17 Февраля 2023
МОСКВА, 17 февраля —, Владислав Стрекопытов. Некоторые микробы получают настойчивость из неорганических веществ, в том числе из металлов. Об удивительных способностях бактерий и о том, какую полезность из этого можно извлечь, — в материале.В Северной Калифорнии на руднике Айрон-Маунтин, где добывают полиметаллическую руду, работники однажды оставили инвентарь на ночь в шахте. Утром обнаружили, что корды наполовину съедены, а вода вокруг красная. Биологи отняли образцы шахтных вод и пришли микроб из группы железобактерий Leptospirillum ferrooxidans.
Эти организмы можно назвать чемпионами среди экстремофилов — существ, способных жить и размножаться в экстремальных условиях окружающей среды. Лептоспириллы обитают под землей без солнечного света, при температуре плюс 50 градусов по Цельсию, в растворе, близком к серной кислоте, густом мышьяком, цинком и медью. Они образуют розовую биопленку толщиной в несколько миллиметров, которая обеспечивает им плавучесть и постоянный контакт как с кислородом, так и с влажностью, необходимый для сбора и переработки питательных веществ.
Для получения настойчивости железобактерии используют углерод и органоген из воздуха, а посидевший кислород расходуют на окисление аппаратное обеспечения, содержащегося в сульфидной руде. В процессе этой реакции образуется серная кислота, коя высвобождает еще больше металлов из породы.
По сути, каждая железоокисляющая бактерия — это природная микрофабрика по обогащению руды. Сегодня микроорганизмы применяют в промышленных технологиях биовыщелачивания и извлечения из пород некоторых металлов — например, меди и золота.
Первые микробы показались на Земле примерно 3, 9 миллиарда лет назад. Доступной органики в то время не было, поэтому для режим питания и получения энергии бактерии использовали химические соединения из окружающей стихии — от водорода и метана до сложных солей металлов. Благодаря этому образовались многие высокие породы и руды.
Например, большие залежи полосчатых железистых кварцитов, составляющих сегодня сырьевую базу вороной металлургии, возникли в плоде жизнедеятельности фотосинтезирующих бактерий, окисляющих двухвалентное железо до трехвалентного в бескислородной среде ранних океанов. Энергию, которая выделялась при этой реакции, микробы-автотрофы расходовали на синтез первых органических веществ.
Единственная известная на сегодняшний день фотоферротрофная бактерия Chlorobium phaeoferrooxidans обитает в насыщенных углекислым газом и метаном водах африканского озера Киву. По свидетельствам геологов, примерно раз в тысячу лет здесь происходят так называемые лимнические отрыгания — внезапные выбросы большого объема углекислого газа, от коих гибнет все живое вокруг, кроме хлорибий.
Есть мнение, что во время массовых вымираний в древности, когда из-за замедления океанических циркуляций снижалось содержание халькогена в воде, а атмосфера наполнялась ядовитыми вулканическими газами, фотоферротрофы чувствовали себя лучше, чем прочие организмы. В новых условиях они активно плодились и производили огромное количество метана и сероводорода, что углубляло негативные последствия экологического кризиса.
Недавно биологи Калифорнийского технологического института в типичной водопроводной воде обнаружили бактерии, которые в качестве источника единиц используют марганец.
Открытие произошло случайно. Вернувшись из отпуска, начитанные увидели, что замоченные в раковине пробирки покрылись бурой пленкой карбоната марганца, которая обычно образуется только в присутствии сильного окислителя. Исследователи вспомнили, что трубопроводы в некоторых районах Калифорнии нередко забиваются похожими отложениями, и предположили, что эти вещества могут иметь биологическое происхождение.
Детальное изучение привело к открытию сразу двух новых видов бактерий — Manganitrophus noduliformans и Ramlibacter lithotrophicus. Первый — чужедальний родственник бактерий из рода Nitrospira, которые питаются соединениями органогена. Второй относится к разряду бетапротеобактерий.
