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
Старая новая дача Старая новая дача

Знакомьтесь с обновлённой версией дома для сезонного проживания

Идеи Вашего Дома
Алан Тьюринг Алан Тьюринг

Правила жизни математика, логика, криптографа Алана Тьюринга

Правила жизни
10 цитат Эрика Берна, которые помогут выстраивать отношения с кем угодно 10 цитат Эрика Берна, которые помогут выстраивать отношения с кем угодно

Цитаты из книг Эрика Берна, чтобы научиться выстраивать отношения с людьми

Psychologies
Искусство и заказ Искусство и заказ

Как платное и недешевое искусство менялось вслед за запросами аудитории

Правила жизни
Химия перенаправляет потоки Химия перенаправляет потоки

Санкции против промышленности привели к смене направлений

РБК
Многообещающие голливудские актрисы 1990-х, о которых все забыли – где они теперь? Многообещающие голливудские актрисы 1990-х, о которых все забыли – где они теперь?

Прошло пару десятков лет, и эти имена почти забыты

VOICE
«Жених младше на 10 лет»: самоназванная любовница Юрия Шатунова и Пьера Нарцисса выходит замуж «Жених младше на 10 лет»: самоназванная любовница Юрия Шатунова и Пьера Нарцисса выходит замуж

Ксения Грин сообщила, что выходит замуж за продюсера

VOICE
Что такое мысленный эксперимент с «кораблем Тесея»? Что такое мысленный эксперимент с «кораблем Тесея»?

Корабль — это сумма его досок, сумма историй его плаваний или все вместе?

ТехИнсайдер
Польза или вред: стоит ли тренироваться каждый день Польза или вред: стоит ли тренироваться каждый день

Что будет, если тренироваться каждый день? Крепкие мышцы или травмы?

Правила жизни
Не “сова” и не “жаворонок” — оказалось, у людей есть шесть основных хронотипов Не “сова” и не “жаворонок” — оказалось, у людей есть шесть основных хронотипов

Вы спите как сова или как волк?

ТехИнсайдер
Из бункера к звездам Из бункера к звездам

«Укрытие»: детектив, вестерн и тоталитарная антиутопия в одном сериале

Weekend
Как подготовиться к первому сексу девушкам и парням: 15 советов от сексолога Как подготовиться к первому сексу девушкам и парням: 15 советов от сексолога

Секс: что следует сделать до, во время и после этого ответственного события?

Psychologies
Дети, бедняки, улицы: как снимали первые женщины-фотографы Дети, бедняки, улицы: как снимали первые женщины-фотографы

Рассказываем о пяти женщинах, которые смотрели на мир через объектив

Forbes
Дама сдавала в багаж Дама сдавала в багаж

Выбираем вместительный чемодан и упаковываем его так, чтобы не было перевеса

Лиза
Как Мария Сибилла Мериан научила европейцев восхищаться гусеницами и жуками Как Мария Сибилла Мериан научила европейцев восхищаться гусеницами и жуками

Мария Сибилла Мериан сломала стереотипы и отправилась ловить бабочек в Америку

Forbes
Почему вам стоит купить масло черного тмина: плюсы и минусы Почему вам стоит купить масло черного тмина: плюсы и минусы

Масло черного тмина содержит множество полезных веществ

ТехИнсайдер
Родиной самого большого в мире геккона оказалась Новая Каледония Родиной самого большого в мире геккона оказалась Новая Каледония

Зоологи разобрались с происхождением самого большого в мире геккона

N+1
Рынок на десятки миллиардов: что такое ЦФА, как туда инвестировать и зачем это нужно Рынок на десятки миллиардов: что такое ЦФА, как туда инвестировать и зачем это нужно

Почему ЦФА могут быть интересны как инвестиционные активы

Forbes
(Не)равенство в прошлом и будущем | (In)equality in the Past and in the Future (Не)равенство в прошлом и будущем | (In)equality in the Past and in the Future

Взгляд авторов «влиятельных книг по экономической истории нового тысячелетия»

Позитивные изменения
5 признаков, что вы — жертва эмоционального насилия 5 признаков, что вы — жертва эмоционального насилия

Каким бывает эмоциональное насилие и почему мы предпочитаем о нем молчать?

Psychologies
Коробка впечатлений. 7 мест, куда отправиться этим летом Коробка впечатлений. 7 мест, куда отправиться этим летом

Куда можно отправиться летом за новыми эмоциями и впечатлениями?

СНОБ
От блокбастеров до острой курицы: как голливудский продюсер развивает сферу общепита От блокбастеров до острой курицы: как голливудский продюсер развивает сферу общепита

Продюсер Джон Дэвис развивает рестораны формата fast casual

Forbes
Как быстро охладиться: 4 научных способа Как быстро охладиться: 4 научных способа

Как спастись от жуткой жары?

ТехИнсайдер
Андрей Семенов: «Продолжим обеспечивать безопасные и комфортные перелеты» Андрей Семенов: «Продолжим обеспечивать безопасные и комфортные перелеты»

Российские авиакомпании привыкают жить без поддержки Boeing и Airbus

РБК
«Мой муж не стал приматом»: Анна Снаткина призналась, что Виктор Васильев снялся во втором сезоне сериале «Два холма» «Мой муж не стал приматом»: Анна Снаткина призналась, что Виктор Васильев снялся во втором сезоне сериале «Два холма»

Анна Снаткина рассказала о закулисье телепроекта «Два холма»

VOICE
Спутник Юпитера Европа может быть слишком холодным для развития жизни Спутник Юпитера Европа может быть слишком холодным для развития жизни

Ядро Европы не такое горячее, а значит тепла для развития жизни может не хватить

ТехИнсайдер
И рублем, и советом, и сервисом И рублем, и советом, и сервисом

Развитию туристической отрасли способствует комплексная господдержка

РБК
Как 64-летняя американка заработала $350 млн на мармеладках с каннабисом Как 64-летняя американка заработала $350 млн на мармеладках с каннабисом

Как Нэнси Уайтман начала свое дело, почерпнув идею из разговоров на вечеринке

Forbes
Александр Траугот Александр Траугот

За авторской росписью Александра Траугота охотятся фанаты и коллекционеры

Собака.ru
Открыть в приложении