Уран – річ слизька.
Поки він замкнений усередині породи, він поводиться тихо. Але гірничі роботи або зміни хімічного балансу можуть зробити його розчинним. Як тільки уран розчиняється, він починає дрейфувати. Проникає у ґрунтові води. Віддаляється від джерела. Поширюючи невидиму отруту.
Саме ця мобільність і є головним головним болем.
Нові дослідження Гельмгольц-центру з дослідження матеріалів та систем у Дрездені-Россендорфі (HZDR), компанії Wismut GmbH та Університету Гранада пропонують дивне рішення: бактерії. А саме ті, які вже мешкають у затоплених уранових копальнях. Вони не просто поїдають уран. Вони перетворюють його на стійке стабільне з’єднання, яке нікуди не хоче рухатися.
Хитрість харчового ланцюга
В основі цього прийому лежить гліцерол.
Ви, мабуть, знаєте гліцерол з косметики або біопалива. У цьому контексті він є паливом для мікробів. Гліцерол утворюється природно, коли гриби розкладають деревину, або в процесі метаболізму жирів у тварин. Вчені додавали цю речовину до бактеріальних зразків, взятих із шахти компанії Wismut GmbH у німецьких Кривих горах.
Чому саме гліцерол?
«Бактерії можуть використовувати розчинений у воді уран для метаболізму, якщо вони мають гліцерол», — пояснює доктор Евелін Кравіц-Барз із групи наземної мікробіології HZDR. “Наші попередні роботи вже показали, що вони здатні метаболічно використовувати цей токсичний метал”.
Команда хотіла перевірити дві речі. По-перше, скільки урану зникає з води. По-друге, яку форму він набуває після зникнення.
Вони не гадали. Вони відтворили умови шахти у лабораторії. У глибині землі — приблизно двох тисяч метрів — кисню мало. Команда позбавила зразки кисню та додала гліцерол.
Нехай природа бере своє.
Рідкісний ступінь окислення
Через 130 днів результати виявилися вражаючими.
У розчині залишилося лише 5% урану. Куди подівся решта?
“Ви припускаєте, що він потрапив у клітинні стінки”, – говорить провідний автор дослідження доктор Антоніо М. Ньюман Портела. “Накопичення було очікуване”.
Стандартна теорія свідчить, що бактерії накопичують важкі метали. Цю частину ми знали. Але стандартна теорія також стверджує, що уран існує у валентності 4 чи 6.
А що щодо валентності 5?
Рідкісність. Зазвичай транзитний стан. Нестабільний. Як спроба втримати монету на ребрі.
Команда не покладалася лише на хімічні випробування. Вони вирушили до Європейського синхротрону у Франції. Використовуючи променеву лінію Россендорфа ESRF, вони вивчили атомну структуру бактеріальної біомаси.
Результат спростував усі очікування.
“Досі п’ятивалентний уран спостерігався тільки в нестабільних станах окислення”, – зазначає Ньюман-Портела. “Тому виявлення високої частки U(V) у наших зразках було вкрай несподіваним”.
Він не просто був присутнім. Він домінував.
Залізо, кисень і терпіння
П’ятивалентний уран не існував в ізоляції.
Він з’єднався із залізом та киснем, створивши FeU(V)O4. Новинка. У прямому значенні. Ця конкретна сполука не має усталеної назви, оскільки вона надто молода для науки. Вперше воно з’явилося у даних 2020 року. Дослідники аналізували хроматично забруднений ґрунт у Хорватії після використання уранової боєприпасної техніки. Вони помітили щось дивне: уран не рухався. Навіть під час контакту з повітрям.
Він залишався стабільним упродовж 25 років.
Але як він утворився тоді? Ніхто не знав.
Тепер вони мають ідею.
Бактерії можуть бути тією недостатньою ланкою, яка створює цю надстабільну пастку для урану.
Ось головний нюанс.
Коли дослідники піддали висушену бактеріальну біомасу кисню, кількість FeU(V)O4 фактично збільшилася. Кисень зазвичай розчиняє або змінює подібні сполуки. Тут же? Він, мабуть, допомагав “запечатати” з’єднання. Або як мінімум підтримувати їхню стабільність.
Чи означає це, що ми можемо закачувати бактерії та гліцерол у токсичні місця?
Поки що ні.
Умови у лабораторії чисті. У шахтах брудно. Реальний світ вносить змінні, які неможливо контролювати. Температура. Швидкість потоків. Інші конкуруючі мікроби. З’єднання зберігається десятиліттями у хорватському грунті. Але чи витримає він постійний гідродинамічний тиск?
Кравіц-Барз застерігає від передчасних висновків.
«Ми повинні з’ясувати, чи це допомагає при очищенні територій», — каже вона.
Це не ліки. Це механізм.
Нарешті, у нас є карта того, як частина урану «застряє» в природі. Бактерії поїдають гліцерол, переробляють уран та будують навколо нього молекулярну клітину з використанням заліза.
Можливо, ця клітина залишиться закритою.
Можливо, вона відкриється за п’ять років.
Про це розкажуть наступні дослідження. Поки що шахтна вода залишається спокійною. А уран стоїть на місці. 🦠
