie. Znaliśmy tę część. Ale standardowa teoria stwierdza również, że uran występuje w wartościowości 4 lub 6.
A co z wartościowością 5?
Rzadkość. Zwykle stan przejściowy. Nietrwały. To tak jakby próbować trzymać monetę na krawędzi.
Zespół nie polegał wyłącznie na testach chemicznych. Udali się do europejskiego synchrotronu we Francji. Korzystając z linii świetlnej Rossendorff w ESRF, zbadano strukturę atomową biomasy bakteryjnej.
Wynik przerósł wszelkie oczekiwania.
„Do tej pory pięciowartościowy uran obserwowano jedynie na niestabilnych stopniach utlenienia” – zauważa Newman-Portela. „Dlatego stwierdzenie dużej zawartości U(V) w naszych próbkach było wysoce nieoczekiwane”.
Nie tylko był obecny. Dominował.
Żelazo, tlen i cierpliwość
Uran pięciowartościowy nie istniał samodzielnie.
Łączy się z żelazem i tlenem, tworząc FeU(V)O4. Nowy. Dosłownie. Ten konkretny związek nie ma ustalonej nazwy, ponieważ jest zbyt młody, aby można go było zastosować w nauce. Po raz pierwszy pojawiło się w danych za 2020 rok. Naukowcy przeanalizowali skażoną chromatycznie glebę w Chorwacji po użyciu amunicji uranowej. Zauważyli coś dziwnego: uran się nie poruszał. Nawet w kontakcie z powietrzem.
Stan ten utrzymywał się na stabilnym poziomie przez 25 lat.
Ale jak to wówczas powstało? Nikt nie wiedział.
Teraz mają pomysł.
Bakterie mogą być brakującym ogniwem tworzącym tę ultrastabilną pułapkę uranową.
Oto główny punkt.
Kiedy badacze wystawili wysuszoną biomasę bakteryjną na działanie tlenu, ilość FeU(V)O4 faktycznie wzrosła. Tlen zwykle rozpuszcza lub zmienia takie związki. Właśnie tutaj? Najwyraźniej pomogło to „uszczelnić” połączenia. Albo przynajmniej utrzymać ich stabilność.
Czy to oznacza, że możemy pompować bakterie i glicerol do toksycznych miejsc?
Jeszcze nie.
Warunki w laboratorium są czyste. Kopalnie są brudne. Rzeczywisty świat wprowadza zmienne, których nie można kontrolować. Temperatura. Szybkość strumienia. Inne konkurencyjne drobnoustroje. Związek utrzymuje się na chorwackiej glebie przez dziesięciolecia. Ale czy wytrzyma stałe ciśnienie hydrodynamiczne?
Kravitz-Barz przestrzega przed wyciąganiem pochopnych wniosków.
„Musimy dowiedzieć się, czy to pomaga w sprzątaniu obszarów” – mówi.
To nie jest lekarstwo. To jest mechanizm.
W końcu mamy mapę pokazującą, w jaki sposób część uranu utknęła w naturze. Bakterie zjadają glicerol, przetwarzają uran i budują wokół niego komórkę molekularną za pomocą żelaza.
Być może ta klatka pozostanie zamknięta.
Być może zostanie otwarty za pięć lat.
Poniższe badania powiedzą Ci o tym. Na razie wody kopalniane są spokojne. Ale uran stoi w miejscu. 🦠
