МИКРООРГАНИЗМЫ И ОБРАЗОВАНИЕ СПЕЛЕОТЕМЫ «ЛУННОЕ МОЛОКО» В КАРСТОВЫХ ПЕЩЕРАХ

Л.М. Кондратьева, О.С. Полевская

Аннотация


Геологи и спелеологи исследуют карстовые пещеры, рассматривая их внутренние пейзажи в макромасштабе. Для оценки динамики биогеохимических процессов, происходящих в пещерах в контактной зоне вода-порода в микромасштабе, проведено экспериментальное исследование трансформации карбонатов кальция при участии микробных комплексов, входящих в состав натечного образования (спелеотемы) «лунное молоко» из карстовой пещеры Снежная (Абхазия). Интенсивную адгезию микроорганизмов за счет продуцирования полимерного матрикса и образование биопленок на поверхности стекла наблюдали на 30-е сутки в присутствии дрожжевого экстракта при 23 °С независимо от концентрации кальцита. Наиболее активная агрегация кристаллов карбоната кальция и их растворение происходили под влиянием слизистых полимеров. Полное растворение 1 г/л кристаллов кальцита бактериальным консорциумом «лунное молоко» наблюдали при 4 °С. С помощью сканирующей электронной микроскопии были показаны разные этапы формирования биопленок и характер растворения кальцита. Дополнительное внесение примесей органических веществ стимулировало растворение кристаллов. Рассмотрены предпосылки для возможной кальцификации порового пространства карстовых пещер под влиянием экологических факторов.

Полный текст:

PDF

Как процитировать материал

Литература


Абдуллин ШР. Разнообразие трофической структуры экосистем пещер. Усп совр биол. 2014;134(2):192-204.

Базарова ЕП, Мазина СЕ, Ходырева ЕВ. Минералогические исследования в пещерной системе Снежная-Меженного-Иллюзия (Западный Кавказ, Бзыбский хребет): предварительные результаты и направления дальнейших работ. Спелеология и карстология. 2013;(10):76-85.

Вахрушев БА, Дублянский ВН, Амеличев ГН. Карст Бзыбского хребта. Западный Кавказ. М.: РУДН; 2001.

Власов АД. Разработка научно-методических подходов к мониторингу объектов культурного наследия антропогенных ландшафтов на основе исследования литобионтных систем. Автореф. дис. … канд. биол. наук. СПб.: СПбГУ; 2015.

Вернадский ВИ. Биосфера и ноосфера. М.: Наука; 1989.

Вернадский ВИ. Химическое строение Биосферы Земли и ее окружения. М.: Наука; 2001.

Заварзин ГА. Лекции по природоведческой микробиологии. М.: Наука, 2003.

Заварзин ГА. Эволюция прокариотной биосферы. Микробы в круговороте жизни: 120 лет спустя. Чтение им. СН Виноградского. М.: МАКС Пресс; 2011.

Кондратьева ЛМ, Литвиненко ЗН. Формирование биопленок микробными комплексами подземных вод in vitro. Биотехнология. 2014;(3):73-82.

Кондратьева ЛМ, Полевская ОС, Литвиненко ЗН, Голубева ЕМ, Коновалова НС. Роль микробного сообщества в формировании натечного образования «лунное молоко» в карстовой пещере Снежная (Абхазия). Микробиология. 2016;85(5):598-608.

Кулаков ВВ, Кондратьева ЛМ. Биогеохимические аспекты очистки подземных вод Приамурья. Тихоокеанская геология. 2008;27(1):109-18.

Мазина СЕ, Семиколенных АА. Различные формы лунного молока пещер России в свете проблемы генезиса. Пещеры. 2010;(33):34-44.

Максимович НГ, Хмурчик ВТ. Влияние микроорганизмов на минеральный состав и свойства грунтов. Вестник Пермского университета. 2012;3(16):47-54.

Максимович НГ, Мещерякова ОЮ, Хмурчик ВТ. Микробиологические процессы при нефтяном загрязнении карстовых массивов. Актуальные проблемы экологии и природопользования. 2010;(12):89-93.

