Секция Микробиология

¹Канаев А.Т., ²Канаева З.К., ²Байдүйсенов Ү.М.

¹Казахский национальный университет им.аль-Фараби,

²Казахский национальный технический университет им.К.И.Сатпаева, Алматы, Казахстан

Сульфидті минералдардың биогенді тотығуы және ондағы ацидофильді тионды бактериялардың орны

Түсті металдардың кен орындарында сульфидті минералдардың, қарапайым күкірттің және темірдің шала тотығының тотығуына тионды бактериялар және бірқатар термофильді микроорганизмдер қатысады. Тионды бактериялардың таралуы, осы бактериялардың хемоавтотрофты өсуіне қажет қалпына келтірілген күкірт қосылыстарының болуына байланысты. Табиғаттағы күкірттің негізгі бөлігі сульфатты және сульфидті формадағы металдармен байланысты [1].

Ұңғымалардағы сульфидтердің тотығуы көп уақыт бойы әртүрлі физико-химиялық факторлардың әсерінен болатын таза химиялық процесс ретінде қарастырылды. Көмір ұңғымаларының шахталық суларында, сульфидтердің түзілуінде бактериялардың рөлі туралы ұсынысты алғаш рет 1947ж. А.Р.Колмер және М.Е.Хинкл [2] айтты. Шахталық суға сулема, фенол және формальдегид сияқты антисептиктердің қысымы кезінде, темір гидрооксиді антисептиктер енбеген немесе аз мөлшерде қосылған жерде ғана түзілгені көрсетілген. Тотығу сондай-ақ суды Зейтц фильтрі арқылы фильтрлеп залалсыздау кезінде немесе толуол қысымы кезінде байқалмады. Бұл тәжірибелермен қышқыл шахталық сулардағы тотықсызданған темір формаларының тотығуының биологиялық сипаттамасы дәлелденген.

Құрамында Fe²⁺ бар таза минералды ортада темірбактериялар өседі, бірақ массалық өсуі тек органикалық заттарды (пептон, аммоний, лимонқышқылды темір) қосумен суөткізгіш суда байқалады. Темірбактериялардың экологиясы олар органикалық заттарға бай, суда өмір сүретіндіктен, олардың гетеротрофтылығын көрсетеді (таяз суларда, гуминді қышқылы бар суда). Темірдің жасуша бетіне жинақталуы хемосинтезбен емес, физикалық адсорбцияның нәтижесімен байланысты.

Г.А.Заварзин [3] рН – Еh координат жүйесінде болу қабілетіне байланысты темірбактерияларды үш топқа бөледі:

· Оттекпен толықтай қанық және рН мәні төмен болғанда Acid.ferrooxidans өседі (дамиды). Қышқыл ортада оның қызметі темірдің шөгуіне аз мөлшерде ғана алып келеді;

· рН бейтарап болғанда тотыққан және тотықсызданған зона шекарасында көптеген охротүзуші Gallionella, Leptothrix, Toxotrix тобы өседі (дамиды). Бұл микроорганиздердің көп бөлігі гетеротрофты зат алмасу түріне ие, бірақ жинақталған культураларда Gallionella С¹⁴О₂ фиксациялануы мүмкін;

· рН – Еh зонасында темірді капсулаға жинақтайтын біржасушалы Siderocapsaceae темірбактериялар өседі.

Микрорганизмдер өзінің геохимиялық тіршілігінде термодинамикалық заңдылықтарға қарсы келмейді, олар ең алдымен реакцияның кинетикасына әсер етеді. Сулы ерітіндідегі темірдің жағдайы ең алдымен еріген оттекке және сутек ионының концентрациясына тәуелді. Бұл тәуелділік рН – Еh координациясындағы тұрақтылық алаңының диаграммасымен сипатталады.

Реакция ортасы бейтарап ортаға жақындаған кезінде темір тек төмендетілген потенциал кезінде тұрақты болады. Мұндай тепе теңдік емес жағдай тек қана ағынды ортада пайда болуы мүмкін және олардың таралу аймағы ерітіндіге оттектің түсуі және ағынның жылдық кинетикасымен анықталады. Микроорганизмдер күшті ферментативті аппаратқа ие бола отырып, химиялық тотығу процесімен бәсекеге түсе алады. Бұл жағдай топырақ және жер асты суларының беткейге шығуы кезінде пайда болады. Мұндай жағдайда өсетін организмдер тобын охра түзушілер ретінде қарастырған дұрыс.

