Уран — вещь скользкая.
Пока он заперт внутри породы, он ведет себя тихо. Но горные работы или изменения химического баланса могут сделать его растворимым. Как только уран растворяется, он начинает дрейфовать. Проникает в грунтовые воды. Удаляется от источника. Распространяя невидимый яд.
Именно эта мобильность и является главной головной болью.
Новые исследования Гельмгольц-центра по исследованию материалов и систем в Дрездене-Россендорфе (HZDR), компании Wismut GmbH и Университета Гранада предлагают странное решение: бактерии. А именно те, которые уже обитают в затопленных урановых рудниках. Они не просто «поедают» уран. Они превращают его в стойкое стабильное соединение, которое никуда не хочет двигаться.
Хитрость пищевой цепи
В основе этого приема лежит глицерол.
Вы, вероятно, знаете глицерол по косметике или биотопливу. В данном контексте он служит топливом для микробов. Глицерол образуется естественным образом, когда грибы разлагают древесину, или в процессе метаболизма жиров у животных. Ученые добавляли это вещество к бактериальным образцам, взятым из шахты компании Wismut GmbH в германских Кривых горах.
Почему именно глицерол?
«Бактерии могут использовать растворенный в воде уран для метаболизма, если у них есть глицерол», — объясняет доктор Эвелин Кравиц-Барз из группы наземной микробиологии HZDR. «Наши предыдущие работы уже показали, что они способны метаболически использовать этот токсичный металл».
Команда хотела проверить две вещи. Во-первых, сколько урана исчезает из воды. Во-вторых, какую форму он принимает после исчезновения.
Они не стали гадать. Они воссоздали условия шахты в лаборатории. В глубине земли — примерно на двух тысячах метров — кислорода мало. Команда лишила образцы кислорода и добавила глицерол.
Пусть природа берет свое.
Редкая степень окисления
Спустя 130 дней результаты оказались впечатляющими.
В растворе осталось лишь 5% урана. Куда делся остальной?
«Вы предполагаете, что он попал в клеточные стенки», — говорит ведущий автор исследования доктор Антонио М. Ньюман Портела. «Накопление было ожидаемо».
Стандартная теория гласит, что бактерии накапливают тяжелые металлы. Эту часть мы знали. Но стандартная теория также утверждает, что уран существует в валентности 4 или 6.
А что насчет валентности 5?
Редкость. Обычно транзитное состояние. Нестабильное. Как попытка удержать монету на ребре.
Команда не полагалась только на химические тесты. Они отправились в Европейский синхротрон во Франции. Используя лучевую линию Россендорфа в ESRF, они изучили атомную структуру бактериальной биомассы.
Результат опроверг все ожидания.
«До сих пор пятивалентный уран наблюдался только в нестабильных состояниях окисления», — отмечает Ньюман-Портела. «Поэтому обнаружение высокой доли U(V) в наших образцах было крайне неожиданным».
Он не просто присутствовал. Он доминировал.
Железо, кислород и терпение
Пятивалентный уран не существовал в изоляции.
Он соединился с железом и кислородом, создав FeU(V)O4. Новинка. В прямом смысле. У этого конкретного соединения нет устоявшегося названия, так как оно слишком молодо для науки. Впервые оно появилось в данных 2020 года. Исследователи анализировали хроматически загрязненную почву в Хорватии после использования урановой боеприпасной техники. Они заметили нечто странное: уран не перемещался. Даже при контакте с воздухом.
Он оставался стабильным в течение 25 лет.
Но как он образовался тогда? Никто не знал.
Теперь у них есть идея.
Бактерии могут быть тем недостающим звеном, которое создает эту сверхстабильную ловушку для урана.
Вот главный нюанс.
Когда исследователи подвергли высушенную бактериальную биомассу воздействию кислорода, количество FeU(V)O4 фактически увеличилось. Кислород обычно растворяет или изменяет подобные соединения. Здесь же? Он, по-видимому, помогал «запечатать» соединения. Или как минимум поддерживать их стабильность.
Значит ли это, что мы можем закачивать бактерии и глицерол в токсичные места?
Пока что нет.
Условия в лаборатории чистые. В шахтах грязно. Реальный мир вносит переменные, которые невозможно контролировать. Температуру. Скорость потоков. Другие конкурирующие микробы. Соединение сохраняется десятилетиями в хорватской почве. Но выдержит ли оно постоянное гидродинамическое давление?
Кравиц-Барз предостерегает от преждевременных выводов.
«Мы должны выяснить, помогает ли это при очистке территорий», — говорит она.
Это не лекарство. Это механизм.
Наконец-то у нас есть карта того, как часть урана «застревает» в природе. Бактерии поедают глицерол, перерабатывают уран и строят вокруг него молекулярную клетку с использованием железа.
Возможно, эта клетка останется закрытой.
Возможно, она откроется через пять лет.
Об этом расскажут следующие исследования. Пока же шахтная вода остается спокойной. А уран стоит на месте. 🦠