Намсараев ББ, Бархутова ДД, Хахинов ВВ. Полевой практикум по водной микробиологии и гидрохимии. Методическое пособие. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского госуниверситета; 2006.

Николаев ЮА, Плакунов ВК. Биопленка – «город микробов» или аналог многоклеточного организма? Микробиология. 2007;76(2):149-63.

Оборин АА, Рубинштейн ЛМ, Хмурчик ВТ, Чурилова НС. Концепция организованности подземной биосферы. Екатеринбург: УрО РАН; 2004.

Семенов АМ, Федоренко ВН, Семенова ЕВ. Микроорганизмы на поверхности морских макрофитов в северных морях России и их возможное практическое использование. Биосфера. 2014;6:60-76.

Шварцев СЛ, Рыженко БН, Алексеев ВА. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода. Новосибирск: Изд-во СО РАН; 2007.

Abdullin SR. [The diversity of the trophic structure of cave ecosystems]. Uspekhi Sovremennoy Biologii. 2014;134(2):192-204. (In Russ.)

Bazarova EP, Mazina SE, Hodyreva EV. [Mineralogical investigations in the Snezhnaya-Mezhennogo-Illuziya cave system (Bzibskiy Ridge, Western Caucasus): preliminary results and directions for fuether research]. Speleologiya i Karstologiya. 2013;(10):76-85. (In Russ.)

Vakhrushev BA, Dublyansky BH, Amelichev GN. Karst Bzybskogo Khrabta. Zapadnyi Kavkaz. [Bzyb Karst Ridge. Western Caucasus]. Moscow: RUDN; 2001. (In Russ.)

Vlasov AD. [The Development of Scientific and Methodological Approaches to the Monitoring of Cultural Heritage of Anthropogenic Landscapes Based on Studies of Lithobiontic Systems]. PhD Theses. Saint Petersburg: SPbGU; 2015. (In Russ.)

Vernadsky VI. Biosfera i Noosfera. Moscow: Nauka, 1989. (In Russ.)

Vernadsky VI. Khimichaskoye Stroyeniye Biosfery Zemli I Yeyo Okruzheniya. [The Chemical Structure of Earth Biosphere and its Environment]. Moscow: Nauka, 2001. (In Russ.)

Zavarzin GA. Lektsii po Prirodovedchaskoy Mikrobiologii [Lectures on Naturalist Microbiology]. Moscow: Nauka; 2003. (In Russ.)

Zavarzin GA. Evoliutsiya Prokariotnoy Biosfery. Mikroby v Krugovorote Zhizni: 120 Let Spustia [The Evolution of the Prokaryotic Biosphere. Microbes in the Cycle of Life: 120 Years After]. Moscow: MAKS Press; 2011. (In Russ.)

Kondratyeva LM, Litvinenko ZN. [Biofilm formation by microbial complexes of underground waters in vitro]. Biotekhnologiya. 2014;(3):73-82. (In Russ.)

Kondratyeva LM, Polevskaya OS, Litvinenko ZN, Golubeva YeM, Konovalova NA. [The role of microbial community in the formation of moonmilk speleothems in Snezhnaya Karst cave (Abkhazia)]. Mikrobiologiya. 2016;85(5):598-608. (In Russ.)

Kulakov VV, Kondratyeva LM. [Biogeochemical aspects of groundwater cleansing in Amur Region]. Tikhookeanskaya Geologiya. 2008;27(1):109-18. (In Russ.)

Mazina CE, Semikolennykh AA. [Various forms of moonmilk in Russian caves in the light of the problem of their genesis]. Peschery. 2010;(33):34-44. (In Russ.)

Maksimovich NG, Khmurchik VT. [The Influence of microorganisms on the mineral composition and properties of soils]. Vestnik Permskogo Universiteta. 2012;3(16):47-54. (In Russ.)

Maksimovich NG, Mescheryakov OY, Khmurchik VT. [Microbiological processes in oil pollution of karst massifs. Aktualnye Problemy Ekologii i Prirodopolzovaliya]. 2010;(12):89-93. (In Russ.)

Namsaraev BB, Barkhutova DD, Khakhinov VV. [Field Workshop on Water Microbiology and Hydrochemistry.]. Ulan-Ude: Buryat State University; 2006. (In Russ.)