Осылайша, өзінің тіршілігі үшін энергияны екі валентті темірдің тотығуы нәтижесінде алатын, шынайы автотрофты темір бактериялар, ортаның қышқыл реакциялы ерітіндісінде өмір сүретін ацидофилді бактериялар болып табылады.

Жалпы алғанда, Текелі кен орнында табиғи және жасанды факторлардың белгілі бір үйлесімділігіне сәйкес сульфидті рудалар басқа қорғасын-мырыш кен орындарымен салыстырғанда тез тотығады. Зерттеушілер (В.А.Стуканов, С.А.Абдрашитова, М.Р.Камалов) бұл құбылысты түсіндіру үшін тек физикалық және химиялық факторларды ескеру жеткіліксіз деп есептейді. Кен орындарында тотығу процестеріндегі негізгі катализдеуші рөл микроорганизмдерге тән [4].

В.И. Вернадскйдің топырақтағы химиялық элементтердің миграциясындағы Жердің геохимиялық тарихындағы тірі организмдердің рөлі туралы идеясы оның оқушылары мен ізбасарларының еңбегінде одан әрі дамуын тапты [5]. Олар табиғи және техногенді геохимиялық жағдайларда модельдеу негізінде микроорганизмдердің геохимиялық зерттеу әдістерін жасап шығарды. Микроорганизмдердің қажеттілігі мен металдардың иондарының және өзге де элементтердің олардың метаболизміне әсерін зерттеу бойынша тәжірибелерде тіршілік ету ортасындағы зерттелетін химиялық элементтердің құрамын ескерген, өйткені тек осындай жағдайда ғана микроэлементтердегі микроорганизмдердің шын мәніндегі қажеттілігі туралы ақпарат алуға болатын еді. Геохимиялық микробиологияның дамуына едәуір үлесті С.И.Кузнецовтың мектебі қосты, ол микроорганизмдердің топырақтағы химиялық элементтер мен олардың қосындыларының тасымалдау мен миграциясындағы микроорганизмдердің қатысуының негізгі заңдылықтарын анықтаған болатын [6].

Организмнің геохимиялық ортамен экологиялық байланысының негізгі критерийі болып қалыпты тіршілік процестер тек концентрацияның белгілі бір шегінде және ортадағы химиялық элементтердің қатынасы кезінде орын алатындығы анықталды. Биосфераның әр түрлі субаумақтарында химиялық элементтер құрамының әр түрлі болуы организмдерде физиологиялық процестерді реттеуге ықпал ететін белгілі бір сезімталдықтың қалыптасуына ықпал етеді.

Экстремалды жағдайлары бар экожүйелерде организмдердің өмір сүруіне ықпал ететін және эволюциялық процесті қамтамасыз ететін негізгі реттеуші механизм болып бейімдеу көрініс табады. Табиғи таңдау гетерогенді популяцияда өзгерген белгілері бар организмдерді, яғни сол ортаға бейімделген организмдерді сақтап қалады.

Микроорганизмдердің өсуі үшін химиялық элементтердің концентрациясының бар екендігі эксперимент түрінде дәлелденген, сонымен қатар олардың сезімталдығының популяция ішілік өзгергіштігі анықталды. Микроорганизмдер үшін металдардың концентрациясы олардың геохимиялық жағдайларға бейімділік деңгейін білдіреді.

Әдебиеттер тізімі:

1. Каравайко Г.И. Микробиологические процессы выщелачивания металлов из руд. - М., 1984. - С. 88.

2. Colmer A.R., Hinkle M.E. The role of microorganisms in acid mine drainage // A preliminary report. Science. 1947. V.106. Р.552-567.

3. Заварзин Г.А. «Литотрофные микроорганизмы» (1972).

4. Камалов М. Р. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд Казахстана // Монография. _Алматы,1990г. – С. 5-24.

5. Нетрусова А.И. Практикум по микробиологии // Под редакцией профессора высшее профессоиональное образование. Москва Асадема. - 2005.

6. Кузнецов С. И., Саралов А. И., Назина Т. Н. 1985. Микробиологические процессы круговорота углерода и азота в озёрах. М, изд.«Наука», 213 с.