البكتيريا تحول اليورانيوم السام إلى مركب مستقر بشكل مدهش

قد تقدم البكتيريا طريقة غير متوقعة لشل حركة اليورانيوم في المياه الملوثة.

من الصعب إدارة تلوث اليورانيوم لأن المعدن يمكن أن يتغير شكله الكيميائي. عندما يظل اليورانيوم محبوسًا داخل المعادن، فإنه يكون غير متحرك نسبيًا. ولكن عندما تحوله الظروف البيئية أو نشاط التعدين إلى شكل قابل للذوبان، فإنه يمكن أن ينتقل عبر المياه الجوفية وينتشر خارج المصدر الأصلي.

تشير دراسة جديدة إلى أن البكتيريا الموجودة بشكل طبيعي قد تكون قادرة على إيقاف بعض هذه الحركة. وجد الباحثون أن الميكروبات التي تعيش في الماء من منجم لليورانيوم المغمور بالمياه أزالت كل اليورانيوم المذاب تقريبًا وحوّلت الكثير منه إلى مركب مستقر بشكل غير متوقع.

تم تنفيذ العمل من قبل العلماء في مركز هيلمهولتز دريسدن روسيندورف (هزدر)وWismut GmbH، وجامعة غرناطة في إسبانيا. ونشرت نتائجهم في اتصالات الطبيعة.

تحويل اليورانيوم المتنقل إلى شكل أكثر استقرارًا

إن الشكل الكيميائي لليورانيوم مهم لأنه يؤثر على مدى سهولة تحرك العنصر عبر التربة والمياه. تذوب بعض الأشكال بسهولة، في حين يصبح بعضها الآخر محصورًا في المعادن أو الرواسب أو المواد البيولوجية.

وفي التجارب الجديدة، قامت البكتيريا بتحويل اليورانيوم المذاب إلى مركب صلب بعد تلقيها الجلسرين كمصدر للغذاء. الجلسرين هو أحد مكونات الدهون النباتية والحيوانية ويمكن أن يتشكل بشكل طبيعي عندما تحلل الفطريات الخشب.

وفي التجارب، دخل اليورانيوم في حالة خماسي التكافؤ، المعروفة باسم اليورانيوم (V)، والتي تعتبر نادرة وقصيرة العمر في ظل الظروف البيئية.

البكتيريا التي تعيش بالفعل في مياه المناجم

الكائنات الحية الدقيقة هي المحركات الرئيسية للتغير الكيميائي في التربة والمياه الجوفية. بعض صِنف يمكن أن تعالج المعادن والملوثات الأخرى كجزء من عملية التمثيل الغذائي، مما يغير ما إذا كانت تلك المواد تظل متحركة أو ثابتة في مكانها.

تقول الدكتورة إيفلين كراوزيك-بارش، عالمة في مجموعة أبحاث علم الأحياء الدقيقة الأرضية في HZDR والمؤلفة المشاركة في الدراسة: “هناك بكتيريا يمكنها الاستفادة من المعدن الثقيل، اليورانيوم، الأيضي، وهو سام بالنسبة للبشر”. “لقد كشفت تحقيقات مجموعتنا بالفعل أن البكتيريا يمكنها استخدام اليورانيوم المذاب في الماء لعملية التمثيل الغذائي الخاصة بها عندما يكون لديها إمكانية الوصول إلى الجلسرين كمصدر للغذاء.”

أراد الباحثون الإجابة على سؤالين رئيسيين: ما هي كمية اليورانيوم التي يمكن للبكتيريا إزالتها من الماء، وما هي الأشكال الكيميائية التي ستظهر بعد أن تقوم الميكروبات بمعالجتها.

إعادة خلق الظروف العميقة تحت الأرض

استخدم الفريق المياه من منجم يورانيوم مغمور بالمياه في جبال أوري تديره شركة Wismut GmbH. تحتوي العينات بالفعل على مجتمع طبيعي من البكتيريا المتكيفة مع بيئة المنجم.

أضاف الباحثون كمية محسوبة من الجلسرين واحتفظوا بالعينات في ظروف خالية من الأكسجين. كان الهدف من ذلك هو إعادة إنتاج البيئة الموجودة في أعماق المنجم، حيث يمكن أن يكون الأكسجين نادرًا أو غائبًا.

يوضح الدكتور أنطونيو م. نيومان بورتيلا، مرشح الدكتوراه السابق في كل من HZDR وقسم علم الأحياء الدقيقة بجامعة غرناطة (إسبانيا)، والمؤلف الرئيسي للدراسة: “أردنا تهيئة الظروف الطبيعية للمجتمع البكتيري الموجود بالفعل في مياه المنجم لأنه على عمق حوالي 2000 متر، عادة ما يكون هناك القليل من الأكسجين أو لا يوجد أي أكسجين في المنجم”.

ووصل المنجم إلى عمق حوالي 2000 متر (6562 قدم). وفي ظل ظروف معملية مواتية لنمو البكتيريا، استخدمت الميكروبات الجلسرين كمصدر للكربون والطاقة.

اختفى معظم اليورانيوم المذاب

وبعد 130 يومًا، بقي حوالي 5% فقط من اليورانيوم المذاب في الماء.

