Бактерии, питающиеся серой, снижают кислотный сток и выбросы CO₂

Кислотный дренаж шахтных вод (AMD) возникает, когда сера в хвостохранилищах реагирует с водой и кислородом, образуя серную кислоту. Это серьёзная экологическая проблема, влияющая на закисление озёр и качество воды. AMD также способствует изменению климата: серная кислота растворяет карбонатные минералы в породе, высвобождая CO₂ в процессе кислотного выветривания пород.

Используя две линии на канадском источнике синхротронного излучения (CLS) и одну на усовершенствованном источнике света (ALS), исследователи из Университета Макмастера обнаружили, что два вида бактерий, выделенных из хвостохранилища в Северном Онтарио, совместно ограничивают производство кислоты, используя серу в отходах как общий источник энергии.

Открытие, сделанное аспиранткой Келси Норлунд и её научным руководителем Лесли Уоррен при помощи опытного исследователя Адама Хичкока, не только показывает, как бактерии могут изменять среду, но и может привести к пересмотру оценок выбросов углерода от кислотного выветривания в глобальных моделях — вплоть до 26 миллионов тонн.

«До этой работы наше понимание работы этой системы в основном основывалось на химических моделях качества воды в этих хвостохранилищах: химии серы, pH и т.д. Все знали, что там есть бактерии и они играют роль, но эта роль не была хорошо описана», — объясняет Уоррен.

Бактерии, штаммы Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidiphilium spp., совместно образуют микроскопические «капсулы»: A. ferrooxidans снаружи, а Acidiphilium внутри. Хотя оба микроба могут использовать элементарную серу как источник энергии, Норлунд и Уоррен обнаружили, что только A. ferrooxidans потребляет сырую серу, производя различные химические формы, которые затем метаболизируются клетками Acidiphilium. В свою очередь, образующиеся соединения серы могут быть повторно использованы A. ferrooxidans. Результат — микроскопический геохимический реактор, где каждый вид микробов питается серосодержащими побочными продуктами другого, а не конкурирует за один источник пищи.

«Мы смогли увидеть, как эти разные бактерии организуют различные типы серы. Это высокоорганизованное, кооперативное экологическое партнёрство. Отходы одного штамма — пища для другого, но они не просто используют остатки — они фактически восстанавливают пищевой ресурс друг друга», — говорит Норлунд.

Такое циклирование соединений серы значительно снижает количество серы, доступной для образования серной кислоты, растворения карбонатных пород и высвобождения CO₂. По оценкам Норлунд, из-за этого цикла в атмосферу попадает на 40–90% меньше углерода, чем предсказывалось на основе только химии серы.

Следующие шаги команды включают дополнительное время на CLS для изучения того, как формируются микробные «капсулы», а также поиск подобных партнёрств в других экосистемах для оценки их роли в глобальных геохимических циклах.

«Мы подозреваем, что такие отношения довольно распространены. Это просто вопрос того, где и что искать», — говорит Уоррен.