Влияние факторов водной среды на минерализацию цианобактерий и зеленых водорослей (Республика Коми)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В работе приведена характеристика кристаллических образований, формирующихся во внеклеточном полимерном веществе колониальных слизистых чехлов фототрофных микроорганизмов, обитающих на поверхности погруженных субстратов в водах рек бассейна Северной Двины на юге Республики Коми. Исследована минерализация колоний цианобактерий Gloeotrichia sp. и зеленой водоросли Chaetophora elegans. Эти микроорганизмы обитают в речных водах трех гидрохимических типов: гидрокарбонатных магниево-кальциевых — типичных для зоны тайги умеренно континентального климата; гидрокарбонатно-сульфатных магниево-кальциевых и техногенно загрязненных хлоридно-натриевых. На примере ультрапресных — солоноватых (0.2—2.8 г/дм3) вод показано, что геохимия водной среды является одним из наиболее важных факторов, влияющих на процесс биоминералообразования. Методами рентгеновской дифрактометрии, электронной микроскопии, микрозондового анализа и ИК-спектроскопии в высушенных образцах микроорганизмов установлены кальцит, фатерит, кварц и галит. Представлены морфологические особенности микроминералов. Кристаллы и агрегаты карбоната кальция формируются в пределах экзогенных слизистых образований колоний водорослей и цианобактерий. Изотопный состав углерода карбонатов (δ13C –7.5 и –3.8 ‰ PDB) указывает на их биогенную природу. Образование минеральных фаз, морфологические особенности кристаллов и степень биоминерализации колоний микроорганизмов обусловлены и физико-химическими параметрами водной среды. Оценены возможности хемогенного карбонатообразования.

Об авторах

Т. П. Митюшева

Институт геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mityusheva@geo.komisc.ru
Россия, Сыктывкар

В. И. Каткова

Институт геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Email: katkova@geo.komisc.ru
Россия, Сыктывкар

В. Н. Филиппов

Институт геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Email: mityusheva@geo.komisc.ru
Россия, Сыктывкар

Е. М. Тропников

Институт геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Email: mityusheva@geo.komisc.ru
Россия, Сыктывкар

Е. Н. Патова

Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Email: patova@ib.komisc.ru
Россия, Сыктывкар

