Проблема радиоактивного загрязнения водной среды приобретает все большую актуальность в мире. Основную угрозу представляет цезий-137, который образуется в результате деятельности человека: при работе и авариях АЭС, испытаниях ядерного оружия и функционировании предприятий топливного цикла. Этот опасный радионуклид обнаруживается по всему миру, однако существуют территории с особо высокой концентрацией, например, в Чернобыле и Японии, районах расположения горно-химических комбинатов на Урале и территориях бывших ядерных полигонов. Цезий-137 сохраняется в окружающей среде более 30 лет, мигрирует по водным системам, накапливается в пищевых цепях и при попадании в организмы животных и человека вызывает тяжелые заболевания.

Его разрушительное воздействие обусловлено совокупностью физических и химических свойств. Прежде всего, он является мощным источником гамма-излучения, которое обладает высокой проникающей способностью и может проходить через биологические структуры, нанося повреждения на клеточном уровне. Однако главная угроза кроется не столько во внешнем облучении, сколько в последствиях его попадания внутрь организма. Цезий-137 ведет себя как аналог жизненно необходимого калия, и наши системы метаболизма не способны отличить их друг от друга. В результате тело активно усваивает радиоактивный элемент и равномерно распределяет его по всем тканям и органам, но особенно он накапливается в мышцах, печени и селезенке.

Следовательно, внутри организма он создает постоянный источник облучения. Энергия распада его атомов повреждает ДНК, что ведет к гибели клеток или необратимым мутациям, которые со временем могут вызвать развитие онкологических заболеваний, таких как лейкозы и рак различных органов.

Поэтому эффективные технологии очистки жидких радиоактивных отходов критически важны. Традиционно в промышленности используются несколько методов, однако каждый из них имеет существенные недостатки. Например, природные сорбенты вроде цеолитов (материалы с пористой структурой), глин или водорослей поглощают все подряд — не только цезий, но и обычные соли натрия, калия и кальция, из-за чего быстро теряют эффективность.

Наиболее перспективным способом считается коагуляция. Ее суть заключается в добавлении в воду химикатов, склеивающих загрязнения в хлопья. Но несмотря на свою простоту и способность быстро очищать большие объемы воды, она создает новую проблему — большой объем радиоактивного ила, который сложно и дорого утилизировать. Все это приводит к рискам вторичного загрязнения окружающей среды. Именно поэтому создание селективных, но при этом безопасных сорбентов остается сегодня актуальной задачей.

Решение предложили ученые Пермского Политеха. Они разработали новый биосорбент для очистки воды на основе водорослей и ферроцианида железа.

Для этого они выбрали три типа водорослей, известных своими очищающими свойствами, с принципиально разной структурой поверхности: волокнистую морскую траву (Zostera marina), пластинчатую красную (Phyllophora nervosa) и ветвистую бурую водоросль (Cystoseira barbata). Все они содержат альгинаты — природные полимеры, способные связывать тяжелые металлы.

Испытания показали, что природные материалы способны поглощать цезий, однако их эффективности недостаточно для промышленного использования. Даже наилучший показатель красной — 97,27 мг на грамм сорбента — не достигает требуемого для практического применения уровня, который должен составлять не менее 100-200 мг/г.

Чтобы повысить эту эффективность, ученые модифицировали водоросли, создав на их основе принципиально новый материал. Для этого на их поверхность методом послойной сборки (многоэтапного процесса, при котором активное вещество наносится тонкими слоями для создания прочного покрытия) нанесли ферроцианид железа.

— Его ключевая роль — создание молекулярных «ловушек» именно для цезия. Это соединение, известное как «берлинская лазурь», обладает уникальной способностью избирательно захватывать и прочно удерживать опасные частицы, даже в присутствии других металлов, — рассказала Лариса Пан, кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ.

К тому же дополнительную прочность связующему слою придают микроскопические «якоря» — функциональные группы на поверхности водорослей, которые предотвращают вымывание активного компонента водой.

