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
Депривация сна усилила связь миндалевидного тела и передней поясной коры Депривация сна усилила связь миндалевидного тела и передней поясной коры

Бессонная ночь усиливает связь миндалевидного тела и передней поясной коры

N+1
Этническое чудо Этническое чудо

Сингапур взял лучшее от западной культуры и построил у себя XXII век

Вокруг света
Жаркая погода и озон в воздухе сделали собак агрессивными Жаркая погода и озон в воздухе сделали собак агрессивными

Агрессивность собак зависит от погодных условий

N+1
Душистые травы прованса Душистые травы прованса

Любители вкусно покушать при упоминании Прованса вспоминают прованские травы

Наука и жизнь
Разумозамещение Разумозамещение

Искусственный интеллект в финансовой сфере

Деньги
Этнокультурный вектор устойчивого развития. Женщины Севера Этнокультурный вектор устойчивого развития. Женщины Севера

Современные тренды устойчивого развития меняют подходы к управлению

РБК
Простые радости Простые радости

В лаконичном современном интерьере сохранены основные принципы функциональности

Идеи Вашего Дома
Не только в коктейли: 10 потрясающих методов использования кубиков льда, которые пригодятся каждому Не только в коктейли: 10 потрясающих методов использования кубиков льда, которые пригодятся каждому

Какие суперспособности есть у обычного кусочка льда?

ТехИнсайдер
6 признаков хорошей тренировки 6 признаков хорошей тренировки

Сигналы организма дадут понять, каких результатов стоит ждать от тренировок

Maxim
Влияют на гормоны и красоту: почему опасно носить солнцезащитные очки слишком долго Влияют на гормоны и красоту: почему опасно носить солнцезащитные очки слишком долго

Оказывается, солнцезащитные очки опасно носить подолгу

VOICE
Как распознать абьюз в семье: советы пожилым родителям Как распознать абьюз в семье: советы пожилым родителям

Как проявляется психологическое насилие над пожилыми людьми?

Psychologies
5 фэнтезийных циклов с экзотическими мирами 5 фэнтезийных циклов с экзотическими мирами

Ближний Восток, Азия, доколониальная Америка и Африка в сеттинге фэнтези

Maxim
Горячая йога: полезна ли она для здоровья, и что говорит наука Горячая йога: полезна ли она для здоровья, и что говорит наука

Почему бикрам-йога в последние годы приобрела значительную популярность

ТехИнсайдер
Виктор Цой родился 61 год назад. Он погиб в странном ДТП Виктор Цой родился 61 год назад. Он погиб в странном ДТП

Вспоминаем, как жил Виктор Цой и разбираем роковое ДТП с «Москвичом 2141»

РБК
Жившего 1,45 миллиона лет назад гоминина разделал другой гоминин Жившего 1,45 миллиона лет назад гоминина разделал другой гоминин

Возможно, это одно из древнейших свидетельств каннибализма

N+1
Старая новая дача Старая новая дача

Знакомьтесь с обновлённой версией дома для сезонного проживания

Идеи Вашего Дома
Кино на драйве: зачем «Формула-1» стала съемочной площадкой голливудского фильма Кино на драйве: зачем «Формула-1» стала съемочной площадкой голливудского фильма

Как и зачем «Формула-1» завоевывает мир с большого экрана

Forbes
Крутятся диски Крутятся диски

Утилизация отработавшей свое компьютерной техники оказалась выгодным делом

Наука
Умиротворение Умиротворение

В августе 1940 года немецкие самолеты совершили первый налёт на Великобританию

Дилетант
Думскроллинг: как перестать листать новости и уберечь себя от тревоги Думскроллинг: как перестать листать новости и уберечь себя от тревоги

Как перестать настойчивость читать новости? Как успокоиться?

Psychologies
Мечтают о деньгах и славе: куда пойдут учиться дети Волочковой, Глюкозы, Децла и других звезд Мечтают о деньгах и славе: куда пойдут учиться дети Волочковой, Глюкозы, Децла и других звезд

Повзрослевшим детям звезд предстоит выбрать жизненный путь

VOICE
«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
Длительную контрацепцию на основе вирусного вектора испытали на кошках Длительную контрацепцию на основе вирусного вектора испытали на кошках

Биологи предлагают использовать антимюллеров гормон для контрацепции кошек

N+1
«А мне все мало». Как побороть постоянное чувство голода «А мне все мало». Как побороть постоянное чувство голода

Что делать, если хочется есть, даже если ты недавно поела

Лиза
Медоносные пчелы плохо справились с опылением американских растений Медоносные пчелы плохо справились с опылением американских растений

Медоносные пчелы в Калифорнии оказались не слишком эффективными опылителями

N+1
Анна Котова: «Моя роль от меня не уйдет» Анна Котова: «Моя роль от меня не уйдет»

«Вода камень точит. Важно не сдаваться!»

Коллекция. Караван историй
Ледниковые прерии Ледниковые прерии

Что погубило тундростепь и мамонтовую фауну?

Вокруг света
«Мы решили рискнуть»: как живут и строят бизнес переехавшие в Сербию россияне «Мы решили рискнуть»: как живут и строят бизнес переехавшие в Сербию россияне

В каких сферах русскоязычные релоканты открывают собственный бизнес в Сербии

Forbes
Андрей Шапенко: «Счастливому руководителю проще вдохновить своих коллег» Андрей Шапенко: «Счастливому руководителю проще вдохновить своих коллег»

Зачем лидеру искать путь к счастью и транслировать ценности своим подчиненным?

РБК
Открыть в приложении