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
«Быть собой: Новая теория сознания» «Быть собой: Новая теория сознания»

Восприятие — это результат предсказаний мозга насчет источников сигналов

N+1
«На те же грабли»: 5 причин, из-за которых мы притягиваем похожие неприятности «На те же грабли»: 5 причин, из-за которых мы притягиваем похожие неприятности

Как выйти из порочного круга и почему он возникает?

Psychologies
Жук-бомбардир и клоп-хищнец подтвердили взаимовыгодный характер квазибейтсовской мимикрии Жук-бомбардир и клоп-хищнец подтвердили взаимовыгодный характер квазибейтсовской мимикрии

Встреча хищника с одним из этих видов снижает риск нападения на второй

N+1
Колода джокеров и сорок сценариев будущего Колода джокеров и сорок сценариев будущего

Прогнозист Александр Чулок — о том, по какому пути может пойти развитие общества

РБК
«Американец китайского происхождения»: звезды «Все везде и сразу» в фэнтези от Disney «Американец китайского происхождения»: звезды «Все везде и сразу» в фэнтези от Disney

«Американец китайского происхождения» — добротный сериал для разных возрастов

Forbes
Скучать на даче? Некогда! Скучать на даче? Некогда!

Дачный отдых открывает массу возможностей для развития ребенка

Лиза
8 бытовых проблем, с которыми может справиться обычный пинцет — берите на заметку! 8 бытовых проблем, с которыми может справиться обычный пинцет — берите на заметку!

Это крошечное, но очень полезное приспособление должно быть в каждом доме

ТехИнсайдер
Маски с грядки Маски с грядки

Достойная замена дорогим салонным процедурам из простых и доступных ингредиентов

Лиза
Стоит ли инвестировать в автомобили и как это делать выгодно: 3 способа Стоит ли инвестировать в автомобили и как это делать выгодно: 3 способа

Можно ли заработать на инвестициях в автомобили?

РБК
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
Сколько нужно времени, чтобы он в тебя влюбился: вот что говорят мужчины Сколько нужно времени, чтобы он в тебя влюбился: вот что говорят мужчины

Существует ли любовь с первого взгляда и сколько минут нужно, чтобы влюбиться?

VOICE
Вирус здоровой крови Вирус здоровой крови

Новый метод лечения гемофилии работает прямо из человеческой клетки

Наука
Неолитические жители Далмации оказались овцеводами Неолитические жители Далмации оказались овцеводами

В начале VI тысячелетия до нашей эры в Далмации проживали овцеводы

N+1
Море зовет: 10 организаций, занимающихся защитой океанов Море зовет: 10 организаций, занимающихся защитой океанов

Рассказываем о тех, кто спасает побережья от загрязнения и бережет морскую фауну

Правила жизни
Как оставить хорошее впечатление о себе после первой встречи? Совет эксперта Как оставить хорошее впечатление о себе после первой встречи? Совет эксперта

Какой тактики придерживаться, чтобы ваш собеседник захотел встретиться еще раз?

ТехИнсайдер
Этому древнему хищнику оторвали голову одним мощным укусом: кто мог это сделать? Этому древнему хищнику оторвали голову одним мощным укусом: кто мог это сделать?

В среднем триасе даже охотник мог стать жертвой

ТехИнсайдер
Ах, какие ножки! Ах, какие ножки!

Летом ноги находятся в зоне особого внимания. Пора привести их в порядок

Лиза
Как выглядит в обычной жизни самая красивая принцесса Иордании - и какой она была еще несколько лет назад Как выглядит в обычной жизни самая красивая принцесса Иордании - и какой она была еще несколько лет назад

Хаала бинт аль Хашим проснулась знаменитой после свадьбы своего кузена

VOICE
«Север России — стратегически важный для нас регион» «Север России — стратегически важный для нас регион»

Север, Сибирь и Дальний Восток, — объект пристального внимания государства

РБК
Астрономы нашли причину старого гамма-всплеска — это «крик» умирающей звезды Астрономы нашли причину старого гамма-всплеска — это «крик» умирающей звезды

Мощный гамма-всплеск в октябре 2019 года был вызван взрывом массивной сверхновой

ТехИнсайдер
Реакция на обонятельные стимулы предсказала восстановление сознания Реакция на обонятельные стимулы предсказала восстановление сознания

Ученые исследовали людей без реакции на запахи

N+1
Дубайская земля Дубайская земля

Сложно представить, но лет сорок назад Дубай был сонной рыбацкой деревушкой

Robb Report
Михаил Уржумцев Михаил Уржумцев

Михаил Уржумцев уже 30 лет пишет новейшую историю модной индустрии страны

Собака.ru
Летние неприятности Летние неприятности

Лето – время отпусков и детских кишечных инфекций

Здоровье
На северо-западе Франции нашли три клада эпохи бронзы На северо-западе Франции нашли три клада эпохи бронзы

Во французской Бретани обнаружили три древних клада

N+1
Мечтательная страсть. Тест-драйв очень быстрого электроседана Voyah Мечтательная страсть. Тест-драйв очень быстрого электроседана Voyah

Первое знакомство с электрическими новинками Voyah

РБК
Ученые выяснили эволюционное значение мастурбации Ученые выяснили эволюционное значение мастурбации

Мастурбация повышает репродуктивный успех у самцов приматов

ТехИнсайдер
Тонкое взаимодействие Тонкое взаимодействие

Интерьер дома, построенного по индивидуальному проекту, сложился подобно пазлу

Идеи Вашего Дома
Почему мы теряем веру в себя и как ее вернуть? Почему мы теряем веру в себя и как ее вернуть?

Почему порой мы чувствуем, что не заслуживаем ничего хорошего?

Psychologies
Открыть в приложении