Бактерии формируют себе надежное убежище и одновременно создают запасы сырья

НаукаПрирода

Как арктические микроорганизмы строят себе железомарганцевый дом

Наталья Шульга, кандидат геологоминералогических наук, старший научный сотрудник Лаборатории химии океана Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Сергей Гаврилов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Отдела экстремофильных микроорганизмов ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии » РАН

Типичные железомарганцевые структуры Карского моря

Железомарганцевые конкреции, залегающие на шельфе Карского моря, населены уникальными микробными сообществами, вероятно, ускоряющими процесс формирования самих конкреций. Состав этих микробных сообществ, использующих железомарганцевые конкреции в качестве среды обитания и убежища в суровых условиях арктических морей, во многом зависит от химического состава конкреций.

Образование полиметаллических руд в Мировом океане — уникальное природное явление. К таким рудам относятся, в том числе, и железомарганцевые конкреции — шарообразные минеральные отложения на океанском дне.

Первые находки железомарганцевых конкреций были сделаны в начале XIX века на легендарном судне «Челленджер» в Северной Атлантике. В последующие годы внимание к их изучению было слабым из-за труднодоступности районов исследования. И только в последние 20–25 лет интерес к этому виду минерального сырья привлек пристальное внимание мирового научного сообщества и индустрии.

Основу конкреций составляют окисные соединения железа и марганца, концентрации которых могут достигать десятков процентов. Кроме того, конкреции обогащены другими металлами и редкоземельными элементами — а это сырье для широкого спектра новейших высокотехнологичных и экологически чистых разработок, без которых уже невозможно представить современный мир. За последнее десятилетие мировое потребление многих редких металлов значительно возросло, а их поставки не всегда выглядят надежными из-за ограниченного числа крупных производителей. Усиление конкуренции за ресурсы со стороны быстро растущих экономик (например, Китая, Индии, Бразилии, Индонезии) может привести к дефициту критически важного сырья.

Глубоководные и шельфовые месторождения полиметаллических руд, запасы которых оцениваются в 300 млрд тонн, не заменят наземную добычу, но станут дополнительным источником сырья для удовлетворения растущих потребностей.

Откуда берутся конкреции

Обширные скопления железомарганцевых конкреций обнаружены в глубоководных районах Тихого и Индийского океанов на глубинах 4000–6000 м. Исследования показали, что в этих местах скорости роста рудных образований составляют миллиметры в миллион лет. В то же время на морском шельфе формирование и рост конкреций происходит в тысячу раз быстрее.

По морфологии выделяются сфероидальные, эллипсоидальные, дискоидальные и полиядерные типы. Конкреции часто формируются вокруг обломков горных пород, раковин моллюсков, а иногда ядром для их роста становятся зубы древних вымерших акул. Размер конкреций колеблется в широких пределах — от миллиметров до десятков сантиметров в поперечнике.

Механизмы образования полиметаллических руд являются дискуссионной темой в научном сообществе. В 1970-е годы некоторые исследователи выдвигали гипотезу об активном участии микроорганизмов в формировании железомарганцевых конкреций. Впервые она прозвучала в работах американского микробиолога Хайнриха Эрлиха в 1963 году (Ehrlich, H. L. Bacteriology of manganese nodules). Позднее, в 1980-е, были сообщения советских (ленинградских) микробиологов о возможности ускоренного осаждения минералов железа и марганца из морской воды под воздействием микроорганизмов. Однако прямых доказательств участия микробов в формировании железомарганцевых конкреций в естественных условиях найдено не было.

Перелом наступил в 2000-х годах, когда с помощью сканирующего электронного микроскопа ученым удалось найти структуры, похожие на минерализованные клетки микроорганизмов, внутри образцов конкреций и определить их состав. Когда существенный прогресс молекулярно-биологических методов позволил выделять и анализировать тотальную ДНК из самых разнообразных образцов, в том числе из конкреций, казалось, что вопрос о биологическом механизме их формирования будет решен.

Не все так просто

Однако природа этого явления оказалась намного сложнее. С помощью методов молекулярной биологии было показано, что, например, в состав микробных сообществ глубоководных конкреций Тихого океана входят микроорганизмы, способные окислять железо и марганец, а изменения состава этих сообществ коррелирует со скоростью роста конкреций. Однако детальное изучение данного вопроса еще только начинает проводиться учеными разных стран. В то же время предполагаемые «микробные минералоги» оказались не доминирующими группами в этих микробных сообществах. Дальнейшее расширение молекулярно-биологических работ по конкрециям показало, что их населяют очень разнообразные сообщества микроорганизмов, в которых, как ни странно, доминируют микробы, осуществляющие биогеохимический цикл азота (окисление и восстановление его соединений), а отнюдь не циклы железа и марганца, как ожидалось. Механизм влияния микроорганизмов на рост конкреций остался неясным.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Академик Валерий Пузырев: именно генетика и сделала медицину наукой Академик Валерий Пузырев: именно генетика и сделала медицину наукой

Что удалось понять и достичь в генетике, а что остается тайной за семью печатями

Наука
«Наш мозг защищен от расшифровки мыслей»: почему не нужно бояться нейрочипов «Наш мозг защищен от расшифровки мыслей»: почему не нужно бояться нейрочипов

Почему нейроимпланты не превратят нас в армию киборгов

Forbes
Как коты меняют нашу жизнь Как коты меняют нашу жизнь

Подборка историй и фактов о вкладе мурчащих в развитие общества

Лиза
То исчезает, то появляется… То исчезает, то появляется…

Возможно, ты тоже сталкивалась с мужчинами, которые пропадали из твоей жизни

Лиза
Олимпиада, мать царя Олимпиада, мать царя

Почему античные историки так ненавидели мать Александра Великого — Олимпиаду?