— Подготовленные образцы помещали в растворы, содержащие ионы цезия, и измеряли, насколько эффективно каждый из них поглощает радиоактивный элемент. Для точного определения концентрации опасного вещества до и после очистки использовали атомно-абсорбционный спектрометр (прибор для измерения концентрации металлов), позволяющий обнаруживать мельчайшие следы загрязнений, — добавила Лариса Пан.

Результаты эксперимента показали, что обработка «берлинской лазурью» увеличила сорбционную емкость водорослей в 2,5–8 раз. Наибольший прорыв продемонстрировала бурая водоросль, чья способность удерживать цезий выросла в 11 раз, достигнув показателя 113,64 мг/г. Это сделало ее на 15% эффективнее обработанной красной и на 12% лучше морской травы.

Следовательно, эксперимент не только подтвердил эффективность метода модификации, но и выявил оптимальный материал для производства нового сорбента.

В перспективе эта экологичная разработка позволит создавать не только фильтры для очистки воды от опасных веществ, но и безопасные медицинские препараты – энтеросорбенты, способные выводить цезий и другие радионуклиды из организма человека и животных. Это открывает путь к созданию целого ряда природных решений для защиты от загрязнения окружающей среды.

Источник

Telegram

И получил такое болото на выходе.

За пару дней оно конечно осело и более прозрачным стало

Переехало на окно. В иле появились какие-то терщинки или ходы( выяснилось что черви скорее всего трубочники? Думаю в дальнейшем они также принесут какую нибудь пользу в экосистеме)

Ещё через пару дней начали появляться бурые водоросли на стенках аквариума. А также на поверхности плавала маленькая палочка, на которой казалось что-то живое. Стало интересно, Купил дешевый микроскоп на маркетплейсе с подключением к телефону

Качество не самое лучшее, но интересно все равно наблюдать.
На видео рачки Циклоп, Дафния(к которой пристают ещё более мелкие штуки) , инфузория трубач зелёная, которая перекидывается едой с друзьями и ловит(течения нет, они сами его создают), червь и все что внутри него, а также разное неизвестное мне)
червей не очень много, но создают дискотеку там, вылазят на пару сантиметров и тусят как надувные зазывалы.
могу ошибаться в названиях, так как не имею образования в этой области, только интерес.

На данном этапе считаю что ничего нового я особо не увижу и никакого интересного развития не будет, поэтому вскрыл и добавил туда Элодею и пару улиток из водохранилища, креветок покупных чери и семена китайские водных растений.
также сделал второй закрытый аквариум уже с прозрачной водой и побольше зелени чисто из водохранилища.
Планирую сделать третий но пока не знаю чего туда добавить.
Цель этого всего посмотреть что будет через пол года, год. Что будет там доминировать, кому в итоге удастся выжить и расплодиться.
Ну и аквариум за которым можно наблюдать и не тратить время на уборку, чистку и не страшно оставить на время отпуска.
Вполне возможно что он разгерметизируется из-за газов, либо стенки полностью за растут водорослями.
Но мне кажется, если туда не вмешиваться то как-то стабилизироваться должна экосистема. Также будет получен опыт для дальнейших экспериментов.

Это Сейчас с зеленью немного, улитками и креветками, всех по совсем чучуть, чтобы у всех были одинаковые шансы плодиться.

А это второй

Анатомия выживальщика.

Фукус (род Fucus, семейство Fucaceae) — это не растение в привычном понимании. Это бурая водоросль, организм настолько древний, что помнит времена, когда суша была безжизненной пустыней. 600 миллионов лет эволюции создали существо, идеально приспособленное к самой враждебной среде на планете — приливно-отливной зоне.

Дважды в день фукус переживает апокалипсис. Во время отлива он высыхает под солнцем до состояния чипсов, теряя 90% воды. Температура тканей поднимается до 40°C. Ультрафиолет выжигает ДНК. Во время прилива — ледяная вода, удар волн силой в тонну на квадратный метр, песок, перетирающий слоевище как наждак.

