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
«Я потеряю авторитет, если признаю ошибку»: почему так трудно извиняться — объяснение психолога «Я потеряю авторитет, если признаю ошибку»: почему так трудно извиняться — объяснение психолога

Почему необходимость извиниться заставляет чувствовать себя неловко и уязвимо

Psychologies
Как спастись от микропластика Как спастись от микропластика

Как сократить присутствие пластика в своей жизни?

Здоровье
Boston Dynamics улучшила знаменитого желтого робопса Spot - теперь он сам открывает двери Boston Dynamics улучшила знаменитого желтого робопса Spot - теперь он сам открывает двери

Робот-собака Boston Dynamics стал функциональнее

ТехИнсайдер
О чём пишут научно-популярные журналы мира О чём пишут научно-популярные журналы мира

Угроза от соли, раннее изучение иностранного языка и электрические самолеты

Наука и жизнь
Готовимся к отпуску: как правильно чистить чемодан Готовимся к отпуску: как правильно чистить чемодан

Как правильно почистить чемодан из ткани и из пластика

ТехИнсайдер
«Возражая, предлагайте решение»: как правильно уладить конфликт — 6 действенных способов «Возражая, предлагайте решение»: как правильно уладить конфликт — 6 действенных способов

Как сделать конфликт здоровым и извлечь из него пользу?

Psychologies
Внутри астероида Итокава найдена обычная соль — и эта находка уникальна Внутри астероида Итокава найдена обычная соль — и эта находка уникальна

Почему ученых так взволновал самый заурядный хлорид натрия?

ТехИнсайдер
ChatGPT разработал своего первого робота ChatGPT разработал своего первого робота

Могут ли роботы создавать роботов?

ТехИнсайдер
Как и почему сидр унес жизни 18 человек: объяснение врача-терапевта Как и почему сидр унес жизни 18 человек: объяснение врача-терапевта

Как выявить симптомы отравления метанолом на первых порах?

Psychologies
Кто ты без костюма: история непростых взаимоотношений моды и комиксов Кто ты без костюма: история непростых взаимоотношений моды и комиксов

Как американские комиксы и супергерои проникли в моду

Правила жизни
Что такое нейрографика? Что такое нейрографика?

Практика, в которой работают руки и… чувство прекрасного

Psychologies
Эстетика простоты Эстетика простоты

Текучая, визуально чистая архитектура, игра света и магия искусства

SALON-Interior
Японские инженеры испытали роборуку с живой мокрицей Японские инженеры испытали роборуку с живой мокрицей

Японские инженеры использовали мокрицу в качестве захвата для роборук

N+1
10 правил женщины, которая провела на свиданиях 10 000 часов: возьми их на заметку! 10 правил женщины, которая провела на свиданиях 10 000 часов: возьми их на заметку!

Как найти своего мужчину? Отвечает эксперт по свиданиям!

VOICE
Вакиты пока не вымерли Вакиты пока не вымерли

Зоологи обнаружили, что вакиты все еще существуют

N+1
Пять российских водок с выдающимся вкусом Пять российских водок с выдающимся вкусом

Необычная водка хороша собственными вкусовыми оттенками

Maxim
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
Трупная ткань может стать «эликсиром молодости» для кожи! Попробуете? Трупная ткань может стать «эликсиром молодости» для кожи! Попробуете?

Трупные клетки помогут вашей коже омолодиться

ТехИнсайдер
Почему люди с темной кожей должны использовать крем для загара? Интересный факт Почему люди с темной кожей должны использовать крем для загара? Интересный факт

Нужно ли темнокожим людям защищать свою кожу от солнца?

ТехИнсайдер
Герой триллеров: 5 лучших аудиокниг легендарного Джона Маррса Герой триллеров: 5 лучших аудиокниг легендарного Джона Маррса

Отправляемся в мир историй, леденящих душу!

Maxim
«Не цельтесь в уязвимые места»: 8 негласных правил ссоры — применяйте с партнером «Не цельтесь в уязвимые места»: 8 негласных правил ссоры — применяйте с партнером

Как выяснять отношения уважительно и каких ошибок стоит избегать?

Psychologies
«Обращайтесь адресно»: как правильно просить, чтобы не получить отказ — 7 психологических хитростей «Обращайтесь адресно»: как правильно просить, чтобы не получить отказ — 7 психологических хитростей

Психолог делится лайфхаками, которые позволят гарантированно получить желаемое

Psychologies
Пропускать душ и грызть ногти: 6 детских привычек, которые вообще-то полезны Пропускать душ и грызть ногти: 6 детских привычек, которые вообще-то полезны

Неэстетичные привычки, которые идут детям лишь на пользу

Psychologies
Что происходит в отечественном геймдеве Что происходит в отечественном геймдеве

Как на геймдев-индустрию повлияли санкции и где корпорации ищут новые таланты

СНОБ
Мотоциклы с коляской как лучшее средство взволновать девушку Мотоциклы с коляской как лучшее средство взволновать девушку

Когда-то мотоциклы с коляской играли важную роль в жизни людей

Maxim
Вдова Георгия Буркова: «После выхода «Иронии судьбы» Жора не мог спокойно выйти на улицу» Вдова Георгия Буркова: «После выхода «Иронии судьбы» Жора не мог спокойно выйти на улицу»

Бурков трижды приезжал в Москву поступать в театральное училище, но безуспешно

Коллекция. Караван историй
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
Полный порядок Полный порядок

Советы, которые помогут тебе сделать дом чистым и уютным

Лиза
Детское выгорание: как не вырастить несчастного профессионала из лучших побуждений Детское выгорание: как не вырастить несчастного профессионала из лучших побуждений

Как вырастить из ребенка счастливого профессионала и не допустить выгорания

Forbes
Открыть в приложении