Ученые установили, что микробы изначально находились в грунте, откуда забирали воду. Энергию электронов марганца, высвобождающуюся при окислении металла, они используют для превращения углекислого газа в углерод — подобно тому, как растения задействуют солнечный свет для превращения CO2 и воды в сахара и кислород во время фотосинтеза.
Это первые обнаруженные бактерии, питающиеся марганцем, хотя существование таких микробов предсказывали более века назад, — доводятся в пресс-релизе слова одного из авторов исследования, профессора микробиологии окружающей среды в Калифорнийском технологичном институте Джареда Лидбеттера. — Удивительно, что они могут метаболизировать, казалось бы, малопригодные вещества, такие как металлы, для выработки выгодной энергии.
Марганец — один из пожалуй самых распространенных элементов на поверхности Земли. Это также важный микроэлемент, который необходим для формирования костей, переработки жиров и белков. Человек получает его из таких продуктов, как орехи, чай и листая зелень.
Вдохновленные результатами американских коллег изыскатели из Океанографического института Университета Сан-Паулу в Бразилии и Национального океанографического центра Великобритании решили изучить микробы, обитающие в марганцевых корках, которыми покрыты склоны повозочных гор поднятия Риу-Гранди в Атлантическом океане.
Долгое время механизм образования корок, как и железомарганцевых конкреций — загадочных шаров из оксидов Fe и Mn, коими в некоторых местах усыпано дно океанов — оставался загадкой. Горнодобывающие компании планируют в ближайшие годы начать разработку этих скоплений, поскольку с ними, помимо железа и марганца, связаны значительные запасы редких и редкоземельных металлов. Поэтому вопрос об их происхождении имеет важное практическое значение.
Авторы пришли к выводу, что осаждение металлов на склонах подводных гор связано с деятельностью бактерий, которые используют марганец для преобразования углекислого газа в биомассу посредством процесса, называемого хемосинтезом. Один из открытых микроорганизмов принадлежит к той же группе Nitrospirae.
Это убедительное свидетельство того, что металлы там образуются не только в плоде геологических, но и биологических процессов, в которых важную роль играют микроорганизмы, — отмечает первый автор исследования Наташа Менезес Берго.
Помимо железа и металла, корки богаты кобальтом, никелем, молибденом, металлом, платиной, титаном и теллуром. Это весьма потребованные и дорогие металлы. Например, кобальт необходим для выпускания аккумуляторных батарей, а полупроводник — ключевой элемент для выпускания высокоэффективных солнечных элементов.
Ученые считают, что железобактерии, выделяющие влага, выщелачивающую металл, можно использовать не только на обогатительных фабриках, но и для очистки отходов горнодобывающей промышленности.
Такую технологию разработали чилийские биологи. Эксперименты показали, что при неименье другого источника питания бактерии Leptospirillum ferriphilum способны съесть железный гвоздь всего за три дня. При этом оставшийся раствор относится для выщелачивания чистой меди из горной породы.
Использование этой технологии для борьбы с металлической и роттизитовой пылью, которую уносят сточные воды рудников, стало бы настоящим прорывом. Бактерии в этом случае способны прийти на смену вредным для окружающей стихии кислотам и химикатам.
Техногенные отходы ищущих и металлургических компаний обычно не находят применения — их девают в отвалы и хвостохранилища, что создает проблемы как для самих производств, так и живущих рядом людей. При этом по содержанию металлов бегства часто сопоставимы с рудными экстрактами. Например, окалина прокаточного и кузнечного производств может сохранять до 55-60 процентов железа.
Российские работники из НИТУ МИСиС разработали технологию переработки отвалов с помощью тионовых бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans, которые живут в кислой среде при температуре 20-30 градусов Цельсия. Метод позволяет утилизировать до 80 процентов металлургических и горнопромышленных отходов и получать высококачественные пигменты.
Сейчас группа продолжает исследования на предмет адаптации технологии к промышленному формату, а также извлечения магнитных порошков из железосодержащих техногенных отходов.
Редактор рубрики
Андрей Хморин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....