Fachleute des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) haben in Zusammenarbeit mit französischen Forschenden des Labors Subatech des CNRS untersucht, wie Uran chemisch mit Süßwasserkieselalgen der Art Achnanthidium saprophilum interagiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Kieselalgen Uran sowohl an ihrer Oberfläche als auch im Zellinneren binden. Da Algen am Anfang der Nahrungskette stehen, liefert die Studie wichtige Erkenntnisse zur Anreicherung des gesundheitsschädlichen Schwermetalls in natürlichen Kreisläufen.
Uran kommt in Deutschland vor allem in Sachsen, Thüringen und Süddeutschland in Mineralen im Boden vor und gelangt durch Bergbau oder Phosphatdünger in die Umwelt. Aufgrund seiner langen Halbwertszeit ist es nicht nur radiotoxisch, sondern auch chemotoxisch. In gelöster Form kann es leichter von Organismen wie Bakterien, Pflanzen, Tieren und Menschen aufgenommen werden als in ungelöster Form. Die Studie untersuchte, wie Uran mit Kieselalgen reagiert, die oft mit Bakterien vergesellschaftet sind, was die Wechselwirkungen komplexer macht.
In Experimenten wurden Algen zunächst in einem Kulturmedium gezüchtet und dann in eine uranhaltige Lösung überführt. Über verschiedene Zeiträume, von Stunden bis Wochen, wurde die verbleibende Uranmenge in der Lösung gemessen, um die Aufnahme durch die Algen zu bestimmen. Mit Elektronenmikroskopie, Röntgen- und Fluoreszenzspektroskopie wurde analysiert, wo und wie Uran gebunden wird. Die Untersuchungen ergaben, dass Uran sowohl an der Algenoberfläche als auch im Zellinneren an phosphor- und carboxylhaltige Gruppen bindet. Zunächst erfolgt die Bindung vor allem an der Oberfläche, mit der Zeit wird Uran jedoch zunehmend ins Zellinnere aufgenommen, wo andere Bindungsformen entstehen.
Die Studie liefert erste Hinweise auf die chemischen Bindungsformen, bleibt jedoch unklar, wie stark vergesellschaftete Bakterien zur Uranbindung beitragen und ob sich die Bindungen über längere Zeiträume verändern. Kieselalgen bilden die Basis der Nahrungskette für Organismen wie Ruderfußkrebse und Fische, weshalb die Weitergabe von Uran an höhere Organismen untersucht werden muss.
Jedes Jahr gelangen in Deutschland etwa 167 Tonnen Uran durch Phosphatdünger auf Felder, was ein Risiko für Ökosysteme darstellt. Die ForscherInnen planen weitere Studien, um die Langzeiteffekte und die Weitergabe von Uran in der Nahrungskette besser zu verstehen, um Risiken durch Bergbau, Endlager oder Düngemittel besser abschätzen und Schutzmaßnahmen entwickeln zu können.
Originalpublikation
Y. He, V. Sushko, R. Hübner, H. Foerstendorf, R. Steudtner, J. Raff, C. Mallet, A.-H. Le Jeune, A. Beauger, V. Breton, O. Péron, T. Stumpf, S. Sachs, G. Montavon, A multiscale investigation of uranium (VI) interaction with a freshwater diatom species, in Scientific Reports (2025). (DOI: 10.1038/s41598-025-93350-5)
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