«Поглощают металл за три дня». Места обитания микробов, питающихся металлами
Некоторые микроорганизмы получают энергию из неорганических материалов, включая металлы. Уникальные способности таких бактерий и потенциальная выгода от их использования.
Металлургические биофабрики
В Северной Калифорнии, на руднике Айрон-Маунтин, где добывают полиметаллическую руду, рабочие случайно обнаружили, что инструмент, оставленный на ночь в шахте, был наполовину разъеден. Кроме того, окружающая вода окрасилась в красный цвет. Ученые обнаружили в шахтных водах микроорганизмы из группы железобактерий Leptospirillum ferrooxidans.
Эти микробы являются экстремофилами, способными существовать в экстремальных условиях, таких как отсутствие солнечного света, высокая температура и наличие вредных веществ. Они образуют толстую розовую биопленку, позволяющую им оставаться на поверхности воды и воздуха, что необходимо для сбора и переработки питательных веществ.
Эти микробы используют железо из сульфидной руды для получения энергии, окисляя его и высвобождая серную кислоту. Этот процесс позволяет извлекать из руды больше металлов.
Таким образом, каждая железоокисляющая бактерия действует как естественная микрофабрика для обогащения руды. Сегодня эти микробы используются в промышленных процессах для биологического выщелачивания и извлечения металлов, таких как медь и золото, из горных пород.
Железная диета
Микробы появились на Земле около 3,9 миллиардов лет назад и использовали различные химические соединения, включая металлы, для получения энергии. Это привело к формированию многих горных пород и руд.
Например, гигантские залежи железистых кварцитов, используемые в черной металлургии, возникли благодаря деятельности фотосинтезирующих бактерий, окисляющих двухвалентное железо в трехвалентное в отсутствие кислорода.
Недавно ученые обнаружили бактерии, питающиеся марганцем, в водопроводной воде Калифорнии. Эти микробы используют энергию, высвобождающуюся при окислении марганца, для превращения углекислого газа в углерод, аналогично тому, как растения используют солнечный свет для фотосинтеза.
Это первые обнаруженные бактерии, использующие марганец в качестве источника энергии. Их открытие открывает новые перспективы для использования микробов в промышленных и экологических процессах.
Богатства подводных залежей
Исследователи из Океанографического института Университета Сан-Паулу в Бразилии и Национального океанографического центра Великобритании принялись изучать микроорганизмы, проживающие в марганцевых корках, покрывающих склоны подводных гор поднятия Риу-Гранди в Атлантическом океане. Долгое время механизм формирования таких корок и железомарганцевых конкреций, встречающихся на дне океанов, оставался тайной. Горнодобывающие компании собираются начать разработку этих месторождений в ближайшие годы, так как они содержат не только железо и марганец, но и значительные запасы редких и редкоземельных металлов. Поэтому вопрос происхождения этих корок имеет большое практическое значение.
Исследователи пришли к выводу, что металлическое осаждение на склонах подводных гор связано с деятельностью бактерий, которые используют марганец для превращения углекислого газа в биомассу с помощью процесса, известного как хемосинтез. Один из обнаруженных микроорганизмов принадлежит к той же группе Nitrospirae.
Помимо железа и марганца, эти корки содержат кобальт, никель, молибден, ниобий, платину, титан и теллур — металлы, которые являются востребованными и дорогостоящими. Например, кобальт используется для изготовления аккумуляторных батарей, а теллур является важным элементом для производства высокоэффективных солнечных панелей.
Металл из отходов
Ученые считают, что железобактерии, выделяющие жидкость, способную выщелачивать металл, можно применять не только на обогатительных заводах, но и для очистки отходов горнодобывающей промышленности. Эксперименты показали, что бактерии Leptospirillum ferriphilum могут «поглотить» железный гвоздь всего за три дня, что делает оставшийся раствор подходящим для извлечения чистой меди из горной породы.
Использование такой технологии для борьбы с металлической и минеральной пылью, которую разносят сточные воды рудников, может стать настоящим прорывом. Бактерии могут заменить вредные для окружающей среды кислоты и химические вещества.
Отходы добывающих и металлургических компаний обычно просто отправляются на свалки, что создает проблемы как для производства, так и для окружающей среды. При этом содержание металлов в этих отходах часто сопоставимо с содержанием в рудных концентратах. Российские ученые из НИТУ «МИСиС» разработали технологию переработки отходов с помощью тионовых бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans, которые могут жить в кислой среде при температуре 20-30 градусов Цельсия. Этот метод позволяет утилизировать до 80 процентов металлургических и горнопромышленных отходов и получать высококачественные пигменты. Сейчас ученые работают над адаптацией этой технологии к промышленному масштабу и извлечению магнитных порошков из железосодержащих техногенных отходов.