يقول نيومان-بورتيلا: «بعد 130 يومًا، لم يبق في العينات سوى حوالي 5% من اليورانيوم الذائب في الماء». “لقد اشتبهنا في أن البكتيريا قامت بدمج اليورانيوم في جدران خلاياها. وكنا نعرف بالفعل عن عمليات التراكم من الأدبيات”.

وأكد المزيد من التحليل أن اليورانيوم قد تراكم في جدران الخلايا البكتيرية. وأظهر هذا الاكتشاف المكان الذي ذهب إليه الكثير من المعدن، لكنه لم يكشف بعد عن المركب الدقيق الذي تشكل.

الكشف عن حالة الأكسدة غير عادية

وللتعرف على مركب اليورانيوم، استخدم الفريق الفحص المجهري والمطيافي المتقدم. تم إجراء بعض التجارب في Rossendorf Beamline (ROBL)، الذي تديره HZDR في مرفق الإشعاع السنكروتروني الأوروبي (ESRF) في غرونوبل، فرنسا. وأجريت تحليلات إضافية في جامعة غرناطة.

وقام الباحثون بفحص المادة البكتيرية لتحديد حالة أكسدة اليورانيوم، والتي تعكس كيفية ترتيب إلكتروناته وكيفية ارتباطه بالعناصر الأخرى.

يوضح نيومان بورتيلا: “يتواجد اليورانيوم عادة بتكافؤ 4 أو 6. واليورانيوم الخماسي التكافؤ موجود بالفعل، لكنه نادر أو عابر فقط. وحتى الآن، كان يُرى في حالة أكسدة غير مستقرة”. “لذا، كانت نتائج دراستنا مفاجئة للغاية لأنه في الكتلة الحيوية التي تم تحليلها من تجاربنا التجريبية، كانت نسبة عالية بشكل غير عادي من اليورانيوم الذي تم تحديده هي أيضًا يورانيوم خماسي التكافؤ.”

مجمع قد يستمر لعقود من الزمن

وقد اتحد اليورانيوم الخماسي التكافؤ مع الحديد والأكسجين لتكوين FeU(V)O4.

“مركب اليورانيوم هذا ليس له اسم حتى الآن لأنه جديد نسبيًا. وقد تم إثباته لأول مرة في دراسة أجريت عام 2020 حيث تم تحليل عينات التربة من أجزاء من كرواتيا الملوثة بذخائر اليورانيوم”، يوضح كراوتشيك-بارش. “لقد وجد أنه حتى تحت تأثير الأكسجين الجوي، ظل مركب اليورانيوم مستقرًا لأكثر من 25 عامًا. لكن حتى الآن، لم نكن نعرف كيف يتشكل هذا المركب في الطبيعة أو أن البكتيريا تلعب دورًا في تكوينه”.

وأظهرت النتائج الكرواتية السابقة أن المركب يمكن أن يظل سليما لعقود من الزمن في التربة الملوثة. وتقدم الدراسة الجديدة تفسيرا محتملا لكيفية تشكلها، مشيرة إلى النشاط البكتيري كجزء أساسي من العملية.

ووجد الباحثون أيضًا أن كمية FeU(V)O4 زادت بعد تعرض الكتلة الحيوية البكتيرية المجففة للأكسجين. يشير هذا إلى أن الأكسجين لم يدمر المركب ببساطة، بل ربما دعم تكوينه في ظل تلك الظروف.

أداة محتملة لتنظيف اليورانيوم

يمكن أن تساعد النتائج العلماء على فهم أفضل لكيفية سلوك اليورانيوم في المياه الجوفية الملوثة ومياه المناجم ومواقع النفايات. وقد يدعمون أيضًا الأبحاث في مجال المعالجة الحيوية، والتي تستخدم الكائنات الحية لتقليل حركة الملوثات أو سميتها أو توافرها.

يقول كراوتشيك-بارش: “لقد كشفت دراستنا لأول مرة أن البكتيريا المزودة بالجلسرين كمصدر للكربون يمكنها تحويل اليورانيوم السام المذاب في الماء إلى مركب كيميائي مستقر”. “لا يزال يتعين علينا التحقيق في المدى الذي قد تساعد فيه البكتيريا في جعل اليورانيوم غير ضار لأغراض العلاج.”

هذا النهج ليس جاهزًا بعد لمشاريع التنظيف العملية. لا يزال الباحثون بحاجة إلى تحديد مدى موثوقية عمل العملية خارج المختبر، ومدة بقاء اليورانيوم مستقرًا، وكيف يمكن أن تؤثر التغيرات البيئية على المركب بمرور الوقت.

ستركز دراسات HZDR المستقبلية على البكتيريا المرتبطة باليورانيوم والتفاعلات الكيميائية الحيوية والجيوكيميائية التي تسمح للميكروبات بشل حركة المعدن.

المرجع: “تكوين اليورانيوم الخماسي ورباعي التكافؤ عن طريق البكتيريا المحفزة بالجلسرين في مياه المناجم” بقلم أنطونيو إم. نيومان-بورتيلا، وكريستينا أو. كفاشنينا، وإيلينا إف. بازاركينا، وأندرو روزبرغ، وفرانك بوك، وشون تينغ شيانغ وي، وأندريا كاساهون، وثورستن شتومبف، ويوهانس راف، ومحمد إل ميرون، وإيفلين. كراوتشيك-بارش، 4 مايو 2026، اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-026-72560-z

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.