activitatea geologica a microorganismelor

8/16/2019 Activitatea Geologica a Microorganismelor

1/6

ACTIVITATEA GEOLOGICA A MICROORGANISMELOR

Geomicrobiologia sau litobiologia este un domeniu al ecologiei microorganismelor, cu carcater interdisciplinar, rezultat din confluenta unor concepte apartinand microbiologiei generale,

geologiei, ecologiei si stiintelor solului.

Formarea si degradarea unor minerale, initial s-a realizat fara interventia microorganismelor. In prezent este demonstrat in mod cert ca, dupa formarea lor, diferite tipuri de roci situate la

suprafata scoartei sau aproape de suprafata sunt expuse fortelor fizice, chimice si biologice, care

le degradeaza la particule mici sau la compusi hidrosolubili. Geomicrobiologia studiaza rolul microorganismelor in transformarile substantelor

minerale, in formarea, eliberarea si migrarea titeiului in zacamant, precum si in formarea

zacamintelor de carbuni.

Unele microorganisme folosesc direct substantele minerale, ca surse de energie (donori de e - saude hidrogen) sau ca acceptori de e - sau hidrogen. evoia de substante minerale este foarte mare,

atunci cand ele sunt utilizate ca sursa de energie.

Unele microorganisme din mediile naturale pot transforma cantitati mari de substante minerale

prin doua mecanisme diferite!") prin actiune enzimatica directa (oxidare, reducere, hidroliza)#

$) pe cale neenzimatica (indirecta), prin actiunea unor produsi finali de metabolism. %e aceastacale se pot realiza patru tipuri de interactiuni! a) coroziunea materiei insolubile prin efectul

acizilor anorganici (azotic, sulfuric, carbonic) sau acizilor organici# b) precipitarea carbonatilor, a

sulfatilor si a sulfurilor produse in metabolism# c) adsorbtia oxizilor de Fe si &n pe structurileextracelulare a bacteriilor# d) chelatarea, reactie prin care un compus organic produs pe cale

metabolica poate complexa un ion metalic, prote'andu-l de precipitare, oxidare sau reducere.

%rocesele de transformare ale mineralelor sunt cel mai mult studiate in cazul bacteriilor, dar au

loc si sub actiunea fungilor, a algelor, a protozoarelor, a lichenilor, a unor plante superioare sichiar a unor metazoare.

Transformarile microbiene ale fierului si manganului Fierul, al patrulea element ca abundenta in natura este prezent in cea mai mare parte, informe insolubile, inaccesibile circulatiei biogeochimice. iclul fierului poate fi redus la reactii de

oxidare ale Fe feros la Fe feric si de reducere a Fe feric la Fe feros.

eactiile de oxido-reducere sunt importante atat pentru compusii anorganici, cat si pentrucei organici ai Fe.

Fe*+ si Fe$+ au solubilitati diferite! Fe*+ (feric) precipita in mediul alcalin ca hidroxid feric,

iar in conditii anaerobe poate fi redus la forma feroasa mai solubila. In conditii naturale, in

habitate aerobe Fe este prezent in special in stare oxidata (ferica). In anerobioza se acumuleazaFe feros.

acteriile provenite din medii naturale sau cultivate pe medii cu Fe si &n, examinate la

microscopul electronic au evidentiat existenta depozitelor de Fe si &n cu localizari selective. Magnetosomii sunt depusi intracelular, dar compusii cu Fe si &n pot fi depusi

extracelular, la nivelul polimerilor ce formeaza stratul mucos. &atricea polimerica este

impregnata cu metale. Fixarea metalelor ar fi rezultatul unui proces de precipitare nespecifica,ulterior adsorbtiei fierului coloidal pe gruparile acide ale polimerilor.

%e baza observatiilor privind asocierea frecventa a depozitelor de Fe cu unele structuri

celulare si cu polimerii extracelulari se considera ca depozitarea Fe s-ar putea realiza prin

mecanisme biologice, dar si pe cale abiotica.


2/6

Oxidarea biologica a Fe$+ s-ar realiza in conditii de microaerofilie, la p ,, dar si in

apele oligotrofe bine aerate, slab alcaline. /upa depunerea oxizilor de Fe in matricea polimerica,

fenomene de cataliza abiotica ar accelera fenomenele de depunere. 0pa care se scurge prinformatiunile de nisip dizolva sarurile feroase. and a'ung la suprafata, mecanismele oxidative

convertesc Fe$+ la Fe*+, care precipita ca hidroxid feric, ce formeaza depozite brun-ruginii in

izvoare, pe suprafata pietrelor in apele care curg lent ca o pelicula iridescenta de Fe(1)*. Autooxidarea are loc rapid in conditii de aerobioza, la p neutru. 2e formeaza Fe(1) $ si

Fe(1)*, oxizi incarcati pozitiv, care se pot lega de polimerii bacterieni electronegativi.

