Учёные изучили микробное сообщество в эстуарии Рио-Тинто
В устье реки Рио-Тинто на юго-западе Испании кислая речная вода — загрязнённая тяжёлыми металлами из-за добычи руды и выветривания пород — смешивается с солёной водой Атлантического океана. Здесь микроорганизмы, любящие экстремальные условия, формируют уникальное сообщество. Они живут в воде с кислотностью, как у уксуса, устойчивы к высокой солёности, а некоторые также хорошо справляются с высоким уровнем токсичных металлов. Это биоценоз был изучен исследовательской группой под руководством профессора Андреаса Капплера и доцента Сары Кляйндинст из Центра прикладных наук о Земле Тюбингенского университета. Исследователи изучили, откуда микроорганизмы получают энергию для метаболизма в экстремальных условиях, и какое влияние микробы оказывают на осаждение или рассеивание тяжёлых металлов в эстуарии Рио-Тинто. Исследование опубликовано в последнем номере журнала Applied and Environmental Microbiology.
Загрязнение началось 5000 лет назад
«Загрязнение здесь началось очень рано, в халколите, около 5000 лет назад», — сообщает Сара Кляйндинст. Уже тогда люди добывали руду в верховьях реки над пиритовым поясом юга Пиренейского полуострова. Этот пояс содержит золото, серебро, медь, олово, свинец и железо, а также крупные месторождения сульфида железа. При добыче руды сульфид железа вступал в контакт с кислородом воздуха, что позволяло определённым микроорганизмам окислять железо и серу. «Это создаёт кроваво-красную, чрезвычайно кислую воду, которая ежегодно вымывает из пород тонны других токсичных металлов, таких как марганец, кобальт, никель и кадмий, и смывает их в реку», — говорит она.
Роль микроорганизмов в переносе металлов
Исследование тюбингенской команды показывает, что большинство микроорганизмов в речной воде получают энергию из растворённого железа. «В этом процессе они образуют железные минералы и осаждают другие токсичные металлы вокруг своей клеточной стенки. Эти агрегаты клеток и минералов затем транспортируются вниз по течению к эстуарию», — говорит Андреас Капплер.
Высокая концентрация хлоридов из морской воды токсична для любящих кислоту железоокисляющих микробов. «Большинство из них исчезают в эстуарии. Там их сменяют другие железоокислители, которые могут справляться с высокой солёностью. Кроме того, высокие уровни растворённого железа в эстуарии привлекают виды морских железоокислителей», — объясняет Кляйндинст. Именно они также образуют железные минералы в эстуарии и осаждают токсичные металлы, такие как мышьяк и хром, которые откладываются в осадке Рио-Тинто. Однако часть этих минералов транспортируется дальше к окраине моря. «Получая представление об этом микробном сообществе, мы узнаём больше о влиянии микроорганизмов на подвижность токсичных металлов в Рио-Тинто».
Сходство с Марсом и интерес астробиологов
Железоокисляющие бактерии в Рио-Тинто образуют красочные минералы, такие как гётит, красный гематит, швертманнит и ярозит, которые откладываются в речном осадке. «Примечательно, что те же минералы были обнаружены марсоходом Curiosity в осадке марсианского кратера Гейл. Образование таких минералов там могло быть спровоцировано 4,1–3,7 миллиарда лет назад похожими любящими кислоту микроорганизмами в крупной речной системе, подобной Рио-Тинто», — говорит ведущий автор исследования Сергей Абрамов из Тюбингенского университета. В то время на Марсе были более влажные условия и более умеренные температуры.
«Фактически, Рио-Тинто привлекает астробиологов со всего мира для изучения гипотетической жизни на Марсе», — добавляет Капплер. Он также видит другие сходства между эстуарием Рио-Тинто и Марсом: в эстуарии Рио-Тинто приливы Атлантического океана вызывают периодическое смешение кислой речной воды и морской воды; на Марсе аналогичные процессы могли происходить в активном осадочном цикле в кратере Гейл 3,7–3,6 миллиарда лет назад. В этот период озёрные и речные системы на Марсе также периодически пересыхали, а климат в системе эстуария Рио-Тинто вызывает соответствующее сезонное высыхание поймы, говорит Капплер.