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
Бретонцы обошли других жителей Франции по количеству генов от скотоводов бронзового века Бретонцы обошли других жителей Франции по количеству генов от скотоводов бронзового века

Генетически жители Бретани больше всего похожи на носителей кельтских языков

N+1
Vicootes Vicootes

Рагим Джафаров сочетает интеллектуальность с сюжетностью

Правила жизни
Откуда взялся Indian Pale Ale (IPA) и чем отличаются его сорта между собой. История и краткий гид Откуда взялся Indian Pale Ale (IPA) и чем отличаются его сорта между собой. История и краткий гид

Пора разобраться со путаницей Indian Pale Ale: с ее истоками и последствиями.

Maxim
Репортёр без границ Репортёр без границ

Роберт Капа дал сам себе задание рассказывать об аде, созданном человеком

Дилетант
Черви-костоеды поели акульих зубов Черви-костоеды поели акульих зубов

Оказывается, черви-костоеды едят не только акульи кости, но и зубы

N+1
Между «Севером — Югом» и «Западом — Востоком» Между «Севером — Югом» и «Западом — Востоком»

Потенциал развития сельского хозяйства Самарской области

Агроинвестор
«Профориентационные туристические маршруты помогут привлекать кадры» «Профориентационные туристические маршруты помогут привлекать кадры»

Чем промышленный туризм интересен бизнесу

РБК
Ангина, Лаки, Акула: как сегодня живут поп-дивы нулевых с самыми странными псевдонимами Ангина, Лаки, Акула: как сегодня живут поп-дивы нулевых с самыми странными псевдонимами

20 лет назад их треки гремели на всех танцполах страны. А что потом?

VOICE
Девушка из STEM: как Энн-Мари Имафидон стала самой известной британкой в технологиях Девушка из STEM: как Энн-Мари Имафидон стала самой известной британкой в технологиях

Главная заслуга Имафидон — системная поддержка девушек в науке и технологиях

Forbes
Ни в коем случае не наносите сметану: как быстро вылечить солнечный ожог и облегчить боль Ни в коем случае не наносите сметану: как быстро вылечить солнечный ожог и облегчить боль

Случайно уснули на солнце, пока загорали?

ТехИнсайдер
От Холлана до Мбаппе: десятка самых дорогих футболистов в мире От Холлана до Мбаппе: десятка самых дорогих футболистов в мире

Forbes.Спорт представляет десятку самых дорогих футболистов в мире

Forbes
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
Как сегодня выглядит певица Сандра, которая была звездой мировых дискотек, а потом ушла в тень из-за разбитого сердца Как сегодня выглядит певица Сандра, которая была звездой мировых дискотек, а потом ушла в тень из-за разбитого сердца

История суперзвезды конца XX века Сандры Ландер

VOICE
Украшения, сумки, часы: предметы роскоши, которые растут в цене Украшения, сумки, часы: предметы роскоши, которые растут в цене

Какие вещи люксового сегмента лидируют с точки зрения инвестиций

РБК
Секс без обязательств: вред или польза — узнайте правду Секс без обязательств: вред или польза — узнайте правду

О плюсах и минусах мимолетных встреч

Psychologies
Проклятие «Черной жемчужины»: 7 загадочных случаев исчезновения кораблей и их экипажей Проклятие «Черной жемчужины»: 7 загадочных случаев исчезновения кораблей и их экипажей

Истории, когда корабли и экипажи по необъяснимым причинам исчезали с радаров

Правила жизни
Александр Траугот Александр Траугот

За авторской росписью Александра Траугота охотятся фанаты и коллекционеры

Собака.ru
На чужом несчастье: как Стинг разрушил свой брак ради настоящей любви На чужом несчастье: как Стинг разрушил свой брак ради настоящей любви

Долгие семейные союзы в Голливуде редкость, но Стинг и Труди — исключение

VOICE
Самые травмоопасные виды спорта среди популярных Самые травмоопасные виды спорта среди популярных

Даже занятия бадминтоном могут привести к травме

Maxim
«Еще скажи — Вивальди на титры поставить» «Еще скажи — Вивальди на титры поставить»

Как звукорежиссеры создают эмоции в кино

Weekend
14 признаков того, что ты нашла свою родственную душу 14 признаков того, что ты нашла свою родственную душу

Признаки, которые указывают на то, что ты нашла свою родственную душу

VOICE
Перенос вагинальной микробиоты детям после кесарева сечения улучшил их нервно-психическое развитие Перенос вагинальной микробиоты детям после кесарева сечения улучшил их нервно-психическое развитие

Перенос вагинальной микробиоты детям улучшил их нервно-психическое развитие

N+1
Деревянные руки для робота: необычное изобретение Деревянные руки для робота: необычное изобретение

Теперь ученые использовали древесину для роботизированного захвата

ТехИнсайдер
Вторая жизнь. Уникальные автомобили, которые случайно нашли в гаражах Вторая жизнь. Уникальные автомобили, которые случайно нашли в гаражах

Редкие автомобили, которые были забыты в старых амбарах и гаражах

РБК
Самые уязвимые: как стигма в обществе влияет на женщин с ментальными расстройствами Самые уязвимые: как стигма в обществе влияет на женщин с ментальными расстройствами

Как стигматизация повышает уязвимость женщин с ментальными расстройствами

Forbes
Домогательства возле общежития МГУ: истории студенток и комментарий психолога Домогательства возле общежития МГУ: истории студенток и комментарий психолога

Анастасия Гурнева: «Уязвимых членов общества должно поддерживать само общество»

Psychologies
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
Я сижу на берегу Я сижу на берегу

Панически боишься воды? Лови советы нашего психолога

Лиза
«Развиваем толерантность»: как работают спортивные проекты для людей с инвалидностью «Развиваем толерантность»: как работают спортивные проекты для людей с инвалидностью

Истории героинь, которые занимаются спортом с людьми с инвалидностью

Forbes
Открыть в приложении