Една от най-големите уранови мини в света – комплексът „Шлема–Алберода“ на Wismut GmbH в тогавашната Източна Германия – оставя след себе си тежко токсично наследство.

В замърсените води, залели мината след нейното затваряне, обаче еволюцията може вече да е създала част от решението на проблема.

Токсично наследство и неочаквана подземна екосистема

Мината е затворена през 1990 г., в годината на обединението на Германия. Оттогава на територията ѝ се извършват скъпи и продължителни дейности за обезопасяване и възстановяване на замърсената околна среда.

След прекратяването на добива подземните галерии постепенно се наводняват, а събралата се в тях вода и до днес трябва да бъде пречиствана непрекъснато.

Естественият уран е радиоактивен, а излагането на високи концентрации – например чрез пиене на замърсена вода – може да причини сериозни увреждания на хората и на останалите живи организми.

Важно уточнение: при попадане на естествен уран в питейната вода опасността не се изчерпва с неговата радиоактивност. Съществена е и химичната му токсичност, която може да увреди бъбреците. Световната здравна организация определя ориентировъчна стойност от 0,03 милиграма на литър, или 30 микрограма на литър, за съдържанието на уран в питейната вода.

Въпреки негостоприемните условия някои организми не просто оцеляват във водите на мината, наситени с уран, а образуват цяла микробна екосистема.

Ново изследване показва, че при определени условия тези микроорганизми могат да превръщат разтворения уран в по-стабилна и по-слабо подвижна форма.

Подобни открития разкриват колко слабо познат остава животът дълбоко под земната повърхност. Други изследователи например са открили микроорганизми от дълбоките почвени пластове, които участват в естественото пречистване на водата и в кръговрата на хранителните вещества.

Илюстрация на образуването на различни наночастици в клетъчните мембрани на бактерии от водите на мината. Източник: HZDR / J. Raff / E. Krawczyk-Bärsch, обработено с изкуствен интелект.

Изследването е ръководено от микробиолози и специалисти по ресурсна екология от Центъра „Хелмхолц“ в Дрезден–Росендорф (HZDR) и Университета на Гранада. Резултатите са публикувани в научното списание Nature Communications.

Как бактериите променят химичната форма на урана

„По-ранните изследвания на нашата група показаха, че бактериите могат да използват разтворения във водата уран в своя метаболизъм, когато разполагат с глицерол като хранителен източник“, обяснява микробиологът Евелин Кравчик-Берш от HZDR.

„За първи път установихме, че когато получават глицерол като източник на въглерод, бактериите могат да превръщат токсичния уран, разтворен във водата, в стабилно химично съединение.“

Кравчик-Берш и колегите ѝ започват експериментите с водни проби, взети от входа на пречиствателната инсталация на урановата мина „Шлема–Алберода“.

„Искахме да пресъздадем естествените условия, в които живее бактериалната общност във водата на мината. На дълбочина около 2000 метра обикновено има съвсем малко кислород или той напълно отсъства“, казва микробиологът от HZDR Антонио Нюман-Портела.

Затова експериментът е проведен в безкислородна среда, наподобяваща условията в дълбоките части на мината. Глицеролът служи като източник на въглерод и енергия за местната микробна общност и стимулира процесите, при които се променя химичното състояние на урана.

В началото на експеримента водата от мината е жълта. След 130 дни на дъното на съдовете се образува черна утайка, а водата над нея остава прозрачна. Източник: Newman-Portela et al., Nature Communications, 2026 г.

Когато добавят глицерол към пробите, учените установяват, че бактериите превръщат урана в неговата петвалентна форма.

Това означава, че уранът преминава в необичайната степен на окисление +5. Промяната влияе върху начина, по който той се свързва с останалите елементи, и улеснява включването му в стабилни минерални структури.

„Уранът обикновено се среща с валентност 4 или 6. Петвалентната му форма съществува, но е рядка и обикновено се появява само за кратко. Досега тя беше наблюдавана като нестабилно преходно състояние“, обяснява Антонио Нюман-Портела.

