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

Нижняя часть «Артемиды» глазами баллистика Нижняя часть «Артемиды» глазами баллистика

Начинается новый этап колонизации единственного спутника Земли

Наука
Строго по трафику: Минцифры заставляет операторов самих блокировать веб-ресурсы Строго по трафику: Минцифры заставляет операторов самих блокировать веб-ресурсы

Минцифры хочет заставить операторов блокировать все запрещенные интернет-ресурсы

Forbes
Зонд Неймана Зонд Неймана

Серая слизь: сценарий апокалипсиса

Вокруг света
«Если вы никого не раздражаете, то, возможно, не делаете ничего важного»: 3 полезных факта для достижения успеха «Если вы никого не раздражаете, то, возможно, не делаете ничего важного»: 3 полезных факта для достижения успеха

Чем существеннее ваши достижения, тем выше вероятность разозлить окружающих

Psychologies
Нобелевские премии по физике в контексте истории Нобелевские премии по физике в контексте истории

Как Карл Озеен сделал все, чтобы Эйнштейн получил заслуженную Нобелевскую премию

Наука и жизнь
Как формируется пищевая зависимость? Отрывок из книги «Почему я не худею» Как формируется пищевая зависимость? Отрывок из книги «Почему я не худею»

Отрывок из книги «Почему я не худею» о формировании пищевых зависимостей.

Правила жизни
Колибри не понравился сироп с повышенным содержанием спирта Колибри не понравился сироп с повышенным содержанием спирта

Слишком высокие дозы спирта для колибри чреваты интоксикацией

N+1
Ловушки бортового питания: от какой еды и напитков стюардессы отказываются в полете Ловушки бортового питания: от какой еды и напитков стюардессы отказываются в полете

Некоторые закономерности и слабые места в вопросе бортового питания

VOICE
Почему метиловый спирт попадает в напитки Почему метиловый спирт попадает в напитки

Как метиловый спирт вообще попадает в напитки?

Maxim
Ремарк в Голливуде: как снимали кино по романам великого пацифиста Ремарк в Голливуде: как снимали кино по романам великого пацифиста

Кинокритик вспоминает историю экранизаций Ремарка

Правила жизни
Истории о нарушении пищевого поведения у подростков Истории о нарушении пищевого поведения у подростков

Как быть и к каким специалистам обращаться, если у подростка РПП?

СНОБ
«Борьба с драконом — это коллективное действие» «Борьба с драконом — это коллективное действие»

Александр Абатуров о своем фильме «Рай»

Weekend
«Не цельтесь в уязвимые места»: 8 негласных правил ссоры — применяйте с партнером «Не цельтесь в уязвимые места»: 8 негласных правил ссоры — применяйте с партнером

Как выяснять отношения уважительно и каких ошибок стоит избегать?

Psychologies
Как на самом деле расшифровывается SOS Как на самом деле расшифровывается SOS

Как и когда изобрели сигнал SOS?

ТехИнсайдер
Высокий сезон Высокий сезон

Начало лета – самое время есть спаржу. Свежую, сочную, наполненную витаминами

Лиза
И на земле И на земле

Готовиться к бомбардировкам британцы начали задолго до войны

Дилетант
Такие одинаковые, но разные ягоды: чем отличается черешня от вишни Такие одинаковые, но разные ягоды: чем отличается черешня от вишни

Вишня и черешня похожи между собой, но все же отличаются

ТехИнсайдер
Математики научили нейросеть предсказывать будущее. Пока не слишком далекое Математики научили нейросеть предсказывать будущее. Пока не слишком далекое

Исследование показало, как мозг предсказывает будущее в режиме реального времени

ТехИнсайдер
Арбатский романс Арбатский романс

Тишина — имя этому дому

Seasons of life
Химпром запускает реакцию восстановления Химпром запускает реакцию восстановления

От чего зависят развитие и технологический суверенитет российского химпрома

РБК
Из-за этого у меня отняли ребенка: три жуткие реальные истории об алкоголизме Из-за этого у меня отняли ребенка: три жуткие реальные истории об алкоголизме

Три героини поделились с нами своими непростыми историями об алкоголизме

VOICE
Периферийное зрение Периферийное зрение

Карина Бесолти в своих работах отстаивает частного человека и его голос

СНОБ
Хитрости для дома, от которых вы будете в восторге: 7 удивительных методов использования магнитов Хитрости для дома, от которых вы будете в восторге: 7 удивительных методов использования магнитов

Для чего могут пригодиться магниты?

ТехИнсайдер
10 лучших сериалов про сумасшедших, душевнобольных и психбольницы. Часть II 10 лучших сериалов про сумасшедших, душевнобольных и психбольницы. Часть II

Сериалы о том, как безумие и ментальные проблемы влияют на людей и окружающих

Maxim
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
Пуд соли на двоих Пуд соли на двоих

Где заключаются браки и что нужно сделать, чтобы жить долго и счастливо?

Seasons of life
Зона бикини Зона бикини

Удаление волос – настоящее испытание для кожи

Лиза
В соцсетях обсуждают «Берберин», растительный аналог «Оземпика». Можно ли на нем похудеть и насколько это безопасно? В соцсетях обсуждают «Берберин», растительный аналог «Оземпика». Можно ли на нем похудеть и насколько это безопасно?

Как работают таблетки «Берберин» и помогут ли они похудеть?

Правила жизни
Интервью с детским нейрохирургом Шавкатом Кадыровым Интервью с детским нейрохирургом Шавкатом Кадыровым

Детский нейрохирург рассказал об изменениях, произошедших в нейрохирургии

СНОБ
10-летний мальчик после спуска с горки в США остался без головы! Трагичная история 10-летний мальчик после спуска с горки в США остался без головы! Трагичная история

Калеб Шваб буквально лишился головы из-за неудачного спуска с водной горки

ТехИнсайдер
Открыть в приложении