Дилетант
Не только в коктейли: 10 потрясающих методов использования кубиков льда, которые пригодятся каждому Не только в коктейли: 10 потрясающих методов использования кубиков льда, которые пригодятся каждому

Какие суперспособности есть у обычного кусочка льда?

ТехИнсайдер
Что пишут о фильме «Человек-паук: Паутина вселенных»? Что пишут о фильме «Человек-паук: Паутина вселенных»?

Получилось ли у фильма «Человек-паук: Паутина вселенных» задрать планку?

Правила жизни
Дама сдавала в багаж Дама сдавала в багаж

Выбираем вместительный чемодан и упаковываем его так, чтобы не было перевеса

Лиза
Ксения Подвальная Ксения Подвальная

Главный феномен петербургской моды прямо сейчас — Atelier Biser

Собака.ru
Александр Траугот Александр Траугот

За авторской росписью Александра Траугота охотятся фанаты и коллекционеры

Собака.ru
Беззаботное детство и немного идеологии: для чего в СССР создавали пионерские лагеря Беззаботное детство и немного идеологии: для чего в СССР создавали пионерские лагеря

Почему дать однозначную оценку пионерским лагерям сложно до сих пор?

Forbes
Страшный сон Раскольникова: как японский режиссер поставил «Преступление и наказание» Страшный сон Раскольникова: как японский режиссер поставил «Преступление и наказание»

Режиссер из Японии Мотои Миура поставил спектакль «Преступление и наказание»

Forbes
5 способов сделать капучино в домашних условиях 5 способов сделать капучино в домашних условиях

Как сделать капучино дома, не используя дополнительную технику?

CHIP
Cмотрины для родинки Cмотрины для родинки

Иногда родинки могут доставить немало хлопот

Лиза
Проклятие «Титаника»: почему говорят, что спустя 111 лет лайнер продолжает губить людей Проклятие «Титаника»: почему говорят, что спустя 111 лет лайнер продолжает губить людей

Когда «Титаник» потерпел крушение, тут же поползли слухи о проклятии

VOICE
Почему электроавтомобили такие дорогие? Почему электроавтомобили такие дорогие?

На электромобиле можно сэкономить, но только в процессе эксплуатации

CHIP
Неорганизованный ребенок: 6 советов для решения проблемы — попробуйте самостоятельно Неорганизованный ребенок: 6 советов для решения проблемы — попробуйте самостоятельно

Простые и полезные рекомендации, как приучить ребенка к самостоятельности

Psychologies
Принцесса, которую любят за золотое сердце: как племянница иорданского короля Айя доказывает, что внешность - не главное Принцесса, которую любят за золотое сердце: как племянница иорданского короля Айя доказывает, что внешность - не главное

Айя бинт аль Фейсал — трудолюбивая и вдумчивая принцесса хашимитского двора

VOICE
В Англии есть специальное кладбище для ампутированных конечностей. Пугающе интересно! В Англии есть специальное кладбище для ампутированных конечностей. Пугающе интересно!

Куда люди могут девать свои ампутированные конечности

ТехИнсайдер
Енисей, Байкал и Ладога: 4 круиза по рекам и озерам России Енисей, Байкал и Ладога: 4 круиза по рекам и озерам России

Самые интересные круизы на современных российских теплоходах

СНОБ
Окнами в лес Окнами в лес

Интерьер оформлен так, чтобы поддерживать эффект единения с природой

Идеи Вашего Дома
Близ города Калязина Близ города Калязина

Для оформления пространства они выбрали палитру луговых цветов

Идеи Вашего Дома
Как в Россию возвращалась теология и зачем она нам сегодня Как в Россию возвращалась теология и зачем она нам сегодня

Выявлять и акцентировать проблемы гуманитарной науки в целом — задача теологии

Наука
Математики нашли девятое дедекиндово число. В нем оказалось 42 знака Математики нашли девятое дедекиндово число. В нем оказалось 42 знака

Математики рассчитали значение девятого числа Дедекинда

N+1
Летние неприятности Летние неприятности

Лето – время отпусков и детских кишечных инфекций

Здоровье
7 научно обоснованных способов, как быстро побороть стресс на работе 7 научно обоснованных способов, как быстро побороть стресс на работе

Как справиться с резким скачком агрессии и быстро вернуться в нужное русло

ТехИнсайдер
Константин Плотников Константин Плотников

Актер Константин Плотников к евангельскому возрасту получил роль мечты

Собака.ru
Детство с полуголыми женщинами: как сложилась жизнь сына основателя Playboy Хью Хефнера и зачем он раздевается за деньги Детство с полуголыми женщинами: как сложилась жизнь сына основателя Playboy Хью Хефнера и зачем он раздевается за деньги

Почему Марстон Хефнер попал в заголовки?

VOICE
Как узнать сколько осталось трафика и сколько израсходовано Как узнать сколько осталось трафика и сколько израсходовано

Если гигабайты куда-то утекают, вот инструкция, как всё держать под контролем

CHIP
«Я не прожил и дня без любви к тебе»: история Наполеона и Жозефины в письмах французского императора «Я не прожил и дня без любви к тебе»: история Наполеона и Жозефины в письмах французского императора

Роман Жозефины Богарне и Наполеона Бонапарта — чувственный бестселлер о любви

Правила жизни
Открыть в приложении