/atorita 1$ atmosferic, cel mai mult Fe din biosfera este in stare oxidata (Fe*+). educerea Fe

feric (Fe*+) la Fe$+ este rezultatul activitatii bacteriilor heterotrofe din g. Alcaligenes,

Bacillus, Proteus si Pseudomonas, precum si a unor fungi (&ulder, "34$).

Manganul , element esential pentru toate organismele se gaseste in natura fie in forma redusa

(&n$+), fie in forma oxidata (&n*+).1xidarea ionului manganos (&n$+) la ion manganic (&n*+ sau &n5+) se poate realiza pe trei cai!

") Calea pur chimica, realizabila in anaerobioza, la p 3,6, cu formare de &n1$, insolubil in

apa.

$) Oxidarea in prezenta hidroxiacizilor (acid malic, citric, gluconic) este posibila la p mai marede 7,6 si in prezenta unor concentratii mari de &n. &ecanismul ei nu exclude interventia unor

microorganisme.*) Oxidarea biologica este realizata de manganobacterii si de unii

fungi! Leptothrix sp., Gallionella, Hyphomicrobium, phaerotilus, Metallogenium, etc. eactia

dupa care bacteriile si fungii ar oxida &n$+ este!&n$+ + "8$ 1$ 9 &n1$ + $

+

1xidarea s-ar produce pe suprafata celulelor bacteriene sub actiunea oxidazelor sau a catalazelor,

fara beneficiu pentru microorganisme.

&icroorganismele se pare ca au rol important in geneza nodulilor de &n. odulii suntconcretiuni minerale, bogate in oxizi de Fe si &n, prezenti pe fundul marilor si oceanelor. %ot

contine pana la :; &n1$. &arimea lor variaza intre " mm si $6 cm diametru.

&icroorganismele ar constitui suprastructura solida pe care s-ar acumula oxizii de Fe si &n.

Biosolubilizarea metalelor !Lesierea! bacteriana

%rocedeele de biosolubilizare sunt reunite sub denumirea de lesiere (engl. leaching , de la


3/6

!" #erooxidans are rol fundamental in procesele de biosolubilizare. 2e izoleaza curent din apele

acide ale minelor de carbune si are rolul de a converti Fe $+ la Fe*+. In plus, oxideaza compusii

sulfului, cu diferite grade de oxidare! sulfurile (2$-) solubile si insolubile, sulful nativ (26),tiosulfatul (2$1*

$-) sau tetrationatul (251$-). %rodusul oxidarii este sulfatul.

1xidarea Fe$+ si a 26 se pot realiza spontan, fara interventia bacteriilor, sub actiunea 1$ in aer, dar

procesul este lent si lipsit de semnificatie practica. eactia este accelerata de $66666-:66666 oriin prezenta bacteriei !" #erooxidans.

Mecanismele biosolubilizarii. In procesul de solubilizare a metalelor din zacaminte, bacteriile

pot actiona pe doua cai!- pe cale directa, respectiv prin oxidarea mineralelor sulfurate#

- pe cale indirecta, participand la oxidare prin producerea Fe*+ si a acidului sulfuric.

iosolubilizarea indirecta este procedeul prin care metalele sunt eliberate din mineralele

insolubile, prin intermediul oxidantilor chimici produsi de microorganisme. eactiile chimicecaracteristice lesierii indirecte se pot produce si ca oxidari pur chimice, dar activitatea

microorganismelor accelereaza mult viteza reactiilor chimice.

In lesierea indirecta, bacteriile produc Fe feric (Fe*+) ca Fe$(215)* prin oxidarea Fe feros (Fe$+)

solubil. Fe$(215)* este un oxidant puternic si dizolva o mare varietate de metale pe care letransforma in ioni oxidanti solubili intr-o solutie de acid sulfuric.

Besierea produsa sub actiunea Fe$(215)* este numita indirecta, deoarece are loc in absenta bacteriilor viabile, ca si in absenta 1$. In cursul acestei reactii, reapare Fe feros, care este rapid

reoxidat de bacterii. /e aceea, lesierea indirecta se numeste lesiere


4/6

") complexarea metalelor cu sarcini electropozitive, la gruparile functionale electronegative ale

suprafetei celulare sau ale polimerilor extracelulari#

$) acumularea metalelor in citoplasma microorganismelor. 0mbele modalitati au fostdemonstrate atat in variantele lor


5/6

iosorbantii produsi in prezent sunt reprezentati de granule de biomasa microbiana sau de

polimeri (exopolizaharide sau componente ale peretelui celular). ?i sunt compactati intr-o masa

rezistenta la influentele mediului incon'urator, cu forme si dimensiuni adecvate, precum si cucapacitate de regenerare.