Список литературы

  1. Билан М. И., Усов А. И. Полисахариды известковых водорослей и их влияние на процесс кальцификации // Биоорганическая химия. 2001. Т. 27. № 1. С. 4—20. Bilan M. I., Usov A. I. Polysaccharides of calcareous algae and their influence on the process of calcification. Bioorganic chemistry, 2001, V. 27, No. 1, pp. 4—20. (in Russian)
  2. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты / С. Р. Крайнов, Б. Н. Рыженко, В. М. Швец. М.: Наука, 2004. 677 с. Geochemistry of groundwater. Theoretical, applied and environmental aspects. S. R. Krainov, B. N. Ryzhenko, V. M. Shvets. Moscow: Nauka, 2004, 677 p. (in Russian)
  3. Герасименко Л. М., Сапова Е. В., Орлеанский В. К., Ушатинская Г. Т., Жегалло Е. А. Розанов А. Ю., Заварзин Г. А. Силицификация цианобактерий в лабораторной культуре // Кварц, кремнезем. Сыктывкар: Геопринт, 2004. С. 276—277. Gerasimenko L. M., Sapova E. V., Orleansky V. K., Ushatinskaya G. T., Zhegallo E. A. Rozanov A. Yu., Zavarzin G. A. Silicification of cyanobacteria in laboratory culture. In: Quartz, silica. Syktyvkar: Geoprint, 2004, pp. 276—277. (in Russian)
  4. Заварзин Г. А. Микробный геохимический цикл кальция // Микробиология. 2002. Т. 71. № 1. С. 5—22. Zavarzin G. A. Microbial geochemical cycle of calcium. Microbiology, 2002, V. 7, No. 1, рр. 5—22. (in Russian)
  5. Исаченко Б. Л. О биогенном образовании карбоната кальция // Микробиология. 1948. Т. XVII. Вып. 2. С. 118—125. Isachenko B. L. On the biogenic formation of calcium carbonate. Microbiology, 1948, V. XVII, No. 2, рр. 118—125. (in Russian)
  6. Карпов Г. А., Жегалло Е. А., Герасименко Л. М., Зайцева Л. В., Орлеанский В. К., Самылина О. С. Биолитогенез в современных гейзеритах Камчатки. Владивосток: Дальнаука, 2016. 70 с. Karpov G. A., Zhegallo E. A., Gerasimenko L. M., Zajceva L. V., Orleanskij V. K., Samylina O. S. Biolithogenesis in modern geyserites of Kamchatka. Vladivostok: Dalnauka, 2016, 70 р. (in Russian)
  7. Каткова В. И., Митюшева Т. П., Филиппов В. Н., Симакова Ю. С. Минеральные включения в цианобактериях из водных объектов юга Республики Коми // Вестник Кольского научного центра РАН. 2017. № 4. С. 65— 71.
  8. Katkova V. I., Mityusheva T. P., Filippov V. N., Simakova Yu. S. Mineral inclusions in cyanobacteria from water bodies in the south of the Komi Republic. Bulletin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2017, No. 4, рр. 65— 71. (in Russian)
  9. Каткова В. И., Митюшева Т. П., Тетерюк Б. И. Особенности минерализации рдестов реки Вымь (Республика Коми) // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2019. № 1(37), С. 69—75. doi: 10.19110/1994-5655-2019-1-69-75. Katkova V. I., Mityusheva T. P., Teteryuk B. I. Features of the mineralization of pondweeds in the Vym River (Komi Republic). Proceedings of Komi SC UB RAS, 2019, V. 1, No 37. рр. 69—75. (in Russian)
  10. Митюшева Т. П. Техногенная гидрогеохимическая аномалия в районе Сереговского рассолопромысла (Республика Коми) // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении: Науч. чтения памяти П. Н. Чирвинского: Сб. науч. ст. / Перм. гос. нац. исслед. ун-т. Пермь, 2017. Вып. 20. С. 262—269. Mityusheva T. P. Technogenic hydrogeochemical anomaly in the area of the Seregovsky brine field (Komi Republic). Problems of mineralogy, petrography and metallogeny. Scientific readings in memory of P. N. Chirvinsky: collection of articles of Perm State National Research University, Perm, 2017, Issue 20, pp. 262—269. (in Russian)
  11. Самылина О. С., Зайцева Л. В., Груздев Д. С., Патутина Е. О., Прокин А. А. Микробиолиты содово-соленого озера Лос-Сиснес (о. Огненная Земля, Чили) // Палеонтологический журнал. 2022. № 4. С. 95—106. Samylina O. S., Zaitseva L. V., Gruzdev D. S., Patutina E. O., Prokin A. A. Microbiolites of the soda-salt lake Los Cisnes (Terra del Fuego Island, Chile). Paleontological Journal, 2022, No. 4, pp. 95—106. (in Russian)
  12. Цыренова Д. Д., Бархутова Д. Д., Бурюхаев С. П., Лазарева Е. В., Брянская А. В., Замана Л. В. Разнообразие цианобактерий и их участие в образовании минералов в гидротермах Баунтовской группы (Байкальская рифтовая зона) // Микробиология. 2018. Т. 87. № 4. С. 373—385. Tsyrenova D. D., Barkhutova D. D., Buryukhaev S. P., Lazareva E. V., Bryanskaya A. V., Zamana L. V. Diversity of cyanobacteria and their participation in the formation of minerals in hydrotherms of the Bauntovskaya Group (Baikal Rift zone). Microbiology, 2018, V. 87, No. 4, pp. 373—385. (in Russian)
