Influence of aquatic environmental factors on mineralisation of cyanobacteria and green algae (Komi Republic)

封面

如何引用文章

全文:

详细

This article describes crystallization formed in the exogenous mucous sheath of phototrophic microorganisms living in the surface waters of the south area of the Komi Republic. The mineralization of colonies of cyanobacteria of the Gloeotrichia sp. and green algae Chaetophora elegans was studied. The waters of rivers in the Northern Dvina basin have been studied as habitats for the microorganisms. They have a different composition: HCO3 Ca–Mg, typical for the taiga zone of a temperate continental climate; SO4–HCO3 Ca–Mg and Cl–Na (in the zone of technogenic pollution). Using the example of these neutral — weakly alkaline ultrafresh — salty (0.2—2.8 g/L) waters, it is shown that the geochemistry of the aquatic environment is one of the most important factors influencing the minerogenesis. Calcite, vaterite, quartz and halite were identified in dried colonies of microorganisms within the extracellular polymeric substance using the methods of X-ray diffractometry, electron microscopy, microprobe analysis and IR spectroscopy. The morphological features of microminerals are presented depending on the type of microorganisms. Calcium carbonate crystals and aggregates are formed within the exogenous mucous sheath of algae and cyanophytes. The carbon isotope composition of carbonates (δ13C –7.5 and –3.8 ‰ PDB) indicates their organic nature. The formation of minerals, morphological features of crystals and the degree of biomineralisation of colonies of phototrophic microorganisms are conditioned by the physicochemical parameters of the aquatic environment. The possibilities of chemogenic precipitation of carbonates from the studied natural waters were assessed.

作者简介

Т. Mityusheva

Institute of Geology of the Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: mityusheva@geo.komisc.ru
俄罗斯联邦, Syktyvkar

V. Katkova

Institute of Geology of the Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: katkova@geo.komisc.ru
俄罗斯联邦, Syktyvkar

V. Filippov

Institute of Geology of the Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mityusheva@geo.komisc.ru
俄罗斯联邦, Syktyvkar

E. Tropnikov

Institute of Geology of the Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mityusheva@geo.komisc.ru
俄罗斯联邦, Syktyvkar

E. Patova

Institute of Biology of the Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: patova@ib.komisc.ru
俄罗斯联邦, Syktyvkar

参考

  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

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Mineralized colony of cyanobacteria Gleotrichia (sample 21-90): a — general view; b — intergrowth of calcite crystals. SAM pictures were taken by JSM-6400 JEOL and Tescan Vega 3 LMH

下载 (149KB)
3. Fig. 2. Phosphate granules in the structure of Gleotrichia cells (sample 21-90). SEM image in the secondary electron mode of JSM-6400 JEOL

下载 (98KB)
4. Fig. 3. Skeletal calcite crystals in the mucous substance (sample 21-95). SEM image in the reflected electron mode Tescan Vega 3 LMH

下载 (67KB)
5. Fig. 4. Vaterite (calcium carbonate) (sample 21-95): a — spherical and lens-shaped formations of vaterite in the extracellular polymeric organic matter of green algae; b — features of the surface morphology of vaterite hemispheres. SEM image in the reflected electron mode Tescan Vega 3 LMH

下载 (89KB)

版权所有 © Митюшева Т.P., Каткова В.I., Филиппов В.N., Тропников Е.M., Патова Е.N., 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».