Атомный след в микромире: как водоросли становятся переносчиками урана – новое исследование

Способность урана проникать в пищевую цепь известна давно, однако, фундаментальных знаний о тонкостях этого процесса и его потенциальных последствиях для человека и окружающей среды по-прежнему недостаточно. Исследователи из Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (hzdr) провели детальное исследование поглощения урана диатомовыми водорослями, раскрывая новые аспекты этой проблемы.

Диатомовые водоросли: первые звенья пищевой цепи

Диатомовые водоросли, как и другие виды фитопланктона, являются первым звеном пищевой цепи, служащим основой для питания высших организмов. Понимание механизмов поглощения урана этими микроорганизмами имеет решающее значение для оценки рисков, связанных с загрязнением окружающей среды.

"Первый вопрос заключался в том, связывается ли уран только с внешней оболочкой водорослей или проникает внутрь. Мы также хотели выяснить, какие химические связи образуются, и понять процессы на молекулярном уровне”, — говорит химик Сюзанна Закс из Института экологии ресурсов HZDR, объясняя цели исследования.

Методика эксперимента

В ходе исследования диатомовые водоросли выращивали в питательной среде, а затем помещали в раствор, обогащенный ураном. Через определенные промежутки времени — от нескольких часов до недель — аспирант извлекал водоросли из раствора и измерял количество поглощенного урана. Это позволило определить общее количество поглощенного тяжелого металла и изменения в его усвоении со временем.

Затем образцы диатомей подготовили для изучения с помощью электронной микроскопии и рентгеновской спектроскопии, чтобы точно определить места накопления урана.

"Мы обнаружили, что уран действительно взаимодействует с водорослями. Он присутствует как на поверхности, так и внутри клеток — в местах, где находятся соединения фосфора”, — продолжает исследовательница.

Что касается взаимодействия урана с фосфорсодержащими функциональными группами на поверхности водорослей, изначально было неясно, с какими именно структурами он связывается.

С помощью флуоресцентной спектроскопии было подтверждено образование со временем разных химических связей. Анализы показали наличие двух разных видов урана в образцах, соотношение которых постепенно менялось. Исследователи предположили, что сначала металл в основном связывается на поверхности водорослей, но со временем — и довольно быстро, уже спустя три дня — проникает внутрь клеток, где формируется второй тип связей.

Долгосрочная угроза и риски

"Наше исследование показывает, что диатомовые водоросли не только способны связывать уран, но и включать его во внутреннюю структуру клетки. Кроме того, мы получили первые данные о формирующихся химических связях”, — подытожила Закс.

Остается неясным, какую роль в этом процессе играют ассоциированные бактерии и как со временем могут измениться химические связи, что требует дальнейших долгосрочных исследований.

Диатомовые водоросли становятся "воротами” для урана, поскольку именно они являются основой для питания многих организмов в пищевой цепи. Как много урана накапливается в других видах и передается выше по пищевой цепи — еще предстоит выяснить.

Источники загрязнения и предупреждения

Потенциальным источником опасного элемента может быть не только атомная энергетика, предупреждает Йоханнес Рафф. По данным Федерального исследовательского центра сельского хозяйства, ежегодно в Германии на поля вместе с фосфатными удобрениями попадает 167 тонн урана.

"Кроме того, редкоземельные и другие ценные металлы часто связаны с радионуклидами. Существует риск попадания этих опасных веществ в экосистему и причинения вреда”, — добавил он.

Исследование механизмов поглощения урана диатомовыми водорослями имеет важное значение для оценки рисков, связанных с загрязнением окружающей среды. Дальнейшие исследования в этой области помогут лучше понять процессы переноса урана в пищевой цепи и разработать эффективные методы борьбы с этим загрязнением.

Интересные факты:

• Уран является тяжелым металлом, который может быть радиоактивным.
• Радиоактивность урана может вызывать различные заболевания, включая рак.
• Диатомовые водоросли играют важную роль в глобальном углеродном цикле.
• Фосфатные удобрения являются основным источником загрязнения почвы ураном в некоторых регионах.