  13. Dhami N.K., Sudhakara R. M., Mukherjee A. Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications: a review // Frontiers in Microbiology, 2013. Vol. 4. P. 1—13. doi: 10.3389/fmicb.2013.00314
  14. Dittrich M., Obst M. Are Picoplankton Responsible for Calcite Precipitation in Lakes? AMBIO: A Journal of the Human Environment, 2004. Vol. 33(8). рр. 559—564. doi: 10.1579/0044-7447-33.8.559
  15. Dupraz C., Reid R. P., Visscher P. T. Microbialites, Modern. Encyclopedia of Earth Sciences Series, 2011, pp. 617—635. doi: 10.1007/978-1-4020-9212-1_195
  16. Dupraz C. R., Reid R. P., Braissant O., Decho A. W., Norman R. S., Visscher P. T. Processes of carbonate precipitation in modern microbial mats // Earth-Science Reviews, 2009. Vol. 96. № 3. рр. 141—162. doi: 10.1016/j.earscirev.2008.10.005
  17. Ehrlich H. Biominerals // Biological Materials of Marine Origin. Springer Netherlands, 2010. рр. 133—152.
  18. Kamennaya N. A., Ajo-Franklin C. M., Northen T., Jansson C. Cyanobacteria as Biocatalysts for Carbonate Mineralization // Minerals, 2012. № 2. рр. 338—364. doi: 10.3390/min2040338
  19. Konishi Y., Tsukiyama T, Ohno K, Saitoh N, Nomura T, Nagamine S. Intracellular recovery of gold by microbial reduction of AuCl–4 ions using the anaerobic bacterium Shewanella algae // Hydrometallurgy, 2006, 81. рр. 24—29. doi: 10.1016/j.hydromet.2005.09.006
  20. Obst M., Dittrich M., Kuehn H. Calcium absorption and changes of the surface microtopography of cyanobacteria studied by AFM, CFM, and TEM with respect to biogenic calcite nucleation, Geochem. Geophys. Geosyst., 2006. Vol. 7. № 6. рр. 1—15. doi: 10.1029/2005GC001172
  21. Phillips A. J., Gerlach R., Lauchnor E., Mitchell A. C., Cunningham A. B., Spangler L. Engineered applications of ureolytic biomineralization: a review // Biofouling, 2013. Vol. 29. № 6. рр. 715—733. doi: 10.1080/08927014.2013.796550
  22. Pentecost A., Riding R. Biomineralization in lower plants and animals. Oxford: Clarendon Press, 1986. P. 73—90.
  23. Rivadeneyra, M. A., Delgado, R., Moral, A., Ferrer, M. R., Ramos-Cormenzana, A. Precipitation of calcium carbonate by Vibrio spp. from an inland saltern // FEMS Microbiology. Ecology, 1994. Vol. 13. рр. 197—204. doi: 10.1016/0168-6496 (94)90013-2
  24. Qiang Shen, Hao Wei, Yong Zhou, Yaping Huang, Hengrui Yang, Dujin Wang and Duanfu Xu. Properties of Amorphous Calcium Carbonate and the Template Action of Vaterite Spheres // J. Phys. Chem. B, 2006. Vol. 110 (7). рр. 2994-3000. doi: 10.1021/jp055063o
  25. Yoshida N, Higashimura E, Saeki Y. Catalytic biomineralization of fluorescent calcite by the thermophilic bacterium Geobacillus thermoglucosidasius // Applied and environmental microbiology, 2010. Vol.76. № 21. рр. 7322—7327. DOI: org/10.1128%2FAEM.01767-10

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Минерализованная колония цианобактерии Глеотрихия (обр. 21-90): а — общий вид; b — cросток кристаллов кальцита. CЭМ-снимки сделаны на JSM-6400 JEOL и Tescan Vega 3 LMH

Скачать (149KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фосфатные гранулы в структуре клеток Глеотрихии (обр. 21-90). РЭМ-изображение в режиме вторичных электронов. CЭМ-снимок на JSM-6400 JEOL

Скачать (98KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Скелетные кристаллы кальцита в слизистом полимерном веществе (обр. 21-95). SEM-изображение в режиме отраженных электронов на Tescan Vega 3 LMH

Скачать (67KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фатерит (карбонат кальция) (обр. 21-95): а — сферические и линзовидные образования фатерита во внеклеточном полимерном органическом веществе зеленых водорослей; b — особенности морфологии поверхности полусфер фатерита. SEM-изображение в режиме отраженных электронов на Tescan Vega 3 LMH

Скачать (89KB)
Метаданные

© Митюшева Т.П., Каткова В.И., Филиппов В.Н., Тропников Е.М., Патова Е.Н., 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».