Mikrobi uztver urānu

Baktērijām ir liela nozīme urāna pārvadāšanā vidē

Urāna rūda © USGS
lasīt skaļi

Urāns dabiski atrodas mūsu vidē. Blīvi apdzīvotos reģionos, piemēram, Saksijā, kur urāna rūdu jau daudzus gadus iegūst, ir īpaši svarīgi zināt, kā urāns izplatās dabā. Pētnieki tagad ir atklājuši, ka baktērijām var būt liela nozīme urāna pārvadāšanā vidē. Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) zinātnieki ziņo par saviem atradumiem žurnālā Environmental Science & Technology.

Baktērijas nav vientuļnieki, bet 99 procenti no visām baktērijām tiek organizētas bioplēvēs. Tipiskas bioplēves ir zobu aplikums vai gļotaini pārklājumi uz akmeņiem ūdenī.

Bioplēves ir visuresošas un jo īpaši rodas saskarnēs starp cieto un šķidrumu. Bioplēve sastāv no 50 līdz 95 procentiem ūdens. Atlikušo daļu veido mikroorganismi un organiskās makromolekulas. Bioplēvēs atrodamas ļoti sarežģītas un vienlaikus labi koordinētas mikroorganismu kopienas. Tas bioplēvē var izraisīt nišu veidošanos ar dažādiem ģeoķīmiskajiem parametriem - piemēram, pH vērtību, izšķīdušā skābekļa koncentrāciju.

Bioplēves kā dabisks filtrs

Spektroskopiski parādīta vienlaicīga U (V) un U (VI) klātbūtne bioplēvē. © Vides zinātne un tehnoloģija

Bioplēves šķērso ūdens kanāli, pa kuriem barības vielas tiek piegādātas baktērijām un to izdalījumi tiek novadīti prom. Tādā veidā bioplēvē nonāk arī toksiski smagie metāli, un tos var turēt. Tādējādi bioplēves var veidot dabisku filtru ūdens attīrīšanas procesiem.

Urāns var sasniegt bioplēves caur transporta vidējo ūdeni. Šeit lielu lomu spēlē urāna oksidācijas stāvoklis: sešvērtīgais urāns šķīst ūdenī un tāpēc ir mobilais (šī savienojuma centrā ir uranila jons UO22 + - urāna atomu ieskauj divi skābekļa atomi), tomēr tetravalentais urāns mazšķīst ūdenī. Kad mobilais urāns (VI) tiek novirzīts šādā bioplēvē, ir ļoti iespējams, ka tas tiks ķīmiski pārveidots par tetravalentu urānu pa ceļu no bioplēves virsmas uz iekšpusi. Šajā reakcijā urāns (VI) izdala divus elektronus, bet līdz šim precīzs reakcijas process nebija skaidrs. displejs

Pētītā urāna ķīmiskā izturēšanās

FZD pieejamās sarežģītās analīzes metodes pirmo reizi ļāva precīzi izpētīt urāna ķīmisko izturēšanos dzīves vidē. Tādējādi varētu atklāt sarežģīto mijiedarbību starp smagajiem metāliem un baktērijām, kas dzīvo bioplēvē. Nākotnē šīs zināšanas varētu palīdzēt izstrādāt inteliģentu sanācijas pasākumu koncepcijas.

Zinātnieku grupa, kuru vada Thuro Arnold Freschungszentrum Dresden-Rossendorf sadarbībā ar profesoru Isolde R ske un Axel Wobus no Drēzdenes tehniskās universitātes, tagad pirmo reizi ir izpētījusi urāna redoksa procesu bioplēvē. Izmantojot lāzera fluorescences mikroskopu, bija iespējams vizualizēt urāna (VI) reducēšanu uz urānu (V) un to spektroskopiski identificēt.

Pārveidošana divos posmos

Sākumā pētnieki deva bioplēvei, kas modelēta pēc dabas, precīzi definētu šķīdumu ar uranil (VI) joniem. Lai varētu vizualizēt urānu mikroskopā, tiek izmantots, ka daži urāna savienojumi, izmantojot mērķtiecīgu lāzera ierosmi, tas ir, pēcspuldzi, uzrāda luminiscenci. Unikāls ir attēls, kas izveidots ar mikroskopa palīdzību, uz kura vienlaicīgi var redzēt sešu un piecu valentu urānu. Tā kā urāns (V) ir stabils tikai īsu laiku, šis oksidācijas stāvoklis nevalda ilgi.

Arnolds saka: "Mēs varējām pierādīt, ka pārvēršana ūdenī nešķīstošā urānā notiek divos posmos. Reklāmas laikā, kas notiek bioplēvē, sešvērtīgais urāns izdala tikai vienu elektronu, no kura iegūst pieckārtīgu urānu. Tālākai pārvēršanai ūdenī nešķīstošā urānā (IV) ir divas iespējas. No vienas puses, urānu (V) bioplēvē var vēl vairāk reducēt līdz urānam (IV), atbrīvojot papildu elektronu, vai sarežģītākā procesā to var pārveidot par urānu (IV) un urānu (VI). Tā kā bioplēvē iegūtais tetravalentais urāns praktiski nešķīst ūdenī, tas piepilda un ir ieslodzīts bioplēvē. "

Labāka izpratne par atklātajiem procesiem

Īpašs Rossendorfa zinātnieku sasniegums ir tas, ka viņi ar lāzera fluorescences spektroskopijas metodi varēja parādīt precīzu urāna savienojumu valenci vienlaikus ar mikroskopiskiem pierādījumiem par urāna reducēšanu bioplēvē.

"Tagad mēs vēlamies labāk izprast mūsu atklātos procesus, piemēram, iekļaut šīs zināšanas viedajos atjaunošanas procesos, " saka Arnolds. Šim nolūkam izmeklēšanas ierīces pašlaik tiek pilnveidotas un pilnveidotas. Tagad urāna daļiņas un to precīzā ķīmiskā forma ir identificējama bioplēvēs. Drīz pētnieki vēlas izmantot fluorescences spektroskopiju, lai sniegtu laikā izšķirtu informāciju par izšķīdinātiem urāna savienojumiem bioplēvēs. Abu metožu kombinācija tad būs piemērota pat šūnu mijiedarbības ar fluorescējošiem smagajiem metāliem izpētei.

(idw - Drēzdenes pētniecības centrs - Rossendorf, 18.10.2007. - DLO)