iosorbantii leaga metalele prin reactii de schimb ionic, prin precipitare consecutiva

fenomenului de nucleareamorsat de metalul legat initial si prin complexare. olul lor esteasemanator cu al rasinilor schimbatoare de ioni, dar capacitatea de legare a complexelor metalice

este mult mai mare decat al acestora. /upa desorbtia metalelor legate, biosorbantii pot fi

refolositi in mod repetat. %entru producerea lor poate fi folosita biomasa microbiana ramasaneutilizata de la alte biotehnologii (productia de antibiotice, fermentatii etc).

iosorbantii se folosesc in special pentru indepartarea cationilor metalelor grele din apele uzate,

in special d, u, %b si n.

olul microorganismelor in formarea zacamintelor de petrol

%etrolul (latin, petra = roca, oleum = ulei) este un amestec complex, extrem de heterogen, dehidrocarburi gazoase, lichide si solide, la care se adauga numerosi compusi ai carbonului si

hidrogenului cu 1, , 2, %.

/upa oell ("3*), proportia diferitelor elemente este urmatoarea! - 7$,$-74,";# - "",4-"5,4;# 2 - 6,"-:,:;# - 6,"-",:;# 1 - 6,"-5,:;# saruri minerale - 6,"-",$;.

>eoriile asupra genezei petrolului nu au explicat caracterul reactiilor chimice din care a rezultat

complexul ce contine mii de hidrocarburi.In prezent exista un acord general asupra faptului ca petrolul s-a format ca si carbunele, din

materia organica, supusa unor conditii speciale de mediu si continua sa se formeze si in prezent.

2ursa de baza pentru formarea combustibililor fosili este reprezentata de plantele superioare in

mediul terestru, iar in mediul acvatic, furnizorul de biomasa este fitoplanctonul alcatuit dediatomee, dinoflagelate si uneleChrysophyceae, in special cocolitoforidele. 2e adauga resturile

organice provenite din lantul trofic complex al mediului acvatic (din zooplancton, animale

marine, microorganisme).Formarea petrolului, la temperaturi si presiuni moderate ar avea loc in doua etape! una initiala,

biologica, in cursul careia masa organica este atacata si modificata de bacterii si o a doua, foarte

indelungata, de transformari fizico-chimice.In favoarea participarii microorganismelor la formarea zacamintelor pledeaza mai multe

argumente!

- petrolul este absent in formatiunile geologice pur anorganice# - in zacaminte a fost evidentiata frecvent prezenta unor microfosile de animale marine,

fragmente de lemn pietrificat, crustacee mici, spori fungici, rasini vegetale etc#

- prezenta in zacamintele de mare adancime ($666-$3:6 m) a unor bacterii care pentru

crestere necesita temperaturi si presiuni mari#- unele bacterii, in conditii artificiale sintetizeaza unele hidrocarburi simple#

- prezenta, in special in fractiunile grele ale petrolului, a unor


6/6

*aza initiala + biologica corespunde transformarii constituientilor ma'ori (glucide, proteine,

lipide) din structura organismelor moarte, sub actiunea bacteriilor. Initial, actioneaza bacteriile

facultativ anaerobe care consuma 1$ dizolvat in apele din adanc, diminua cantitatea de substantaorganica si deschid calea actiunii microorganismelor anaerobe.

*aza a doua + #izico+chimica este de lunga durata. ea mai mare parte a materiei organice trece

in aceasta faza. In cursul ei, lipidele, prin modificari structurale minore formeaza molecule dincategoria iteiul contine cantitati variabile de sulf, intre 6,6$: si ;, sub forma legata in peste $66 de

molecule organice complexe sau ca 2 elementar, sulfati, sulfuri, tiosulfat.2e admite ca sulful din petrol este rezultatul activitatii bacteriilor sulfat-reducatoare, active in

faza de sedimentogeneza asupra compusilor cu sulf din mediu pe care ii introduce in combinatii

organice complexe. &icroorganismele realizeaza si interactiile inverse, de desulfurizare in situ, prin degradarea compusilor sulfului cu eliberare de $2.

/upa formare, titeiul este regasit in stare dispersata si conservat ca atare in roca-mama. %entru a

forma zacaminte, el trebuie sa migreze si sa se acumuleze in rezervorul poros (migrarea

primara). 0poi se deplaseaza in interiorul rezervorului pentru a se acumula la nivelul uneicapcane anticlinale sau a unor crapaturi in strat (migrare secundara).

acteriile au un rol esential in procesul complex de eliberare, migrare si acumulare a titeiului,

realizabil pe mai multe cai!") degradarea matricei organice a resturilor vegetale, cu eliberarea picaturilor de titei, care se

reunesc prin coalescenta#

$) dizolvarea carbonatilor din rocile pe care este adsorbit si formarea de canalicule si spatiigoale#

*) producerea de 1$, 5, $ si alte gaze, care reduc vascozitatea, in special cand se afla sub

presiune, favorizand scurgerea pana la capcane#

5) producerea de acizi grasi si substante tensioactive, care actioneaza asupra titeiului adsorbit sauaflat in emulsia apoasa.

activitatea geologica a microorganismelor

Documents