Nikolayev UA, Plakunov VC. [Biofilm: a «germ city» or an equivalent of the multicellular organism?]. Mikrobiologiya. 2007;76(2):149-63. (In Russ.)

Oborin AA, Rubinstein LM, Khmurchik VT, Churilova NS. Kontseptsiya Organizovannosti Podzemnoy Biosfery. [The Concept of Orderliness of Underground Biosphere]. Yekaterinburg: UrO RAN; 2004. (In Russ.)

Semenov AM, Fedorenko VN, Semenova EV. [Microorganisms on the surfaces of marine macrophytes in the Northern seas of Russia and prospects for their practical application]. Biosfera. 2014;6:60-76. (In Russ.)

Shvartsev CO, Ryzhenko BN, Alekseyev VA. Geologichaskaya Eboliytsiya i Sammorganizatsiya Sistemy Voda-Poroda [The Geological Evolution and Self-Organization of Water-Rock System]. Novosibirsk: SO RAN; 2007. (In Russ.)

Blyth AJ, Frisia S. Molecular evidence for bacterial mediation of calcite formation in cold highaltitude caves. Geomicrobiol J. 2008;25:101-11.

Boston P, Spilde M, Northup D, Melim L, Soroka D, Kleina L, Lavoie K, Hose L, Mallory L, Dahm C, Crossey L, Schelble R. Cave biosignature suites: Microbes, minerals and mars. Astrobiology. 2001;1:25-55.

Borsato A, Frisia S, Jones B, Van der Borg K. Calcite Moonmilk: crystal morphology and environment of formation in caves in the Italian Alps. J Sediment Res. 2000;70:1179-190.

Canaveras JC, Hoyos M, Sanchez-Moral S, Lario J, Laiz L, Gonzalez JM, Saiz-Jimenez C. On the origin of fiber calcite crystals in moonmilk deposits. Naturwissenschaften. 2006;93:27-32.

Curry M, Boston P, Spilde M, Baichtal J, Campbell A. Cottonballs, a unique subaqueous moonmilk, and abundant subaerial moonmilk in Cataract Cave, Tongass National Forest, Alaska. Int J Speleol. 2009;38:111-28.

Chirienco M. Calcite moonmilk in the Humpleu Cave System (Romania). The relationship between crystal morphology and cave topoclimate. Cave Karst Sci. 2002;29:101-4.

Cosmidis J, Benzerara K, Gheerbrant E, Esteve I, Bouya B, Amaghzaz M. Nanometer-scale characterization of exceptionally preserved bacterial fossils in Paleocene phosphorites from Ouled Abdoun (Morocco). Geobiology. 2013;11:139-53.

Costerton JW. The Biofilm Primer. Berlin, New York: Springer; 2007.

Costerton JW, Lewandowski Z, Caldwell DE, Korber JW, Lappin-Scott HM. Microbial biofilms. Annu Rev Microbiol. 1995;49:711-45.

Das T, Sehar S, Koop L, Wong YK, Ahmed S. Influence of calcium in extracellular DNA mediated bacterial aggregation and biofilm formation. PloS One. 2014;9(3):1-11.

Dubinina GA, Sorokina AYu. Neutrophilic lithotrophic iron-oxidizing prokaryotes and their role in the biogeochemical processes of the iron cycle. Microbiology (Moscow). 2014;83:1-15.

Ercole C, Cacchio P, BottaA L, Centi V, Lepidi A. Bacterially induced mineralization of calcium carbonate: The role of exopolysaccharides and capsular polysaccharides. Microscopy Microanalysis. 2007;13:42-50.

Hill CA, Forti P. Cave mineralogy and the NSS: past, present, future. J Cave Karst Stud. 2007;69:35-45.

Finnerant KT, Johnsen CV, Lovley DR. Rhodoferaxferrireducens sp. nov., a psychrotolerant, facultatively anaerobic bacterium that oxidizes acetate with the reduction of Fe(III). Int J Systemat Evolut Microbiol. 2003;53:669-73.

Flemming HC. Biofouling in water systems-cases, causes, counter measures. Appl Environ Biotechnol. 2002;59:629-40.

