«Зеленые» технологии требуют грязной добычи редких металлов. Проблему решает папоротник, который научился их выращивать

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Статья | Наука и космос

Технологии, которые принято называть «зелёными», скрывают грязный секрет. Ветряные турбины, аккумуляторы электромобилей, светодиоды, солнечные панели и вся электроника в вашем кармане — от смартфона до наушников — существуют благодаря редкоземельным элементам (РЗЭ). Это набор из 17 металлов, без которых невозможен современный технологический уклад. Парадокс в том, что добыча этих элементов — один из самых экологически разрушительных процессов на планете.

Традиционная добыча РЗЭ — это гигантские карьеры, тонны переработанной породы и использование агрессивных кислот для извлечения мизерных долей ценного металла. Результат — токсичные отвалы, загрязнение грунтовых вод и навсегда изуродованные ландшафты. Мы строим чистое будущее на фундаменте из экологической катастрофы.

Папоротник Blechnum orientale
Папоротник Blechnum orientale
Автор: by Lauren Gutierrez, CC BY-ND 2.0 Источник: www.flickr.com

А что, других методов нет совсем? А если вместо того, чтобы взрывать скалы и перерывать огромные объемы породы, мы могли бы эти металлы… выращивать? «Ну совсем бредятину стали писать» — отмахнетесь, а вот недавнее открытие китайских биологов говорит о том, что перспектива все же есть.

Что такое фитомайнинг?

Идея использовать растения для извлечения металлов из почвы, на самом деле, совсем не новая. Этот метод называют фитомайнингом. В его основе лежит способность некоторых уникальных видов, так называемых гипераккумуляторов, расти на почвах с экстремально высокой концентрацией тяжелых металлов и активно накапливать их в своих тканях.

Долгое время это было скорее лабораторным опытом и методом фиторемедиации — очистки загрязнённых земель. Растения впитывали токсичные элементы, после чего их можно было собрать и утилизировать, сделав почву безопаснее. Но извлечь из этой биомассы металл в чистом виде было слишком сложно и нерентабельно. Не хватало ключевого звена: понимания, как именно растение обращается с поглощённым металлом на клеточном уровне.

Прорыв в клетках папоротника

Это звено и обнаружила команда учёных, исследовавшая папоротник вида Blechnum orientale в Южном Китае. Было известно, что он способен накапливать РЗЭ, но никто не знал, в какой форме.

С помощью электронной микроскопии и спектрального анализа исследователи увидели, что папоротник не пассивно складирует ионы металлов, а запускает сложный биохимический процесс, в результате которого внутри его тканей — в клеточных стенках и межклеточном пространстве — формируются наноразмерные кристаллы монацита.

А вот монацит — это один из главных промышленных минералов, из которого РЗЭ добывают по всему миру. Получается, растение не просто впитывает элементы — оно выполняет работу обогатительной фабрики, самостоятельно создавая готовую рудную фракцию. Впервые в истории науки было задокументировано, как живой организм целенаправленно кристаллизует редкоземельные элементы.

Мадагаскарский монацит (минералогический музей, Бонн, Германия)
Мадагаскарский монацит (минералогический музей, Бонн, Германия)
Автор: Ra'ike CC BY-SA 3.0 Источник: commons.wikimedia.org
Почему кристалл лучше, чем ион?

Это хорошо по двум причинам.

  1. Концентрация и форма. Одно дело — иметь металлы, рассеянные в виде ионов по всей биомассе растения. Извлечь их оттуда — всё равно что пытаться собрать рассыпанную соль с ковра. Совсем другое — когда металл сконцентрирован в виде твёрдых нанокристаллов. Это уже не загрязнение, а готовый продукт. Теоретически, его можно переработать гораздо эффективнее, отделив кристаллы от органики.
  2. Биологический механизм. Растение делает это не случайно. Обнаруженная структура кристаллов, которую авторы описывают как микроскопический «химический сад», указывает на сложный, самоорганизующийся процесс. Это значит, что у папоротника есть генетическая и биохимическая программа для управления РЗЭ. Если мы сможем расшифровать этот механизм, мы потенциально сможем его воспроизвести или даже улучшить с помощью генной инженерии, создав растения, работающие как высокоэффективные биологические насосы для конкретных металлов.
От лаборатории до промышленных полей: реалистичный взгляд

Конечно, завтра мы не начнём засевать поля «металлическими» папоротниками. Путь от научного открытия до работающей технологии долог и полон препятствий. Главные вопросы — скорость и масштаб. Сколько времени нужно растению, чтобы накопить экономически значимое количество РЗЭ? Какова будет урожайность с гектара? Можно ли адаптировать этот механизм к другим, более быстрорастущим культурам?

Ответов на эти вопросы пока нет. Но, как минимум, у нас есть доказательство принципиальной возможности. Природа уже обладает технологиями, которые мы только пытаемся изобрести. Наша задача — понять и научиться применять то, что оттачивалось эволюцией миллионы лет.

Так что будем надеяться, что в будущем добыча полезных ископаемых сможет перейти из сферы геологии в сферу биотехнологий. И вместо грохота экскаваторов мы услышим шелест листьев на полях, которые тихо и методично выращивают сырьё для нашего цифрового мира.

Источник: Environmental Science & Technology

Изображение в превью:
Автор: by Lauren Gutierrez, CC BY-ND 2.0
Источник: www.flickr.com

1 комментарий

Chiffa
Даже если оно в какой-то степени и вытягивает редкоземы из почвы — а что дальше? Ну посадил, ну вытащил этот папоротник… насколько глубоко корни по проникают? Соберет такой папоротник с поверхности — и все.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Вселенная оказалась на 306 миллионов лет моложе: как комковатая структура космоса объяснила поведение темной энергии

В современной астрофизике назрел кризис, затрагивающий самые основы нашего понимания мироздания. В центре этого кризиса находится фундаментальное противоречие, которое исследователи называют...

Почему медвежатина может быть опасной даже после 45 дней в морозилке

На семейной встрече приготовили мясо медведя, которое до этого 45 дней лежало в морозилке. Казалось бы, времени достаточно. Но вскоре у шести участников обнаружили трихинеллёз. Двое из них...

Белки возрастом 160 млн лет уничтожают современные супербактерии: как одна ошибка создала природный антибиотик

В организме млекопитающих защиту от инфекций обеспечивают сотни различных соединений. Одно из самых распространенных среди них — белок лактоферрин. Он присутствует в материнском молоке,...

В дикой природе стали появляться гибриды белого и бурого медведей. Как это вообще стало возможным

Белый и бурый медведи обитают в разных условиях и заметно отличаются внешне и образом жизни. Тем удивительнее, что в природе встречаются их гибриды, унаследовавшие признаки обоих родителей. Но как...

Музыкальный центр Sony MHC-RX50: один из самых узнаваемых в 1997 году

Минисистема MHC-RX50 появилась на пике популярности музыкальных центров. Она вошла в число самых узнаваемых и популярных моделей среднего класса своей эпохи, наряду с Panasonic SC-AK40, Aiwa...

Ученые показали лицо первого представителя нашего вида: как выглядел Homo sapiens 300 тысяч лет назад

Около 315 тысяч лет назад на севере Африки жили люди, которых сегодня считают древнейшими известными представителями Homo sapiens. Международная группа исследователей восстановила внешность одного...