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
Нелегкий вопрос. Могут ли тополя менять пол и как избавиться от пуха Нелегкий вопрос. Могут ли тополя менять пол и как избавиться от пуха

Можно ли вывести тополя без пуха и как спасаться от него прямо сейчас?

СНОБ
Екатерина Борисова: «BIM — это больше чем проектирование» Екатерина Борисова: «BIM — это больше чем проектирование»

Как BIM-проектирование помогает избежать ошибок в документации и сократить сроки

РБК
10.203 10.203

10.203 — это творческое объединение и совместная мастерская уличных художников

Собака.ru
Солнечная защита Земли: новые детали Солнечная защита Земли: новые детали

Галактические космические лучи — очень опасный тип радиации

Наука и жизнь
Андрей Себрант: «Самые интересные профессии еще не появились» Андрей Себрант: «Самые интересные профессии еще не появились»

Кем быть в эпоху нестабильности с одной стороны, и расцвета технологий с другой?

РБК
Город для игр: как женщины-архитекторы создают необычные детские площадки Город для игр: как женщины-архитекторы создают необычные детские площадки

Игровые площадки — это точка притяжения не только для детей, но и для родителей

Forbes
«Пятница!» — это фабрика хороших новостей» «Пятница!» — это фабрика хороших новостей»

Своей невероятной энергией Тина Канделаки заряжает легко и сразу

OK!
Как не дать психологическим травмам испортить вашу жизнь Как не дать психологическим травмам испортить вашу жизнь

Как себе помочь и стать успешным и счастливым человеком, несмотря на травмы

Psychologies
Вегетарианка и чудачка: почему друзья Ильи Репина не любили его жену Наталью Нордман Вегетарианка и чудачка: почему друзья Ильи Репина не любили его жену Наталью Нордман

Какой была жена Ильи Репина Наталья Нордман?

Forbes
Рыбный день Рыбный день

Самые интересные места для рыбалки

Robb Report
Погребенной на кровати раннесредневековой девушке воссоздали лицо Погребенной на кровати раннесредневековой девушке воссоздали лицо

Художники восстановили внешность молодой девушки из раннего Средневековья

N+1
Квадрокоптер получил магнитный штепсель Квадрокоптер получил магнитный штепсель

Разработано дешевое решение для автономной подзарядки мультикоптеров

N+1
Алиментное соглашение: как превратить худшую часть развода в заботу о ребенке Алиментное соглашение: как превратить худшую часть развода в заботу о ребенке

Почему алиментное соглашение лучше судебного решения

Forbes
Самое важное о мойках высокого давления: отвечает эксперт Самое важное о мойках высокого давления: отвечает эксперт

Как выбрать мойку высокого давления для автомобиля?

CHIP
Потепление превратит снегопады в горах Северного полушария в проливные дожди Потепление превратит снегопады в горах Северного полушария в проливные дожди

Районы на высоте более 3000 метров станут уязвимы для экстремальных осадков

N+1
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
Ты и бывший: что остается после финала? Ты и бывший: что остается после финала?

Любовь однажды заканчивается, но след от нее растягивается на годы

VOICE
Орангутаны немного побитбоксили Орангутаны немного побитбоксили

Приматологи слушали вокализации орангутанов с островов Борнео и Калитаман

N+1
Нужно ли запрещать людям душиться перед походом ресторан? Вот где начали экспериментировать Нужно ли запрещать людям душиться перед походом ресторан? Вот где начали экспериментировать

Действительно ли запахи могут испортить удовольствие от еды?

ТехИнсайдер
Огоньки большого города Огоньки большого города

«Личная жизнь»: японская мелодрама из жизни социальных работников

Weekend
Отец отказался от короны: кто такая Виттория ди Савойя, внезапно ставшая первой наследницей трона Италии за 1000 лет Отец отказался от короны: кто такая Виттория ди Савойя, внезапно ставшая первой наследницей трона Италии за 1000 лет

Кто такая Виттория ди Савойя, и в каком положении она оказалась?

VOICE
Чем полезна черешня: объяснения нутрициолога Чем полезна черешня: объяснения нутрициолога

Как съесть ведро черешни и не умереть?

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

О плюсах и минусах мимолетных встреч

Psychologies
«Цитадель» братьев Руссо: как потратить более $300 млн на вторичный сериал «Цитадель» братьев Руссо: как потратить более $300 млн на вторичный сериал

Почему стриминги штампуют дорогостоящие, но вторичные проекты?

Forbes
В Тулу со своей семьей В Тулу со своей семьей

Готовый план путешествия на уик-энд в Тулу

Лиза
Покидая Галактику: откуда летят самые быстрые звезды Млечного Пути Покидая Галактику: откуда летят самые быстрые звезды Млечного Пути

Астрономы обнаружили жертвы грандиозных космических взрывов

Forbes
Диетологи предупреждают: рис таит в себе угрозу вашему здоровью Диетологи предупреждают: рис таит в себе угрозу вашему здоровью

Ряд учёных заявляет о вреде риса для здоровья человека

ТехИнсайдер
12 лучших и интересных шпионских фильмов СССР 12 лучших и интересных шпионских фильмов СССР

Необходимые для полноты картины советские шпионские триллеры 80-х

Maxim
«Обычно я не так легкомысленна, но…»: как и почему на нас влияет эротическая литература «Обычно я не так легкомысленна, но…»: как и почему на нас влияет эротическая литература

Каким терапевтическим эффектом обладают печатные постельные сцены?

Psychologies
Открыть в приложении