В присъствието на бактериите петвалентният уран се свързва с желязо и кислород и образува FeU(V)O4 – познато на учените съединение, което все още няма общоприето наименование.

Досега обаче не е било известно, че това съединение може да възникне по естествен път – още по-малко, че в образуването му участват бактерии.

Тук трябва ясно да се разграничи отстраняването на урана от неговото обездвижване. Микроорганизмите не унищожават химичния елемент – това не може да стане чрез обикновена биологична или химична реакция. Те го преобразуват в по-стабилна и по-трудно разтворима форма, която не се разпространява толкова лесно с подпочвените води.

След 130 дни остава едва малка част от разтворения уран

Микроскопските изображения показват струпвания от уранови наночастици върху клетките на микроорганизмите. Източник: Newman-Portela et al., Nature Communications, 2026 г.

„След 130 дни в пробите беше останал едва около пет процента от първоначално разтворения във водата уран“, казва Нюман-Портела.

Бактериите не само натрупват уран в клетъчните си стени. Необичайно голяма част от него преминава и в петвалентно състояние. Така той по-лесно образува FeU(V)O4, особено когато пробите бъдат изсушени и изложени на въздух.

Според данните от научната публикация концентрацията на разтворения уран в лабораторните проби намалява с приблизително 96 процента – от 1 до около 0,04 милиграма на литър.

Резултатът е впечатляващ, но не означава, че обработената по този начин вода веднага става годна за пиене. Крайната концентрация от 0,04 милиграма на литър все още е малко над ориентировъчната стойност от 0,03 милиграма на литър. При практическо приложение ще бъдат необходими допълнително пречистване, постоянен контрол и дългосрочно наблюдение.

Замърсяването с уран не е проблем само на една мина или една държава.

В Съединените щати, Индия, Канада, Франция, Южна Африка и Австралия в отделни случаи концентрациите на уран в повърхностните и подпочвените води са надхвърляли препоръчителната граница от 0,03 милиграма на литър.

Могат ли бактериите да се превърнат в част от решението?

Може ли биоремедиацията да се превърне в практическа технология?

„През последните три десетилетия биоремедиацията се изследва като по-икономична алтернатива на физико-химичните методи за пречистване на водата“, пишат авторите.

Биоремедиацията използва микроорганизми, растения или други биологични системи, за да разгражда, извлича, преобразува или обездвижва замърсители в почвата и водата.

„Теренните изследвания с биологични методи показват значително намаляване на количеството уран, без при това да се образува вторична утайка.“

Интересът към този подход не се ограничава до радиоактивните метали. Европейски изследователи вече проучват как бактерии, гъбички и растения могат да бъдат използвани за пречистване на токсично замърсени почви около стари промишлени обекти.

Други научни екипи изследват алкалофилни микроорганизми, които биха могли да подпомогнат защитните бариери около подземните хранилища за ядрени отпадъци. Разработват се и биотехнологии, при които светещи бактерии се използват като живи сензори за откриване на замърсители в почвата и растенията.

Бактериите от „Шлема–Алберода“ биха могли да се превърнат в съюзници в усилията за ограничаване на урановото замърсяване – не само в Германия, но и в други засегнати райони по света.

„Макар установените процеси да произхождат от една конкретна геохимична среда, те биха могли да бъдат приложими и при други замърсени води“, заключават авторите.

Успехът в лабораторията обаче все още не означава, че технологията е готова за използване в реални мини. В естествени условия резултатите могат да бъдат повлияни от температурата, киселинността на водата, наличието на кислород, състава на микробната общност, както и от концентрацията на други метали и химични вещества.

Както отбелязва Кравчик-Берш:

„Все още трябва да установим до каква степен бактериите могат да помогнат за обезвреждането на урана при възстановяването на замърсени терени.“

Изследването е публикувано в Nature Communications.

Бележка: На 22 юни 2026 г. списанието публикува авторска корекция към научната статия. В първоначалната версия на няколко места единицата mg/L погрешно е била изписана като mg/mL. Онлайн версията на публикацията вече е поправена.

Източник: Science Alert; превод и редакция: Владимир Тодоров