Фукус выживает благодаря биохимическому арсеналу, который фармкомпании пытаются скопировать десятилетиями. Фукоидан — полисахарид, который удерживает воду в 1000 раз больше собственного веса. Флоротаннины — полифенолы, поглощающие ультрафиолет эффективнее любого крема SPF 100+. Альгиновая кислота — природный антисептик, убивающий 99% бактерий.

Но самое удивительное — воздушные пузыри. Это не просто поплавки. Внутри каждого пузыря — микроатмосфера с составом воздуха времён кембрия: 10% кислорода, 1% CO2, 89% азота. Газ вырабатывается специальными клетками — пневматоцитами. Давление внутри регулируется с точностью подводной лодки — от 0.8 до 1.2 атмосферы в зависимости от глубины.

Нефтяной аппетит.

В 1986 году в Баренцевом море произошёл разлив мазута с советского танкера. Через месяц водолазы обнаружили странное: заросли фукуса на месте разлива были в три раза гуще обычного. Водоросль не просто выжила — она процветала.

Михаил Воскобойников из ММБИ начал эксперименты. Оказалось, фукус использует нефть как удобрение. Не напрямую — водоросль создаёт симбиоз с нефтеокисляющими бактериями родов Alcanivorax, Cycloclasticus и Marinobacter. Бактерии разлагают углеводороды до простых органических кислот, фукус поглощает продукты распада и снабжает бактерий кислородом.

Эффективность поразительна. Квадратный метр зарослей фукуса перерабатывает 5 кг нефти за 14 дней при температуре воды 10°C. При 20°C — за 7 дней. Для сравнения: химические диспергенты только разбивают нефть на мелкие капли, которые оседают на дно и травят экосистему десятилетиями.

В 1987 году КГБ засекретил исследования. План был амбициозен: создать штамм фукуса, способный уничтожить нефтяную инфраструктуру США за полгода. Водоросль должна была разрастись в портах, обрасти танкеры и буровые платформы, создавая колонии бактерий, разъедающих металл и пластик.

Биохимическая фабрика.

Химический состав фукуса читается как патентная заявка на лекарство от всего:

Фукоидан (15-30% сухого веса) — сульфатированный полисахарид с молекулярной массой 100-1600 кДа. Блокирует адгезию вирусов к клеткам (включая ВИЧ и герпес), ингибирует ангиогенез опухолей, предотвращает метастазирование. В 2020 году китайцы показали: фукоидан блокирует spike-белок SARS-CoV-2 эффективнее ремдесивира.

Альгиновая кислота (22-44% сухого веса) — линейный полисахарид из остатков маннуроновой и гулуроновой кислот. Связывает тяжёлые металлы и радионуклиды. После Чернобыля японцы скупили весь советский фукус для производства препаратов радиозащиты. Грамм альгината выводит 100 мг стронция-90.

Йод (0.1-0.5% сухого веса) — в органической форме моно- и дийодтирозина. Биодоступность 95% против 10% у йодида калия. Суточная норма — в 10 граммах сухого фукуса. Но есть нюанс: при гипертиреозе такая доза может убить.

Флоротаннины (5-15% сухого веса) — полимеры флороглюцинола с молекулярной массой до 650 кДа. Антиоксидантная активность в 10 раз выше витамина E. Ингибируют α-глюкозидазу — фукус снижает сахар крови эффективнее метформина.

Фукоксантин (0.5-1% сухого веса) — каротиноид, придающий бурый цвет. Активирует термогенез в белой жировой ткани через белок UCP1. Проще говоря — заставляет жир сгорать, выделяя тепло. Японские сумоисты используют экстракт фукуса для сгонки веса — 5 кг за месяц без диеты.

География господства.

Род Fucus включает 66 видов, захвативших все холодные моря Северного полушария:

Fucus vesiculosus (фукус пузырчатый) — Атлантика от Арктики до Португалии. Биомасса в Белом море — 2 миллиона тонн. Переносит солёность от 5 до 35‰, температуру от -2 до +30°C.

Fucus serratus (фукус зубчатый) — специалист по экстремальным волнам. Выдерживает удары до 30 тонн на м². Британцы использовали его для укрепления дамб во время штормов 1953 года.

