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

Как ничто стало нечто и почему это так важно? Как ничто стало нечто и почему это так важно?

Когда появился ноль и как он стал из ничем чем-то

Наука и жизнь
Нина Тарасова Нина Тарасова

Нина Тарасова — азартный хранитель и смелый куратор

Собака.ru
Рождение литературного слова из духа математики Рождение литературного слова из духа математики

Сухово-Кобылина можно в полной мере считать «иксом», «невидимой величиной»...

Наука
Дом Радио Дом Радио

Творческая резиденция оркестра Musicaeterna под управлением Теодора Курентзиса

Собака.ru
Укрыться контентом Укрыться контентом

В какой области лежит будущее контента и населен ли интернет роботами

Правила жизни
Маркетплейс для разработчиков: как развивать российский GitHub Маркетплейс для разработчиков: как развивать российский GitHub

Какие существуют способы развития сообщества open source в России

Forbes
Как не дать психологическим травмам испортить вашу жизнь Как не дать психологическим травмам испортить вашу жизнь

Как себе помочь и стать успешным и счастливым человеком, несмотря на травмы

Psychologies
Зодчие империи Зодчие империи

Сколько зарабатывали главные архитекторы Санкт-Петербурга

Деньги
Внутренний ребенок: как и зачем с ним общаться? Внутренний ребенок: как и зачем с ним общаться?

Познакомиться и подружиться со своим внутренним ребенком, чтобы стать счастливее

Psychologies
Моряк, который чуть не спас «Титаник»: удивительная история Чарльза Лайтоллера, выживавшего в самых жутких катастрофах Моряк, который чуть не спас «Титаник»: удивительная история Чарльза Лайтоллера, выживавшего в самых жутких катастрофах

В середине XX века Лайтроллера называли «профессиональным героем»

VOICE
Зона бикини Зона бикини

Удаление волос – настоящее испытание для кожи

Лиза
«Пятница!» — это фабрика хороших новостей» «Пятница!» — это фабрика хороших новостей»

Своей невероятной энергией Тина Канделаки заряжает легко и сразу

OK!
Директор аукционного дома Егор Молчанов: Нонконформисты существовали за пределами выставочной и музейной жизни Директор аукционного дома Егор Молчанов: Нонконформисты существовали за пределами выставочной и музейной жизни

Почему внимание коллекционеров обращено именно на художников-нонконформистов?

СНОБ
Что такое гастрономический жанр в кино и с чем его едят Что такое гастрономический жанр в кино и с чем его едят

«Сноб» окидывает взглядом историю жанра и прослеживает путь еды в истории кино

СНОБ
Одиночество лидера Одиночество лидера

Одиночество как проявление силы человека в исполнении Николая Рериха

Вокруг света
Маршрут перестроен. Гид по винодельням Краснодарского края Маршрут перестроен. Гид по винодельням Краснодарского края

Маршрут из шести виноделен Краснодарского края — от Геленджика до Голубицкой

СНОБ
Фрукты бывают вредными? Вот что будет, если их слишком много в диете! Фрукты бывают вредными? Вот что будет, если их слишком много в диете!

Фрукты являются ключом здорового питания, но их избыток может быть вредным

ТехИнсайдер
Чтение выходного дня: фрагмент книги «Бархатная кибитка» Павла Пепперштейна Чтение выходного дня: фрагмент книги «Бархатная кибитка» Павла Пепперштейна

Отрывок из интеллектуально-биографического лабиринта «Бархатная кибитка»

Правила жизни
За мороженым За мороженым

Лето, солнце и пломбир в стаканчике делают нашу жизнь еще прекраснее!

Лиза
Бочка отсчёта Бочка отсчёта

Превосходное вино немыслимо без выдержки в превосходных дубовых бочках

Robb Report
Английский Гитлер Английский Гитлер

Освальд Эрнальд Мосли известен советским людям по фильму «Обыкновенный фашизм»

Дилетант
Знаменитости покоряют «24 часа Ле-Мана»: кто из актеров и рок-звезд стал автогонщиком Знаменитости покоряют «24 часа Ле-Мана»: кто из актеров и рок-звезд стал автогонщиком

Знаменитости, которые принимали участие в легендарном марафоне «24 часа Ле-Мана»

Forbes
Самая вкусная летняя ягода: все, что вы должны знать о черешне Самая вкусная летняя ягода: все, что вы должны знать о черешне

Какую пользу для здоровья несет всего одна горсть черешни в день

ТехИнсайдер
Что находится внутри черной дыры: есть ли у физиков ответ? Что находится внутри черной дыры: есть ли у физиков ответ?

Что такое черная дыра и может ли что-то находиться внутри неё?

ТехИнсайдер
Великая пустота Великая пустота

Монголия – наименее населенная страна мира

Вокруг света
Почему метиловый спирт попадает в напитки Почему метиловый спирт попадает в напитки

Как метиловый спирт вообще попадает в напитки?

Maxim
Как подключить две пары наушников к одному смартфону Как подключить две пары наушников к одному смартфону

Как подключить две пары наушников к одному смартфону

CHIP
Пропускать душ и грызть ногти: 6 детских привычек, которые вообще-то полезны Пропускать душ и грызть ногти: 6 детских привычек, которые вообще-то полезны

Неэстетичные привычки, которые идут детям лишь на пользу

Psychologies
Великий безмолвный Великий безмолвный

Кто такой Артавазд Пелешян и как он перевернул документальное кино

Weekend
«Онлайн снимает любые барьеры для людей» «Онлайн снимает любые барьеры для людей»

О внедрении искусственного интеллекта и секретах популярности коротких видео

РБК
Открыть в приложении