Микроскопические водоросли, огромная проблема: накапливаемый уран угрожает экосистеме

Диатомовые водоросли издавна занимают особое место в океанических экосистемах. Эти микроскопические обитатели морей образуют основу пищевых цепей, поддерживая существование миллионов видов.

Но новые данные поставили учёных в тупик: оказалось, что диатомеи способны накапливать уран. Факт тревожный, ведь радиоактивный металл, оказавшись внутри клетки, не исчезает бесследно — он может передаваться дальше по трофическим цепям, вплоть до попадания в пищу человека.

Первые подозрения учёных

Инициатором исследования стал Центр им. Гельмгольца в Дрезден-Россендорфе (HZDR). Эксперименты проводил французский аспирант Ихуа Хэ, занимавшийся радиохимией в рамках докторской работы. Результаты оказались настолько неожиданными, что их опубликовали в престижном издании Scientific Reports.

Химиков интересовало, как именно взаимодействует металл с диатомовыми клетками. Может ли он оседать только на поверхности кремниевых оболочек, или же способен проникать внутрь живых структур?

"Первый вопрос заключался в том, связывается ли уран только с внешней оболочкой водорослей или проникает внутрь", — сказала химик Сюзанна Закс из Института экологии ресурсов HZDR.

Как проходили опыты

Учёные выращивали колонии водорослей в стандартной питательной среде. Позже их помещали в раствор с ураном, а затем регулярно проверяли, сколько металла оставалось в жидкости. Такой подход позволил не только оценить общее количество поглощённого вещества, но и проследить динамику процесса.

Для детального анализа использовали электронную микроскопию и рентгеновскую спектроскопию. Эти методы помогли понять, где именно концентрируется металл и какие химические связи он образует.

Где скапливается уран

Результаты оказались тревожными. Металл фиксировался не только снаружи клеточной оболочки, но и проникал вглубь, чаще всего связываясь с фосфатными группами.

"Фосфатные группы, с которыми связывается уран, могут быть частью сахара, белка или даже неорганического вещества", — пояснил микробиолог Йоханнес Рафф из HZDR.

Дополнительные эксперименты с применением флуоресцентной спектроскопии выявили: существует два типа связей урана, и со временем они перераспределяются. Сначала металл закрепляется на поверхности, но спустя три дня начинает активно проникать внутрь клеток, образуя новые соединения. Инфракрасный анализ подтвердил наличие как карбоксильных, так и фосфатных взаимодействий.

Опасность для морской жизни

Главное беспокойство связано с тем, что диатомеи являются базовым звеном в морских экосистемах. Ими питаются планктонные ракообразные, которых в свою очередь поедают рыбы. Так радиоактивный металл способен "подниматься" по пищевой цепочке, накапливаясь в организме всё более крупных животных. В конечном счёте он может попасть и в рацион человека.

Причём источники загрязнения океанов ураном разнообразны. Это не только атомная энергетика, но и сельское хозяйство.

"По данным Федерального исследовательского центра сельского хозяйства, ежегодно в Германии на поля вместе с фосфатными удобрениями попадает 167 тонн урана", — отметил Рафф.

Дополнительно ситуация осложняется разработкой полезных ископаемых. При добыче редкоземельных металлов в воду нередко попадают радионуклиды, способные влиять на морские биосистемы.

Что пока неизвестно

Несмотря на впечатляющие результаты, исследователи подчёркивают: картина пока далека от полной. Неясно, как на процесс влияют ассоциированные с диатомеями бактерии. Неизвестна и устойчивость образующихся связей — могут ли они разрушаться или изменяться со временем.

Для получения точных ответов нужны длительные наблюдения — не несколько дней, а месяцы и даже годы. Только после таких исследований можно будет оценить, насколько опасно для экологии и человека накопление урана в микроскопических морских организмах.

Три интересных факта

1. Диатомеи отвечают примерно за 20% глобального производства кислорода — столько же выделяют все тропические леса вместе взятые.
2. Эти водоросли используются в промышленности: из их кремниевых панцирей делают фильтры, абразивы и даже косметику.
3. Некоторые виды диатомей применяют как индикаторы чистоты воды, так как они чувствительны к изменению химического состава среды.