Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

От яда к удобрению

Кандидат химических наук Антон Миндубаев, ИОФХ им. А. Е. Арбузова ФИЦ КазНЦ РАН

Белый фосфор технической чистоты — «жёлтый фосфор» — краеугольный камень всей химии фосфора, поскольку легко образуется при пиролизе фосфорных минералов, сравнительно дёшев и вступает в разнообразные химические превращения. Поэтому его производят на химических предприятиях крупнотоннажно и превращают в огромнейшее разнообразие продуктов — от красного фосфора и полупроводников до пестицидов. Вещество ядовито и огнеопасно, способно самовозгораться на воздухе и формировать гиблый кислотный туман. Понятно, что риск загрязнения белым фосфором окружающей среды не так уж мал. Вдобавок, эффективные методы очистки почв и водоёмов от этого вещества до сих пор не созданы. Вот и получается, что в течение одного года на территории ОАО «Фосфор» (Тольятти, Самарская область, ныне обанкротившегося) зафиксировано 36 случаев возгорания шлама, содержавшего белый фосфор. Вообще, на территории России все загрязнения белым фосфором находятся в бассейне Волги (Дзержинск, Новочебоксарск, Тольятти, Волгоград — вблизи этих городов находятся химические предприятия) и представляют угрозу для реки и проживающего по её берегам населения. Однако элемент фосфор обладает уникальным свойством. В окисленном состоянии (в виде фосфата) — это важнейший для всего живого «кирпичик жизни». Данный факт открывает замечательную возможность полностью и без последствий для природы очистить от загрязнения белым фосфором почвы и водоёмы. Достаточно лишь подобрать способ его окисления до фосфорной кислоты и её солей в природных условиях. Для этих целей лучше всего, как оказалось, подходит биодеградация — обезвреживание ядовитых веществ при помощи микробов. В той или иной степени биодеградации подвержено практически любое вещество, нужно лишь найти свой штамм полезных микробов (см. «Наука и жизнь» № 4, 2018 г., статья «Кто съел полиэтилен?»).

Посев устойчивых к белому фосфору аспергиллов. Левая чашка — среда без источника фосфора. В ней наблюдается слабый рост колоний аспергилла, испытывающих фосфорное голодание. Верхняя чашка — среда с фосфатом. Здесь наблюдается рост и формирование спор множества колоний Aspergillus niger, изначально внесённых в культуральную среду с белым фосфором. Правая чашка — среда с 0,05% белого фосфора. Вопреки ожиданиям, в ней наблюдается рост нескольких крупных, полностью развитых и покрытых спорами колоний A. niger. Чашки сфотографированы через шесть суток после посева. Фото Антона Миндубаева.

Для белого фосфора до недавнего времени биодеградация не была известна. Несколько лет назад наш коллектив из Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова совместно с Казанским федеральным университетом взялся найти микроорганизмы, способные обезвреживать столь токсичное и агрессивное вещество. Первые же эксперименты дали неожиданный результат: при внесении водной эмульсии белого фосфора в культуральную среду* начинал расти плесневый гриб чёрный аспергилл Aspergillus niger. Среда изначально была стерильной, и чёрный аспергилл мог появиться в ней только благодаря белому фосфору, то есть само вещество оказалось обсеменённым спорами этого грибка. Рост грибов в такой среде свидетельствует о превращении белого фосфора, который считается сильнейшим ядом (биоцидом), в необходимый для микроорганизмов фосфат. Ведь исходная питательная среда содержала все необходимые для роста микроорганизмов вещества, кроме соединений фосфора, без которых их развитие невозможно.

Таким образом, нам удалось подобрать штамм микробов, способных переводить ядовитый фосфор, по сути, в удобрение — ведь фосфаты активно используются в этом качестве в сельском хозяйстве.

Дальнейшие эксперименты по выращиванию грибов проводили в среде, содержащей до 1% (масс.) белого фосфора. Это соответствует превышению предельно допустимой концентрации белого фосфора в сточных водах в пять тысяч раз, а в питьевой воде — в сто миллионов раз! В этих условиях аспергилл растёт и даже размножается, образует жизнеспособные споры.

Обнаруженный штамм микроорганизмов для биодеградации белого фосфора уже идентифицирован методами генетического анализа и направлен во Всероссийскую коллекцию микроорганизмов (ВКМ). Теперь мы исследуем, как грибку удаётся адаптироваться к жизни в столь неблагоприятных условиях!

Чтобы проверить, что происходит в культуральной среде, мы снимали спектры ядерного магнитного резонанса во время роста микроорганизмов. Оказалось, что в средах с живыми микробами белый фосфор и его токсичные производные и впрямь постепенно окисляются до фосфата, тогда как в контроле — в стерильной среде — окисление вообще не идёт до конца, наряду с фосфатом остаются ядовитые соединения с промежуточной степенью окисления — фосфиты и гипофосфиты. Гриб же «съедает» фосфаты, образовавшиеся из белого фосфора, и включает их в свою биомассу.

Остаётся надеяться, что данный научный факт не останется курьёзом, интересным, но непрактичным, а будет основой для разработки эффективного метода решения экологических проблем.

Комментарии к статье

* Культуральные среды — жидкие либо твёрдые субстанции, в состав которых входят специальные питательные вещества, необходимые для роста микроорганизмов, животных клеток, растительных тканей и прочих биологических объектов.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Вести из институтов»