Уявіть собі занедбану шахту на глибині двох кілометрів під землею, де панує абсолютна темрява, немає кисню, а вся вода навколо просякнута небезпечним радіоактивним металом. Звучить як декорації до науково-фантастичного фільму, але це реальність колишнього німецького уранового родовища Шлема-Альберода, яке закрили ще у 1990 році після об’єднання Німеччини. Роками затоплені тунелі залишалися джерелом токсичної загрози, проте сама природа, схоже, вирішила взяти ініціативу у свої руки. Нещодавно науковці з’ясували, що тамтешні мікроорганізми здатні творити справжні хімічні дива, а природні бактерії для очищення води від урану можуть стати головною зброєю людства у боротьбі з радіоактивним забрудненням.
Повідомляє T4 з посиланням на sciencealert.com.
Затоплена шахта Шлема-Альберода, якою колись керувала компанія Wismut GmbH, вважалася однією з найпроблемніших точок на екологічній мапі Європи. Вода тут містить близько 1 мг/л токсичного гексавалентного урану (U(VI)), що перевищує екологічний ліміт Саксонії у 0,20 – 0,50 мг/л. Постійна фільтрація вимагає великих фінансових витрат, адже сирий уран дуже небезпечний для здоров’я людей та викликає серйозні ураження при потраплянні у питну воду. Але вихід знайшовся під землею.
Як працюють бактерії для очищення води від радіоактивного урану
Група вчених із Центру імені Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) та Університету Гранади вирішила задіяти підземних мешканців. Результати дослідження з’явилися в журналі Nature Communications 4 травня 2026 року. Провідний автор, доктор Антоніо М. Ньюман-Портела (колишній докторант HZDR та Університету Гранади), разом із колегами взяв зразки шахтної води, щоб створити максимально природні умови для бактерій.
Експеримент тривав 130 днів. Дослідники додали у воду звичайний гліцерин як джерело живлення. Результати вразили: мікроорганізми поглинули майже весь розчинений уран, залишивши у воді лише близько 5% металу. Біоремедіація виявилася значно вигіднішою за традиційні фізико-хімічні методи очищення води.
Хімічне диво на глибині двох кілометрів
Проводити такі дослідження у звичайній лабораторії неможливо, адже на глибині близько 2000 метрів панує особливий мікроклімат. Лабораторні випробування проводилися у штучно створеному безкисневому середовищі, яке повністю відтворювало реальні умови підземної шахти. Тут немає сонячного світла, а тиск і хімічний склад води створюють екстремальні умови для будь-якого життя. Проте підземні бактерії не просто вижили, а й виробили унікальний механізм захисту та переробки важких металів.
Для того, щоб детально розібратися у хімічних процесах і зрозуміти, куди саме зникає уран, вчені задіяли надпотужне обладнання. Вони скористалися спеціалізованою лінією Rossendorf Beamline (ROBL) на базі Європейського центру синхротронного випромінювання (ESRF) у Греноблі, що у Франції. Завдяки високоточному аналізу вдалося з’ясувати, що бактерії накопичували уран безпосередньо у своїх клітинних стінках. Під час цього процесу відбувалося справжнє хімічне перетворення: токсичний гексавалентний уран переходив у рідкісний п’ятивалентний стан (U(V)). Зазвичай п’ятивалентний уран є вкрай нестабільним і швидко повертається до інших форм, але мікроби знайшли спосіб його “законсервувати”. Вони зв’язали його із залізом та киснем, утворивши надзвичайно стійку хімічну сполуку – FeU(V)O4.
Таємнича сполука без імені, яка не боїться повітря
Цікаво, що сполука FeU(V)O4 досі не має офіційної загальноприйнятої назви. Уперше її виявили ще у 2020 році під час аналізу хорватських ґрунтів, які були забруднені боєприпасами зі збідненим ураном. Тоді вчені помітили, що ця речовина залишалася абсолютно стабільною понад 25 років під впливом атмосферного кисню, не розчиняючись і не вимиваючись у підземні води. Проте ніхто не підозрював, що така сполука може формуватися у природі за безпосередньої участі живих мікроорганізмів.
