باکتریها اورانیوم سمی را به مادهای پایدار تبدیل کردند
پژوهشگران در مطالعهای جدید نشان دادهاند که برخی باکتریهای طبیعی قادرند اورانیوم محلول و سمی را به ترکیبی جامد و بسیار پایدار تبدیل کنند، کشفی که میتواند راه را برای توسعه روشهای زیستی در پاکسازی آبهای آلوده به اورانیوم هموار کند.
به گزارش ساینس دیلی، آلودگی ناشی از اورانیوم یکی از چالشهای مهم زیستمحیطی به شمار میرود، زیرا این عنصر بسته به وضعیت شیمیایی خود میتواند رفتاری کاملا متفاوت داشته باشد. زمانی که اورانیوم در ساختار کانیها محبوس باشد تحرک بسیار کمی دارد، اما در اثر تغییر شرایط محیطی یا فعالیتهای معدنی ممکن است به شکل محلول درآید و از طریق آبهای زیرزمینی به مناطق وسیعتری منتقل شود.
اکنون محققان مرکز پژوهشی Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) آلمان شرکت Wismut GmbH و دانشگاه گرانادا در اسپانیا دریافتهاند که باکتریهای موجود در آب یک معدن اورانیوم غرقشده میتوانند تقریبا تمام اورانیوم محلول را از آب حذف کرده و بخش عمده آن را به ترکیبی تبدیل کنند که از پایداری شیمیایی غیرمنتظرهای برخوردار است.
اهمیت شکل شیمیایی اورانیوم
دانشمندان توضیح میدهند که میزان خطر و قابلیت جابهجایی اورانیوم به شکل شیمیایی آن بستگی دارد. برخی گونههای شیمیایی اورانیوم بهراحتی در آب حل میشوند و میتوانند در خاک و آبهای زیرزمینی حرکت کنند در حالی که برخی دیگر در رسوبات، کانیها یا مواد زیستی تثبیت میشوند و عملا از چرخه انتقال خارج خواهند شد.
در آزمایشهای جدید پژوهشگران دریافتند که افزودن گلیسرول بهعنوان منبع غذایی برای باکتریها موجب شد این میکروارگانیسمها اورانیوم محلول را به یک ترکیب جامد تبدیل کنند. گلیسرول یکی از اجزای اصلی چربیهای گیاهی و جانوری است و همچنین در فرآیند تجزیه چوب توسط قارچها نیز بهطور طبیعی تولید میشود.
نکته جالب توجه این بود که در جریان این فرآیند، اورانیوم به حالت اکسیداسیون پنجظرفیتی یا اورانیوم (V) تبدیل شد، حالتی که در طبیعت بسیار نادر و معمولا ناپایدار و کوتاهعمر محسوب میشود.
استفاده از باکتریهای بومی معدن
میکروارگانیسمها نقش مهمی در تغییرات شیمیایی خاک و آبهای زیرزمینی ایفا میکنند. برخی گونههای باکتری قادرند فلزات سنگین و آلایندهها را در فرآیندهای متابولیکی خود مصرف یا دگرگون کنند و در نتیجه میزان تحرک آنها را کاهش دهند.
اولین کراوچیک بارش پژوهشگر گروه میکروبشناسی زمینی HZDR و از نویسندگان این مطالعه میگوید: برخی باکتریها میتوانند از فلز سنگین اورانیوم که برای انسان بسیار سمی است در فرآیندهای متابولیکی خود استفاده کنند. مطالعات قبلی ما نیز نشان داده بود که اگر این باکتریها به گلیسرول دسترسی داشته باشند قادر به مصرف اورانیوم محلول در آب خواهند بود.
پژوهشگران در این پروژه دو پرسش اساسی را دنبال کردند: نخست اینکه این باکتریها چه میزان اورانیوم را از آب حذف میکنند و دوم اینکه پس از این فرآیند چه ترکیبات شیمیایی جدیدی تشکیل میشود.
شبیهسازی شرایط واقعی معدن
برای انجام این آزمایشها محققان از آب یک معدن اورانیوم غرقشده در منطقه کوههای اور (Ore Mountains) استفاده کردند که تحت مدیریت شرکت Wismut GmbH قرار دارد. این نمونهها بهطور طبیعی حاوی مجموعهای از باکتریهای سازگار با شرایط معدن بودند.
پژوهشگران مقدار مشخصی گلیسرول به نمونهها افزودند و آنها را در محیطی کاملا بدون اکسیژن نگهداری کردند تا شرایط اعماق معدن، در حدود دو هزار متری زیر زمین شبیهسازی شود.
آنتونیوام نیومن-پورتلا نویسنده اصلی مقاله که دوره دکترای خود را در HZDR و دانشگاه گرانادا گذرانده است توضیح میدهد:هدف ما ایجاد شرایط طبیعی برای جامعه باکتریایی موجود در آب معدن بود، زیرا در عمق حدود دو هزار متری معمولا اکسیژن بسیار کم یا کاملا غایب است. در این شرایط باکتریها از گلیسرول بهعنوان منبع انرژی و کربن استفاده کردند و همزمان فرآیند تبدیل اورانیوم آغاز شد.