Fucus spiralis (фукус спиральный) — рекордсмен по выживанию вне воды. Может жить 8 часов на воздухе при влажности 40%. НАСА изучает его для создания систем жизнеобеспечения марсианских колоний.

Fucus distichus (фукус двурядный) — арктический экстремал. Растёт подо льдом 9 месяцев в году. Фотосинтезирует при освещённости 0.01% от солнечной — как в вечных сумерках.

Экономика слизи.

Мировой рынок фукуса — $2.8 миллиарда в год и растёт на 8% ежегодно:

Пищевая промышленность — $800 млн. Япония импортирует 50 000 тонн в год для производства даси — базового бульона японской кухни. Цена — $40/кг сухого продукта. Мишленовские рестораны платят $500/кг за редкий исландский фукус, собранный в новолуние.

Фармацевтика — $1.2 млрд. Fucoidan Extract Company продаёт очищенный фукоидан по $50 000/кг для онкологических исследований. Препарат "Фукус-плюс" от ожирения — хит продаж в Китае, $100 млн в год.

Косметика — $600 млн. La Mer использует ферментированный фукус в креме за $2000. Секрет — особый штамм из фьордов Норвегии, растущий при температуре 2°C.

Сельское хозяйство — $400 млн. Экстракт фукуса как стимулятор роста увеличивает урожай томатов на 40%. Ирландские фермеры удобряют картофель фукусом со времён Великого голода 1845 года.

Тёмная сторона водоросли.

В 2018 году в Балтийском море произошла экологическая катастрофа. Аномально тёплое лето вызвало взрывной рост фукуса — 10 миллионов тонн биомассы. Когда водоросли начали гнить, кислород исчез на площади 70 000 км². Погибло 80% донной фауны.

Гниющий фукус выделяет диметилсульфид — газ с запахом тухлой капусты, токсичный в концентрации выше 10 ppm. В августе 2018 года пляжи Германии и Польши эвакуировали из-за токсичных испарений. 15 человек госпитализированы с отравлением.

Но самая большая опасность — генетически модифицированный фукус. В 2012 году из лаборатории в Бретани украли штамм, производящий в 100 раз больше фукоидана. Водоросль обнаружили у берегов Норвегии в 2019 году. Она вытесняет местные виды, растёт в 5 раз быстрее, не поедается морскими ежами. Остановить инвазию невозможно.

Космическая водоросль.

В 2019 году SpaceX доставил на МКС контейнер с фукусом. Эксперимент BIOMEX изучает выживание водоросли в открытом космосе. Результаты засекречены, но утечки говорят: фукус выжил 18 месяцев снаружи станции. Радиация, вакуум, перепады температуры от -120 до +120°C — водоросль не только выжила, но и продолжила фотосинтез.

Китайцы планируют использовать генномодифицированный фукус для терраформирования Марса. План: сбросить споры в полярные шапки, где есть лёд. Водоросль должна создать кислородную атмосферу за 100 лет. Проблема — никто не знает, как остановить фукус, если что-то пойдёт не так.

Философия приливов.

Фукус живёт между мирами — не море и не суша, не растение и не животное, не живое и не мёртвое во время отлива. Это существо границы, мастер компромисса, виртуоз адаптации.

В даосизме есть понятие «у-вэй» — недеяние, следование естественному ходу вещей. Фукус воплощает у-вэй. Он не борется с приливами — использует их. Не сопротивляется высыханию — впадает в анабиоз. Не конкурирует за территорию — создаёт собственную экосистему.

Может, фукус — это модель выживания в эпоху перемен? Не бороться с кризисами, а адаптироваться. Не искать стабильность, а научиться жить в хаосе. Не бояться границ, а существовать между ними.

В следующий раз на пляже присмотритесь к невзрачным бурым водорослям. Это не просто морской мусор. Это существа, пережившие пять массовых вымираний, способные есть нефть и выживать в космосе. Существа, у которых есть чему поучиться. Хотя бы тому, что между приливом и отливом есть жизнь. Странная, слизкая, но невероятно упорная.

Источник - https://dzen.ru/a/aMLK6VrqckqOWxEu