铀污染是环境治理中一个棘手的问题，其关键在于铀的化学形态多变。当铀被锁定在矿物中时，它相对稳定；但一旦环境条件或采矿活动将其转化为可溶形式，它便能随地下水迁移，污染范围远超源头。如今，一项发表于《自然·通讯》的研究为我们揭示了一种意想不到的天然解决方案：生活在地下铀矿废水中的细菌，能够将溶解的有毒铀转化为一种异常稳定的化合物。

微生物的“铀”转化工厂：从可溶到稳定

这项由德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心（HZDR）、Wismut GmbH和西班牙格拉纳达大学共同完成的研究，聚焦于一种关键的生物地球化学过程。研究团队从厄尔士山脉一座废弃的、深度约2000米的铀矿中采集了含有天然细菌群落的水样。在实验室中，他们模拟了矿井深处缺氧的环境，并向水样中添加了甘油——一种植物和动物脂肪的组分，也可由真菌分解木材自然产生——作为细菌的碳源和能量来源。

实验结果显示，细菌的代谢活动惊人地高效。经过130天的培养，水样中溶解的铀浓度显著下降，最终仅剩约5%的铀仍溶解在水中。研究第一作者、前HZDR和格拉纳达大学博士生Antonio M. Newman-Portela博士指出：“我们怀疑细菌已将铀整合到它们的细胞壁中。我们从文献中已经了解到这种积累过程。”后续分析证实了这一猜想，大量的铀确实富集在了细菌的细胞壁上。

揭示罕见的五价铀：一个“意料之外”的发现

然而，最令科学家们惊讶的并非铀的去除效率，而是铀最终形成的化学形态。为了精确鉴定细菌细胞壁上的铀化合物，研究团队动用了先进的显微和光谱技术，包括在HZDR位于法国格勒诺布尔欧洲同步辐射装置（ESRF）的罗森多夫光束线（ROBL）上进行的实验。他们重点分析了铀的氧化态，这决定了铀的电子排布及其与其他元素结合的方式。

“铀通常以4价或6价的形式存在。五价铀虽然存在，但非常罕见，通常只是不稳定的过渡态，”Newman-Portela博士解释道。“因此，我们研究的发现极为惊人：在我们分析的生物质中，鉴定出的铀有异常高的比例是五价铀。”这种不寻常的五价铀与铁和氧结合，形成了一种化学式为FeU(V)O4的化合物。该化合物目前尚无正式名称，因为它相对较新。HZDR的Evelyn Krawczyk-Bärsch博士指出：“这种铀化合物首次被证实是在2020年一项对克罗地亚受铀弹药污染土壤样本的研究中。研究发现，即使暴露在大气氧气中，这种铀化合物也能保持稳定超过25年。但直到现在，我们才了解这种化合物在自然界中是如何形成的，以及细菌在其中扮演的角色。”

这一发现意义重大。它首次揭示了细菌在甘油驱动下，能够将有毒的、可移动的六价铀（U(VI)）转化为稳定的、不易迁移的五价铀（U(V)）化合物。研究还发现，干燥的细菌生物质在暴露于氧气后，FeU(V)O4的含量反而增加，这表明氧气并非简单地破坏该化合物，反而可能在一定条件下促进了其进一步形成。

Krawczyk-Bärsch博士总结道：“我们的研究首次证明，以甘油为碳源的细菌可以将溶解在水中的有毒铀转化为一种稳定的化学化合物。我们仍需进一步研究细菌在多大程度上能帮助实现铀的无害化处理，以用于修复目的。”这项研究不仅为理解铀在污染地下水、矿井水和废物处理场中的行为提供了新的见解，更为开发基于微生物的、经济且环境友好的铀污染生物修复技术开辟了全新的道路。未来的研究将聚焦于铀结合细菌及其固定铀的生物化学和地球化学反应机制。