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
В Германии 300 человек собрались в церкви на необычную службу. Ее провел ChatGPT! В Германии 300 человек собрались в церкви на необычную службу. Ее провел ChatGPT!

Протестанты посетили церковную службу, сгенерированную искусственным интеллектом

ТехИнсайдер
Взрывной характер Взрывной характер

«Оппенгеймер»: дебаты о коммунизме, квантовая физика и охота на ведьм

Дилетант
Рецепторы мозга помогают разделить воображаемое и реальное Рецепторы мозга помогают разделить воображаемое и реальное

Ученые составили карту светофоров для мозга макак

ТехИнсайдер
Крадущийся тигр, возбудившийся дракон Крадущийся тигр, возбудившийся дракон

Рассказываем, какую роль играет секс в Японии и Китае

СНОБ
Ученые выяснили эволюционное значение мастурбации Ученые выяснили эволюционное значение мастурбации

Мастурбация повышает репродуктивный успех у самцов приматов

ТехИнсайдер
Казаки летом — модно или странно? Разбираемся раз и навсегда Казаки летом — модно или странно? Разбираемся раз и навсегда

Казаки летом: как же быть с этой фэшн-дилеммой?

VOICE
5 фактов об испанской инквизиции, о которых мало кто знает 5 фактов об испанской инквизиции, о которых мало кто знает

Оказывается, инквизиция не такая кровожадная организация, как мы привыкли думать

Maxim
Эстетика простоты Эстетика простоты

Текучая, визуально чистая архитектура, игра света и магия искусства

SALON-Interior
Часов много не бывает: первые умные «дайверы» Часов много не бывает: первые умные «дайверы»

Когда «дайверы» появились в линейке всех мужских часовых брендов

ТехИнсайдер
Нейл-табу: какие формы ногтей ненавидят мастера маникюра Нейл-табу: какие формы ногтей ненавидят мастера маникюра

Специалисты салонов рассказали, какие формы ногтей они не любят и почему

VOICE
Слова, помощь, подарки, время, прикосновения: 5 языков любви к себе — узнайте секреты бережного отношения Слова, помощь, подарки, время, прикосновения: 5 языков любви к себе — узнайте секреты бережного отношения

Любовь к себе — путешествие, которое требует увлеченности и преданности

Psychologies
«Ношу эту рубашку 20 лет». Пять историй о долгожителях гардероба «Ношу эту рубашку 20 лет». Пять историй о долгожителях гардероба

Девушки рассказали об одежде, обуви и сумках, которые они купили 10-20 лет

РБК
Что можно есть ночью, если ты не можешь уснуть и умираешь с голоду: большой список от диетологов Что можно есть ночью, если ты не можешь уснуть и умираешь с голоду: большой список от диетологов

Держи список блюд и продуктов, которыми можно перекусить посреди ночи

VOICE
Умиротворение Умиротворение

В августе 1940 года немецкие самолеты совершили первый налёт на Великобританию

Дилетант
Ищу хорошего психолога Ищу хорошего психолога

Найти хорошего психолога самостоятельно непросто

Лиза
5 летних образов с джинсовкой, которые покажут твой вкус: подборка от стилиста 5 летних образов с джинсовкой, которые покажут твой вкус: подборка от стилиста

Look'и с джинсовыми куртками из моды не выйдут никогда. Показываем и доказываем!

VOICE
Атмосфера нулевых: 7 лучших фильмов, чтобы переосмыслить то время Атмосфера нулевых: 7 лучших фильмов, чтобы переосмыслить то время

Несколько фильмов и сериалов, которые погрузят вас в нулевые

Maxim
Беседы с Хичкоком и пожары в Якутии: семь самых интересных фильмов Beat Film Festival Беседы с Хичкоком и пожары в Якутии: семь самых интересных фильмов Beat Film Festival

Картины конкурса Beat Film Festival, которые точно стоит посмотреть

Forbes
«Французская кухня в России и русской литературе» «Французская кухня в России и русской литературе»

Как русские классики писали о французских блюдах

N+1
«Год порно»: литературные откровения миллениала-провинциала «Год порно»: литературные откровения миллениала-провинциала

Критики называют Илью Мамаева-Найлз «российской Салли Руни»

Psychologies
Формула везения: можно ли объяснить удачу с научной точки зрения Формула везения: можно ли объяснить удачу с научной точки зрения

Что делать, чтобы удачные случайности стали происходить чаще?

Forbes
«Сумеречный сон»: как появился и почему исчез метод безболезненных родов, популярный в начале XX века «Сумеречный сон»: как появился и почему исчез метод безболезненных родов, популярный в начале XX века

В начале XX века газеты начали писать, что родить без боли возможно…

VOICE
Эти работники могут выдохнуть: 8 профессий, которые не сможет заменить ИИ (пока) Эти работники могут выдохнуть: 8 профессий, которые не сможет заменить ИИ (пока)

Какие профессии невозможно автоматизировать?

ТехИнсайдер
Пятое поколение. Land Rover Discovery и Ford Explorer на вторичном рынке Пятое поколение. Land Rover Discovery и Ford Explorer на вторичном рынке

Land Rover Discovery и Ford Explorer — какой из автомобилей предпочтительней?

4x4 Club
Вера Васильева: «Нужно быть готовым к любым поворотам судьбы и любить жизнь» Вера Васильева: «Нужно быть готовым к любым поворотам судьбы и любить жизнь»

Актриса Вера Васильева о детстве, театре и заботе

Коллекция. Караван историй
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
Генетики прочитали ДНК трех средневековых новгородцев из найденного в Юрьевом монастыре саргофага Генетики прочитали ДНК трех средневековых новгородцев из найденного в Юрьевом монастыре саргофага

Генетики прочитали останки людей, живших в XII или XIII веке

N+1
12 лучших и интересных шпионских фильмов СССР 12 лучших и интересных шпионских фильмов СССР

Необходимые для полноты картины советские шпионские триллеры 80-х

Maxim
«Мое проклятье! Я далеко не идеальна!»: Наталья Ионова рассказала Павлу Воле о своей травме «Мое проклятье! Я далеко не идеальна!»: Наталья Ионова рассказала Павлу Воле о своей травме

36-летняя певица Наталья Ионова призналась, что у нее нет ногтя на пальце

VOICE
Открыть в приложении