Способность урана передаваться по пищевой цепи известна давно. Но фундаментальных знаний о тонкостях его попадания в эту цепь, как и о потенциально опасных последствиях для человека и окружающей среды пока недостаточно.
В Центре им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) изучили поглощение урана диатомовыми водорослями. Результаты экспериментов, проводившихся французским аспирантом Ихуа Хэ в рамках его докторской по радиохимии, опубликованы в Scientific Reports.
На поверхности и внутри
«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.
Сначала водоросли выращивали в питательной среде, а затем помещали их в раствор, обогащенный ураном.
«Через определенные промежутки времени — от нескольких часов до недель — аспирант извлекал водоросли из раствора и измерял, сколько урана осталось. Это позволило определить общее количество поглощенного тяжелого металла и изменения в его усвоении со временем», — объясняет Закс.
Затем образцы диатомей подготовили для изучения с помощью электронной микроскопии и рентгеновской спектроскопии, чтобы точно определить места накопления урана.
Два вида связей
«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.
«Фосфатные группы, с которыми связывается уран, могут быть частью сахара, белка или даже неорганического вещества на поверхности водорослей, — уточняет микробиолог Йоханнес Рафф из HZDR. — Мы не можем с уверенностью сказать, насколько стабильны эти соединения».
С помощью флуоресцентной спектроскопии проверили, образуются ли со временем разные химические связи. Действительно, анализы показали наличие двух разных видов урана в образцах, соотношение которых постепенно менялось. Исследователи предположили, что сначала опасный 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. Инфракрасная спектроскопия подтвердила, что реакции идут как через карбоксильные, так и через фосфатные группы.
Долгосрочная угроза
«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.
Однако остается неясным, какую роль в этом процессе играют ассоциированные бактерии и как со временем могут измениться химические связи. Чтобы выяснить это, потребуется долгосрочное наблюдение за образцами водорослей, контактировавших с ураном, — от полугода и дольше.
Диатомовые водоросли, как и другие виды фитопланктона — первое звено пищевой цепи, служащее основой для питания высших организмов, таких как веслоногие рачки, которые, в свою очередь, становятся пищей для рыб. Таким образом, водоросли становятся «воротами» для урана. Как много его накапливается в других видах и передается выше по пищевой цепи — еще предстоит выяснить.
Но потенциально — много, ведь источником опасного элемента может быть не только атомная энергетика, предупреждает 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.
