Ein internationales Forschungsteam hat herausgefunden, wie Kieselalgen, eine wichtige Organismengruppe in aquatischen Ökosystemen, mit Uran interagieren. Diese Erkenntnisse stammen von Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), die in Zusammenarbeit mit Kollegen des französischen Centre national de la recherche scientifique (CNRS) arbeiten. Uran, ein natürlich vorkommendes Schwermetall, findet sich in verschiedenen Mineralien im Boden und kann durch Bergbauaktivitäten und die Anwendung von Phosphatdünger in landwirtschaftlichen Böden in Gewässer gelangen. In Deutschland sind insbesondere die Bundesländer Sachsen und Thüringen von Uranvorkommen betroffen, was die Notwendigkeit erhöht, die Auswirkungen dieses Metalls auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu verstehen.
Die Chemikerin Dr. Susanne Sachs betont die Gefahren, die von Uran ausgehen. Es wirkt sowohl radiotoxisch als auch chemotoxisch, insbesondere weil es eine lange Halbwertszeit hat. Die Art und Weise, wie Organismen Uran aufnehmen, hängt von dessen chemischer Form ab. Gelöstes Uran kann von Bakterien, Pflanzen, Tieren und Menschen leichter aufgenommen werden als in ungelöster Form. Bisher war bekannt, dass Uran über die Nahrungskette weitergegeben werden kann, jedoch fehlten grundlegende Erkenntnisse darüber, wie genau diese Prozesse ablaufen und welche Risiken damit verbunden sind.
Um das Verständnis über die Wechselwirkungen von Uran mit Kieselalgen zu vertiefen, wurde eine Doktorarbeit initiiert, die Experimente zur Interaktion von sechswertigem Uran mit der Süßwasserkieselalge Achnanthidium saprophilum beinhaltete. Ein französischer Doktorand führte hierzu mehrere Versuche am HZDR durch. Eine der Herausforderungen bestand darin, dass die Algen in der Natur häufig mit verschiedenen Bakterienarten in Symbiose leben, was bedeutet, dass beide Organismen gleichzeitig mit Uran in Kontakt treten können, wenn es in ein Gewässer gelangt.
Die Forschenden untersuchten, ob Uran nur an der Oberfläche der Algen haftet oder auch in deren Innenräume eindringt. Dazu kultivierten sie die Algen in einem speziellen Medium und setzten sie anschließend einer Lösung aus Uran aus. Nach festgelegten Zeitintervallen wurden die Algen aus der Lösung entfernt, um zu messen, wie viel Uran in der Lösung verblieben war. Diese Messungen ermöglichten es, die Gesamtaufnahme von Schwermetall durch die Algen zu quantifizieren und Veränderungen über die Zeit zu verfolgen.
Die Proben der Kieselalgen wurden anschließend durch Elektronenmikroskopie und Röntgenspektroskopie untersucht, um die genauen Bindungsstellen des Urans zu identifizieren. Es zeigte sich, dass Uran sowohl an der Oberfläche als auch im Inneren der Algen vorhanden ist, insbesondere dort, wo phosphorhaltige Verbindungen vorkommen. Dr. Johannes Raff, ein Mikrobiologe, weist darauf hin, dass es weiterhin unklar ist, an welche spezifischen Substrukturen Uran bindet und wie stabil diese Bindungen sind.
Zusätzlich zur Untersuchung der chemischen Bindungen nutzten die Wissenschaftler Fluoreszenzspektroskopie, um im Zeitverlauf Veränderungen in den Bindungstypen des Urans festzustellen. Es stellte sich heraus, dass Uran zunächst überwiegend an der Algenoberfläche bindet, später jedoch auch in das Zellinnere eindringt, wo es einen anderen Bindungstyp eingeht. Diese Erkenntnisse sind von großer Bedeutung, da sie darauf hinweisen, dass Kieselalgen Uran nicht nur an ihrer Oberfläche, sondern auch in ihren Zellen speichern können.
Die Studie hat auch weitreichende ökologische Implikationen. Kieselalgen sind das erste Glied in der Nahrungskette und dienen als wichtige Nahrungsquelle für Organismen wie Ruderfußkrebse, die wiederum Fische und andere Tiere ernähren. Dies wirft die Frage auf, in welchem Ausmaß Uran über Kieselalgen an andere Spezies weitergegeben wird und sich in der Nahrungskette anreichert. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten dazu beitragen, Risiken für die Gesundheit von Mensch und Umwelt besser zu bewerten, insbesondere in Gebieten, in denen Uran in Böden und Gewässern vorkommt.
Die Erkenntnisse eröffnen zudem neue Perspektiven für zukünftige Forschungsprojekte, die sich mit den langfristigen Auswirkungen von Uran und anderen Schadstoffen auf Ökosysteme befassen. Jährlich werden in Deutschland große Mengen Uran durch Phosphatdünger in die Landwirtschaft eingebracht, was das Risiko erhöht, dass dieses Schwermetall in die Umwelt gelangt und
