Ученые обнаружили редкоземельные элементы в папоротниках

Команда китайских ученых впервые обнаружила феномен минерализации редкоземельных элементов в папоротниках. [Фото: Гуанчжоуский институт геохимии Китайской академии наук]

Команда китайских ученых впервые обнаружила феномен минерализации редкоземельных элементов (РЗЭ) в папоротниках. Это открытие может предложить более чистый и устойчивый способ получения РЗЭ из растений.

«Редкоземельные элементы, которые называют «витаминами промышленности», являются незаменимыми стратегическими ресурсами в таких высокотехнологичных областях, как искусственный интеллект, новая энергетика и оборона, а также входят в число ключевых сырьевых материалов, сталкивающихся с относительно высокими рисками в глобальной цепочке поставок», — заявил Чжу Цзяньси, исследователь из Гуанчжоуского института геохимии Китайской академии наук.

«В папоротнике Blechnum orientale, растении-гипераккумуляторе, мы не только обнаружили большое количество обогащенных редкоземельных элементов, но и впервые наблюдали, как эти РЗЭ «самосборно» формируются между тканевыми клетками растения, образуя минерал под названием монацит-(La)», — пояснил он.

Результаты исследования, которые ознаменовали собой первый случай обнаружения биоминерализации РЗЭ в растениях, были опубликованы в среду в международном академическом журнале Environmental Science & Technology.

Обычно редкоземельные минералы образуются в результате геологических процессов, таких как магматическая или гидротермальная активность, которые требуют относительно высокотемпературной среды, отметил Чжу.

Исследование не только раскрывает механизмы «детоксикации» и минерализации растений для редкоземельных элементов, но и предоставляет новый путь для устойчивого использования ресурсов РЗЭ в будущем.

Традиционная добыча редкоземельных элементов часто сопровождается серьезным экологическим и экологическим ущербом, сказал Чжу.

«Выращивая растения-гипераккумуляторы, включая Blechnum orientale, можно восстановить высокоценные РЗЭ из растений, одновременно remedируя загрязненную почву и восстанавливая экологию хвостохранилищ редкоземельных элементов, тем самым реализуя зеленую циклическую модель «ремедиации плюс переработка», — заявил он.

Blechnum orientale — это вечнозеленый папоротник, который относится к особому типу растений-гипераккумуляторов редкоземельных элементов. Он действует как «редкоземельный пылесос» в почве, эффективно поглощая и концентрируя редкоземельные элементы, рассеянные в окружающей среде.

Согласно исследованию, в сосудистых пучках и эпидермальных тканях листьев РЗЭ, поглощенные из почвы, осаждаются в форме наночастиц и далее кристаллизуются в редкоземельные фосфатные минералы.

«Этот процесс на самом деле является механизмом самозащиты растения, аналогичным «упаковке и герметизации» токсичных веществ в его теле. Он прочно запирает ионы редкоземельных элементов, которые могут повредить клетки, в минеральной структуре, достигая пассивации и естественной детоксикации редкоземельных элементов», — объяснил Чжу.

Монацит — это промышленно важная редкоземельная руда, но природный монацит часто ассоциируется с радиоактивными элементами урана и тория, что создает проблемы для его добычи и применения.

В отличие от этого, «биомонацит», образованный Blechnum orientale в условиях нормальной температуры и давления во время его естественного роста, является чистым и нерадиоактивным, демонстрируя большой потенциал для зеленой экстракции редкоземельных элементов.

«Ранее мы знали, что микроорганизмы и животные могут образовывать минералы в своих телах, например, кальцит и арагонит в раковинах и кораллах, а также апатит в зубах и костях животных», — сказал Чжу.

Однако способность растений к минерализации долгое время недооценивалась. Ранее было известно лишь о нескольких типах минералов, обнаруженных в растениях, включая кальцит, оксалат кальция и фитолиты.

«Открытие редкоземельной минерализации в Blechnum orientale не только обновляет понимание человечеством механизма минерализации растений, но и открывает новое окно для исследований почти тысячи известных растений-гипераккумуляторов», — заключил Чжу.

Редкоземельные элементы — группа из 17 металлов, включающая скандий, иттрий и лантаноиды. Они критически важны для производства высокотехнологичной продукции, от смартфонов и электромобилей до систем вооружения. Традиционные методы добычи РЗЭ связаны с использованием токсичных химикатов и созданием большого количества отходов, поэтому поиск экологически безопасных альтернатив является одной из актуальных задач современной науки.