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
Синтетическая кожа передает сигналы в мозг и может сделать протезы чувствительными Синтетическая кожа передает сигналы в мозг и может сделать протезы чувствительными

Ученые Стэнфорда разработали мягкую и растяжимую электронную кожу

ТехИнсайдер
«Красная книга – это не просто книжка с картинками» «Красная книга – это не просто книжка с картинками»

Чем ценны суслики, почему важно их изучать и зачем надо их охранять

Наука
10 правил женщины, которая провела на свиданиях 10 000 часов: возьми их на заметку! 10 правил женщины, которая провела на свиданиях 10 000 часов: возьми их на заметку!

Как найти своего мужчину? Отвечает эксперт по свиданиям!

VOICE
Главный экспонат Главный экспонат

Автомобили, на которых люди станут ездить (и даже летать) в ближайшее время

ТехИнсайдер
Спутник Юпитера Европа может быть слишком холодным для развития жизни Спутник Юпитера Европа может быть слишком холодным для развития жизни

Ядро Европы не такое горячее, а значит тепла для развития жизни может не хватить

ТехИнсайдер
«Парни не плачут»: как помочь мужчине в депрессии «Парни не плачут»: как помочь мужчине в депрессии

Депрессия у мужчин: её признаки и особенности

Psychologies
К рекордам готовы К рекордам готовы

5 шагов не позволить себе отступить от похудения

Лиза
Искусство займа Искусство займа

Почему реальная цена кредитов больше заявленной

Деньги
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
Что такое лазерная рулетка и почему она намного круче обычной Что такое лазерная рулетка и почему она намного круче обычной

Разбираемся, почему лазерную рулетку стоит иметь среди домашних инструментов

CHIP
Опасная бессонница Опасная бессонница

Учёные предупреждают: бессонница связана с повышенным риском сердечного приступа

Здоровье
Понять и простить: почему вам изменили — 7 причин Понять и простить: почему вам изменили — 7 причин

Почему люди изменяют?

Psychologies
Интеллектуально развитый мозг думает медленнее, чем среднестатистический Интеллектуально развитый мозг думает медленнее, чем среднестатистический

Умные люди думают быстрее? Оказывается, не всегда

ТехИнсайдер
5 признаков, что ты пришла в плохую парикмахерскую: их должна знать каждая женщина 5 признаков, что ты пришла в плохую парикмахерскую: их должна знать каждая женщина

Выбрать хорошего парикмахера не так просто, как кажется на первый взгляд

VOICE
Пятиминутный путеводитель по подводной археологии Пятиминутный путеводитель по подводной археологии

Разбираем самые интересные находки старинных кораблей.

Правила жизни
«Левое полушарие мозга отвечает за логику, а правое — за творчество»: правда или миф? «Левое полушарие мозга отвечает за логику, а правое — за творчество»: правда или миф?

Как на самом деле работает наш мозг?

Psychologies
Скульптор и делец. Как Лука делла Роббиа поставил производство майолики на поток Скульптор и делец. Как Лука делла Роббиа поставил производство майолики на поток

Александр Степанов рассказывает о творчестве художников Ренессанса

СНОБ
Почему не стоит спать с включенным вентилятором: 4 последствия, которые могут коснуться каждого Почему не стоит спать с включенным вентилятором: 4 последствия, которые могут коснуться каждого

Почему стоит подумать, прежде чем оставлять вентилятор включенным на всю ночь

ТехИнсайдер
Посмотрите на красивые фото Посмотрите на красивые фото

Каждый год жители и гости США могут наблюдать удивительную картину заката солнца

ТехИнсайдер
Как убрать целлюлит за 7 простых шагов: твой самый быстрый путь к гладкой коже Как убрать целлюлит за 7 простых шагов: твой самый быстрый путь к гладкой коже

Даем пошаговую инструкцию по быстрому уничтожению "апельсиновой корки" на бедрах

VOICE
Лунная красотка: почему с подиума пропала супермодель Надя Ауэрманн и что она делает сейчас Лунная красотка: почему с подиума пропала супермодель Надя Ауэрманн и что она делает сейчас

В 1990-е Надя Ауэрманн была одной из самых востребованных и знаменитых моделей

VOICE
Спиливание рогов ради защиты от браконьеров сделало носорогов менее общительными Спиливание рогов ради защиты от браконьеров сделало носорогов менее общительными

Спиливание рогов у носорогов сократило площадь их территории

N+1
Борьба с жестоким миром: почему от стресса хочется есть — ответ ученых Борьба с жестоким миром: почему от стресса хочется есть — ответ ученых

Почему наш мозг требует больше жирной и калорийной пищи, когда переживает стресс

Psychologies
Обратная сторона привилегий: от чего страдают красивые женщины — разбор с психологами Обратная сторона привилегий: от чего страдают красивые женщины — разбор с психологами

От чего же страдают те, кто красив?

Psychologies
Сон в большом городе. Как дефицит сна влияет на здоровье человека Сон в большом городе. Как дефицит сна влияет на здоровье человека

Каким правилам стоит следовать при организации режима дня

СНОБ
Ольга Богданова: «Зельдин в одночасье стал кумиром женщин, а Сазонова, которой было уже за пятьдесят, пользовалась огромным успехом у режиссеров» Ольга Богданова: «Зельдин в одночасье стал кумиром женщин, а Сазонова, которой было уже за пятьдесят, пользовалась огромным успехом у режиссеров»

В моем поступлении в Театр Советской армии решающую роль сыграл Зельдин

Коллекция. Караван историй
7 дворянских усадеб Подмосковья, на которые стоит посмотреть 7 дворянских усадеб Подмосковья, на которые стоит посмотреть

Старинные подмосковные усадьбы с историей

СНОБ
Почему метиловый спирт попадает в напитки Почему метиловый спирт попадает в напитки

Как метиловый спирт вообще попадает в напитки?

Maxim
Как перестать соглашаться делать то, что не хочется: 5 способов научиться отказывать — советы психолога Как перестать соглашаться делать то, что не хочется: 5 способов научиться отказывать — советы психолога

Как выстроить здоровые границы и научиться отказывать окружающим?

Psychologies
Открыть в приложении