حذف ۹۵ درصد اورانیوم محلول
نتایج آزمایشها نشان داد پس از ۱۳۰ روز تنها حدود ۵ درصد از اورانیوم محلول اولیه در آب باقی مانده بود به عبارت دیگر حدود ۹۵ درصد اورانیوم از محلول حذف شده بود.
به گفته نیومن پورتلا ابتدا تصور میکردیم باکتریها اورانیوم را در دیواره سلولی خود انباشته کردهاند، زیرا چنین فرآیندی در مطالعات پیشین نیز گزارش شده بود. بررسیهای بعدی این فرضیه را تایید کرد و نشان داد مقدار قابل توجهی از اورانیوم واقعا در دیواره سلولی باکتریها تجمع یافته است، اما هنوز مشخص نبود این عنصر دقیقا به چه ترکیبی تبدیل شده است.
کشف یک حالت شیمیایی نادر
برای شناسایی دقیق ترکیب تشکیلشده پژوهشگران از میکروسکوپها و روشهای پیشرفته طیفسنجی استفاده کردند. بخشی از این آزمایشها در خط پرتو ROBL متعلق به HZDR در تاسیسات تابش سنکروترون اروپا (ESRF) در شهر گرونوبل فرانسه انجام شد و بخش دیگری نیز در دانشگاه گرانادا صورت گرفت.
نتایج نشان داد مقدار قابل توجهی از اورانیوم موجود در نمونهها در حالت پنجظرفیتی باقی مانده است موضوعی که پژوهشگران را شگفتزده کرد.
نیومن پورتلا میگوید: اورانیوم معمولا با ظرفیت چهار یا شش مشاهده میشود. اورانیوم پنجظرفیتی وجود دارد اما بسیار نادر و معمولاً ناپایدار است. مشاهده مقدار بالایی از این حالت در نمونههای ما کاملا غیرمنتظره بود.
تشکیل ترکیب جدید FeU (V) O₄
بررسیهای بیشتر نشان داد اورانیوم پنجظرفیتی با آهن و اکسیژن ترکیب شده و مادهای با فرمول FeU (V) O₄ تشکیل داده است.
به گفته کراوچیک بارش این ترکیب هنوز نام رسمی ندارد و نخستین بار در سال ۲۰۲۰ در نمونههای خاک آلوده به مهمات حاوی اورانیوم در کرواسی شناسایی شده بود.
وی توضیح داد: در آن مطالعه مشخص شد این ترکیب حتی در معرض اکسیژن هوا نیز بیش از ۲۵ سال پایدار باقی مانده است اما تاکنون مشخص نبود که این ماده چگونه در طبیعت تشکیل میشود یا اینکه باکتریها در ایجاد آن نقش دارند. مطالعه جدید برای نخستین بار نشان میدهد فعالیت باکتریها میتواند عامل اصلی تشکیل این ترکیب بسیار پایدار باشد.
اکسیژن نیز مانع پایداری ترکیب نشد
پژوهشگران همچنین دریافتند زمانی که زیستتوده خشکشده باکتریها در معرض اکسیژن قرار گرفت میزان تشکیل ترکیب FeU (V) O₄ حتی افزایش یافت. این یافته نشان میدهد اکسیژن لزوما موجب تخریب این ماده نمیشود و در برخی شرایط حتی میتواند به تشکیل بیشتر آن کمک کند.
گامی مهم برای پاکسازی زیستی محیطزیست
به اعتقاد محققان این یافتهها میتواند درک دانشمندان از رفتار اورانیوم در آبهای زیرزمینی، معادن و محلهای دفن پسماندهای آلوده را بهطور قابل توجهی افزایش دهد و زمینه را برای توسعه فناوریهای زیستپالایی (Bioremediation) فراهم کند، فناوریهایی که از موجودات زنده برای کاهش تحرک، سمیت یا دسترسپذیری آلایندهها استفاده میکنند.
کراوچیک-بارش در این باره گفت: برای نخستین بار نشان دادیم که باکتریهایی که گلیسرول را بهعنوان منبع کربن دریافت میکنند، قادرند اورانیوم سمی محلول در آب را به یک ترکیب شیمیایی پایدار تبدیل کنند. البته هنوز باید بررسی کنیم این فرآیند تا چه اندازه میتواند در پروژههای واقعی پاکسازی محیطزیست مورد استفاده قرار گیرد.
هنوز راه تا کاربرد عملی باقی مانده است
با وجود نتایج امیدوارکننده پژوهشگران تأکید میکنند این فناوری هنوز برای استفاده در پروژههای پاکسازی آماده نیست. آنها باید بررسی کنند که این فرآیند در شرایط واقعی محیطزیست تا چه اندازه قابل اعتماد است ترکیب تشکیلشده چه مدت پایدار باقی میماند و تغییرات محیطی چگونه بر آن تأثیر میگذارد.
قرار است مطالعات آینده HZDR بر شناسایی گونههای بیشتری از باکتریهای متصلشونده به اورانیوم و همچنین بررسی واکنشهای زیستشیمیایی و زمینشیمیایی مسئول تثبیت این فلز متمرکز شود. این پژوهشها میتوانند راهکارهای نوینی برای مهار آلودگیهای هستهای و حفاظت از منابع آب ارائه دهند.
انتهای پیام/
