铀是一种放射性重金属，通常被锁定在土壤中的矿物内。然而，采矿和其他环境过程可以将铀转化为可溶于水的形式。一旦以这种方式变得可移动，它就会在环境中扩散，因其毒性造成问题。德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）的研究人员，与Wismut GmbH及格拉纳达大学的科学家合作，首次展示了细菌如何在甘油作为食源时，将溶解在水中的铀转化为稳定的化合物。在这个过程中，铀进入了一种之前只被认为是暂时的化学状态。这一发现发表在《自然通讯》上，可能为未来研究利用细菌帮助清理铀污染的环境做出贡献。细菌如何与铀相互作用土壤及水中的细菌是自然生态系统的重要部分，一些物种能够处理对人类和其他生物可能有害的物质。“有些细菌能够代谢重金属铀，而铀对人类是有毒的。”HZDR土壤微生物研究小组科学家、该研究的合著者艾薇琳·克拉夫齐克-巴尔施博士说，“我们小组的研究已经揭示，细菌在获得甘油作为食源时能够利用溶解在水中的铀进行代谢。”甘油是植物和动物脂肪的基本成分。它也可以自然形成，例如当真菌分解木材时。研究人员希望确定细菌在减少水中溶解铀的有效性，并识别微生物处理铀时产生的化学形式。铀在细菌细胞壁中积累为了进行研究，团队从Wismut GmbH的一个被淹的铀矿山采集矿水。在实验室中，他们向水样中添加了控制的甘油量，并在无氧环境中保持这些水样。“我们想为矿水中已经存在的细菌群体创造自然条件，因为在约2000米的深度，矿井中通常几乎没有氧气。”前HZDR博士生、格拉纳达大学微生物学系的安东尼奥·M·纽曼-波特拉博士解释说。随着适合细菌生长的条件形成，微生物开始利用甘油作为食源。随着时间的推移，水中剩余的溶解铀量明显下降。“经过130天，水中只剩下约五%的铀仍然溶解在样品中，”纽曼-波特拉说。“我们怀疑细菌已经将铀纳入它们的细胞壁中。我们已经从文献中了解到积累过程。”研究人员随后确认，铀确实在细菌的细胞壁中积累。出现了一种稀有的铀形式下一个问题是形成的铀化合物究竟是什么类型。为了找出答案，研究人员转向高级显微镜和光谱分析。他们的研究包括在法国格伦博的欧洲同步辐射设施（ESRF）由HZDR运营的罗斯多夫束线（ROBL）进行的实验，以及在格拉纳达大学进行的补充研究。科学家们检查了细菌膜，以确定铀存在的化学状态。化学家用“价态”这一术语来描述一个原子有效拥有多少只“手”来与其他原子在化学化合物中连接。“铀通常以4或6的价态存在。五价铀确实存在，但它是稀有或仅是暂时的。到目前为止，它一直被视为不稳定的氧化态，”纽曼-波特拉解释道。“因此，我们研究的发现极具惊讶，因为在我们实验运行分析的生物质中，识别出的铀中异常高的比例也是五价铀。”这一发现是意外的，因为这一五价铀状态通常被认为是不稳定和短暂的。形成一种稳定的铀化合物研究人员还确定，五价铀与铁和氧结合形成FeU(V)O4。“这种铀化合物尚未命名，因为它是相对新的。它在2020年的一项研究中首次得到证实，其中分析了来自克罗地亚某些地区的受铀弹药污染的土壤样本，”克拉夫齐克-巴尔施解释说。“研究发现，即使在大气氧气的影响下，这种铀化合物已稳定存在超过25年。但到目前为止，我们不知道这种化合物是如何在自然中形成的，也不知道细菌在其形成中起到了什么作用。”额外的实验产生了另一个令人惊讶的结果。当