Китайские ученые обнаружили папоротник, который производит редкоземельные элементы

Ученые обнаружили в Южном Китае папоротник, который естественным образом формирует нанокристаллы, содержащие редкоземельные элементы (РЗЭ). Это открытие прокладывает путь к новому экологичному способу добычи этих минералов, известному как фитомайнинг.

Редкоземельные элементы — это группа из 17 металлов со схожими свойствами, которые необходимы для производства ветряных турбин, аккумуляторов электромобилей, смартфонов и медицинских сканеров. Как следует из названия, они редкие и обычно встречаются в земной коре в низких концентрациях.

Их добыча дорогая и обычно involves крупномасштабные горные работы с использованием агрессивных химикатов, что вызывает значительное загрязнение и повреждение земель. Именно поэтому исследователи изучают более чистые, устойчивые растительные альтернативы для сбора РЗЭ.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Environmental Science & Technology, ученые изучали папоротник Blechnum orientale, собранный в богатых РЗЭ районах Южного Китая. Уже было известно, что это гипераккумулятор — растение, способное расти в почве и воде с высокими концентрациями металлов и поглощать их через корни. Но ученые не знали, в какой химической форме РЗЭ находятся внутри растения. Эти знания крайне важна для разработки наиболее эффективного процесса извлечения.

Папоротник, который выращивает кристаллы

Используя мощные технологии визуализации и химический анализ, команда обнаружила, что папоротник формирует наноразмерные кристаллы богатого РЗЭ минерала монацита в своих тканях, особенно в клеточных стенках и межклеточных пространствах. Монацит является одним из основных источников редкоземельных элементов в геологических месторождениях по всему миру.

Авторы исследования также наблюдали форму кристаллов, отметив, что они растут в highly сложной самоорганизующейся структуре крошечных ветвей, напоминающей микроскопический «химический сад». Это первый случай, когда ученые увидели, как живое растение создает кристалл редкоземельного элемента.

Можно ли «садоводствовать» для добычи РЗЭ?

Хотя мы, возможно, не скоро отправимся в сад за редкоземельными элементами, это исследование является дополнительным доказательством того, что фитомайнинг feasible. Это открытие, даже на примере одного папоротника, укрепляет позиции того, что растения однажды могут предоставить ценный, более дешевый и менее разрушительный метод добычи столь необходимых редкоземельных элементов.

«Наши результаты раскрывают ранее не признанный, опосредованный растениями путь формирования критически важных минералов в гипергенных условиях. Это открытие не только проливает свет на обогащение РЗЭ и их секвестрацию во время химического и биологического выветривания, но и открывает новые возможности для прямой утилизации функциональных материалов на основе РЗЭ», — написали исследователи.

Больше информации: Liuqing He et al, Discovery and Implications of a Nanoscale Rare Earth Mineral in a Hyperaccumulator Plant, Environmental Science & Technology (2025). DOI: 10.1021/acs.est.5c09617