Flemming HC, Wingender J. The biofilm matrix. Nat Rev Microbiol. 2010;8:623-33.

Kerr RA. Life goes to extremes in the deep earth – and elsewhere. Science.1997;276:703-7.

Lehman RM, Colwell FS, Bala GA. Attached and unattached microbial communities in a simulated basalt aquifer under fracture- and porous-flow conditions. Appl Environ Microbiol. 2001;67:2799-809.

Mitchell AC, Ferris FG. The influence of Bacillus pasteurii on the nucleation and growth of calcium carbonate. Geomicrobiol J. 2006;23:213-26.

Mulec J, Zalar P, Zupan Hajna N, Rupnik M. Screening for culturable microorganisms from cave environments (Slovenia). Acta Carsologica. 2002;31(2):177-87.

Musgrove M, Banner JL. Controls on the spatial and temporal variability of Vadose dripwater geochemistry: Edwards Aquifer, central Texas. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2004;68:1007-20.

Perry TD, Duckworth OW, McNamara CJ, Martin ST. Mitchell R. Effects of the biologically produced polymer alginic acid on macroscopic and microscopic calcite dissolution rates. Environ Sci Technol. 2004;38:3040-6.

Portillo MC, Gonzales JM. Moonmilk deposits originate from specific bacterial communities in Altamira Cave (Spain). Microb Ecol. 2011;61:182-9.

Ras M, Lefebvre D, Derlon N, Paul E, Girbal-Neuhauser E. Extracellular polymeric substances diversity of biofilms grown under contrasted environmental conditions. Water Res. 2011;45:1529-38.

Richter DK, Immenhauser A, Neuser RD. Electron backscatter diffraction documents randomly orientated c-axes in moonmilk calcite fibres: Evidence for biologically induced precipitation. Sedimentology. 2008;55:487-97.

Salas ES, Bhartia R, Anderson L, Hug WF, Reid RD, Iturrino G, Edwards KJ. In situ detection of microbial life in the deep biosphere in igneous ocean crust. Front Microbiol. 2015;6:1260.

Sallstedt T, Ivarsson M, Lundberg J, Sjoberg R, Vidal Romani JR. Speleothem and biofilm formation in a granite/dolerite cave, Northern Sweden. Int J Speleol. 2014;43(3):305-13.

Sanchez-Moral S, Portillo MC, Janices I, Cuezva S, Fernandez-Cortes A, Canaveras JC, Gonzalez JM. The role of microorganisms in the formation of calcitic moonmilk deposits and speleothems in Altamira Cave. Geomorphology. 2012;139:285-92.

Summers EA, Paoletti MG, Beggio M, Dorigo L, Pamio A, Gomiero T, Furlan C, Brilli M, Dreon AL, Bertoni R, Squartini A. Comparative microbial community composition from secondary carbonate (moonmilk) deposits: implications for the Cansiliella servadeii cave hygropetric food web. Int J Speleol. 2013;42(3):181-92.

Sing R, Paul D, Jain RK. India Biofilms: implications in bioremediation. Tends Microbiol. 2006;14(9):49-64.

Styriakova I, Styriak I, Oberhansli H. Rock weathering by indigenous heterotrophic bacteria of Bacillus spp. at different temperature: a laboratory experiment. Minerol Petrol. 2012;105:135-44.

Sutherland IW. Biofilm exopolysaccharides: a strong and sticky framework. Microbiology. 2001;147(1):3-9.

Vesper DJ, Loop CM, White WB. Contaminant transport in karst aquifers. Theor Appl Karstol. 2001;(13-14):101-11.

Vorobyova E, Soina V, Gorlenko M, Minkovskaya N, Zalinova N, Mamukelashvili A, Gilichinsky D, Rivkina E, Vishnivetskaya T. The deep cold biosphere: facts and hypothesis. FEMS Microbiol Rev. 1997;(20):277-90.

Ye F, Peng G, Li Y. Influences of influent carbon source on extracellular polymeric substances (EPS) and physicochemical properties of activated sludge. Chemosphere. 2011;84:1250-5.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v9i2.357

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"