Під час дослідження шахтної води вчені зафіксували ще одну унікальну аномалію, яка спочатку здалася нелогічною. Кількість стабільної сполуки FeU(V)O4 додатково збільшувалася, коли висушена біомаса бактерій піддавалася прямому впливу атмосферного кисню. У звичайних умовах кисень діє як сильний окислювач, який мав би повернути уран до його рухомого та небезпечного гексавалентного стану. Але у випадку з бактеріальною біомасою все відбувалося з точністю до навпаки – кисневе середовище лише зміцнювало зв’язки всередині новоутвореної речовини, роблячи її ще стійкішою. Це означає, що після очищення води отриманий осад можна безпечно висушувати та зберігати без ризику повторного забруднення довкілля.
Чому біоремедіація змінить правила гри
Проблема радіоактивного забруднення водних ресурсів актуальна не лише для Німеччини. У багатьох країнах світу, включаючи США, Канаду, Францію, Австралію, Індію та ПАР, рівень урану в наземних та підземних водах періодично перевищує безпечну норму у 0,03 мг/л, рекомендовану екологічними стандартами. Традиційні методи очищення зазвичай передбачають використання складних хімічних реагентів, які призводять до утворення величезної кількості вторинного токсичного мулу. Цей мул потім потрібно десь утилізувати та захоронювати, що створює нові екологічні виклики.
Використання природних бактерій дозволяє уникнути цих проблем. Як зазначає мікробіолог Евелін Кравчик-Берш із HZDR, дослідження показує чудову альтернативу класичним методам. Хоча експеримент проводився на основі конкретного геохімічного сценарію шахти Шлема-Альберода, виявлені процеси є універсальними. Їх можна успішно масштабувати та застосовувати для очищення інших забруднених водойм по всьому світу. Звісно, попереду ще багато роботи, адже вченим потрібно з’ясувати, як саме поводитимуться ці бактерії у відкритих системах та наскільки легко контролювати їхній метаболізм у промислових масштабах. Але перший і найважливіший крок уже зроблено.
Популярні запитання про очищення води від урану бактеріями
- Які саме бактерії здатні поглинати радіоактивний уран? У дослідженні використовували природну спільноту мікроорганізмів, які вже мешкали у затопленій шахті Шлема-Альберода. Вони пройшли природний відбір та навчилися виживати у токсичному середовищі, використовуючи уран для свого метаболізму за наявності джерела живлення.
- Чому додавання гліцерину є обов’язковим для очищення? Гліцерин виступає як легкозасвоюване джерело вуглецю. Без нього підземним бактеріям просто не вистачить енергії для активного росту та запуску хімічних реакцій, які відновлюють гексавалентний уран до безпечнішого п’ятивалентного стану.
- Чи може уран знову потрапити у воду після відмирання бактерій? Дослідження показало, що утворена сполука FeU(V)O4 є надзвичайно стійкою. Навіть під впливом атмосферного кисню та після висушування бактеріальної маси уран залишається надійно зафіксованим у кристалічній структурі й не вимивається назад у воду.
- Наскільки дешевшим є біологічний метод порівняно з традиційним? Точні цифри залежать від масштабів виробництва, але біоремедіація не вимагає дорогих хімічних реагентів та складних установок високого тиску. Крім того, вона мінімізує об’єми небезпечних відходів, що суттєво знижує витрати на їх подальше захоронення.
Замість того, щоб намагатися підкорити природу за допомогою складної та агресивної хімії, іноді достатньо просто придивитися до того, як вона сама вирішує створені людством проблеми. Історія підземних мікроорганізмів із німецької шахти вкотре доводить: найкращі інженерні рішення вже давно винайдені еволюцією. Залишається лише навчитися правильно їх застосовувати, підгодовуючи невидимих помічників звичайним гліцерином. Чи готове суспільство довірити безпеку водних ресурсів мікроскопічним сусідам по планеті? Схоже, іншого настільки ж елегантного шляху просто немає.
Підписуйся на наш Telegram-канал