Airborne Microorganisms of Hypogenic Maze Caves Based on the Example of the Zoloushka Cave, Ukraine-Moldova

• Autorzy: Wojkowski Jakub , Andreychouk Viacheslav , Frączek Krzysztof

Warianty tytułu

PL

Mikroorganizmy w powietrzu labiryntowych jaskiń hypogenicznych na przykładzie Jaskini Zołuszka, Ukraina-Mołdowa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of microbiological and microclimatic research carried out in a large maze Zoloushka Cave (Ukraine-Moldova). The cave was artificially exposed during the exploitation of the gypsum quarry founded in the late '40s of the last century. Until the cave labyrinth was opened by the quarry, the underground system of cavities had been almost completely filled with water and constituted a natural part of the rich in water karst aquifer. The cave became exposed while being at the stage of its active formation, and its artificial dehydration enabled researchers to observe the ('accelerated') course of various processes associated with the transition of the caves from the watered (freatic) stages to vadose and dry. Microbiological analyses aimed to determine the number of microorganisms (heterotrophic bacteria, Actinobacteria, and fungi) present in the air of the cave in two seasons – summer and winter. Microclimatic study aimed to determine the thermal, humidity and circulation characteristics of the cave microclimate The rules of occurrence of microorganisms in temporal and spatial (within a cave) cross-sections and the relative role of external and internal (cave) factors in shaping of the microbiological "image" of cave air were established. The stability of the microclimate (ecological) conditions in the cave in the course of the year allows the conclusion that most of the microorganisms come from the outside and enters the cave during the exchange of the air with the external environment. Nevertheless, the environment of the cave does not remain passive – it makes the air contents spatially (within the cave field) diverse and, in some cases, it determines them (in places of significant anthropogenic pollution of the cave, which probably facilitates the growth of fungi). The measurements have shown that the total number of the studied groups of microorganisms in the air of the cave varies in the course of year within the following ranges: heterotrophic bacteria 48-2,630 cfu·m^-3, fungi 80-3,395 cfu·m^-3, and Actinobacteria 5-51 cfu·m^-3. Mean values of the microbial aerosol concentrations with respect to the entire cave are: heterotrophic bacteria – 353 cfu·m^-3, fungi – 974 cfu·m^-3, and Actinobacteria – 17 cfu·m^-3. In general, there is a regularity of an increase in their concentration during the warm period: 3-5 times higher values for bacteria (48-764 cfu·m^-3 in winter and 175-2630 cfu·m^-3 in summer), 4-5 times for fungi (80-990 cfu·m^-3 in winter and 390-3395 cfu·m^-3 in summer), and 0-1 times for Actinobacteria (0-51 cfu·m^-3 in winter and 5-55 cfu·m^-3 in summer).

PL

Artykuł prezentuje wyniki badań mikrobiologicznych i mikroklimatycznych przeprowadzonych w dużej labiryntowej Jaskini Zołuszka (Ukraina-Moldowa). Jaskinia została odkryta podczas eksploatacji gipsowego kamieniołomu założonego pod koniec lat 40-tych ubiegłego wieku. Przed otwarciem labiryntu jaskiniowego system próżni podziemnych był prawie całkowicie wypełniony wodą i stanowił naturalną część zasobnego w wodę wodonośca krasowego. Otwarcie jaskini na etapie jej aktywnego formowania się oraz sztuczne jej odwodnienie stworzyło okazję do obserwacji (w trybie „przyśpieszonym”) przebiegu różnorakich procesów, towarzyszących przejściom jaskiń ze stadiów zawodnionych (freatycznych) do wadycznych i suchych. Badania mikrobiologiczne zmierzały do określenia liczebności mikroorganizmów (bakterii, grzybów i promieniowców) występujących w powietrzu jaskini w dwóch kontrastowych porach roku, latem i zimą. Badaniom mikrobiologicznym towarzyszyły pomiary mikroklimatyczne, które miały na celu ustalenie termicznych, wilgotnościowych i cyrkulacyjnych charakterystyk mikroklimatu jaskini. Ustalono prawidłowości występowania mikroorganizmów w przebiegu czasowym oraz przestrzennym (w obrębie jaskini), a także względną role czynników zewnętrznych i wewnętrznych (jaskiniowych) w kształtowaniu „obrazu” mikrobiologicznego powietrza jaskiniowego. Stabilność warunków mikroklimatycznych (ekologicznych) w jaskini w przebiegu rocznym pozwala wnioskować, że większość mikroorganizmów pochodzi z zewnętrzi trafia do jaskini w trakcie wymiany jej powietrza ze środowiskiem zewnętrznym. Nie mniej jednak, środowisko jaskiniowe nie pozostaje bierne, lecz różnicuje przestrzennie (w polu jaskiniowym) te zawartości, a w niektórych przypadkach również je warunkuje (w miejsca o znacznym antropogenicznym zanieczyszczeniu jaskini, sprzyjającym prawdopodobnie rozwojowi grzybów). Pomiary wykazały, że ogólna liczba badanych grup mikroorganizmów w powietrzu jaskini waha się w przebiegu rocznym w następujących przedziałach: bakterie 48-2630 jtk∙m^-3 (rozrzut ponad 50-krotny), grzyby 80-3395 jtk∙m^-3 (rozrzut ponad 40-krotny), promieniowce 5-51 jtk∙m^-3 (rozrzut ponad 10-krotny). Średnie liczby zawartości mikroorganizmów w odniesieniu do całej jaskini wynoszą: bakterie 353 jtk∙m^-3 grzyby 974 jtk∙m^-3 i promieniowce 17 jtk∙m^-3. Na ogół występuje prawidłowość wzrastania ich ilości w okresie ciepłym: dla bakterii 3-5 razy (48-764 jtk∙m^-3 zimą i 175-2630 jtk∙m^-3 latem), dla grzybów 4-5 razy (80-990 jtk∙m^-3 zimą i 390-3395 jtk∙m^-3 latem) i promieniowców 0-1 razy (0-51 jtk∙m^-3 zimą i 5-55 jtk∙m^-3 latem).

Słowa kluczowe

EN

airborne microorganisms; cave microclimate; hypogenic cave; Zoloushka Cave; Ukraine; Moldova

PL

mikroorganizmy; mikroklimat jaskiń; jaskinia hypogeniczna; Jaskinia Zołuszka; Ukraina; Mołdawia

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 2
• Strony: 1116--1135
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Wojkowski Jakub

• University of Agriculture in Krakow, Poland

autor

Andreychouk Viacheslav

• University of Warsaw, Poland

autor

Frączek Krzysztof

• University of Agriculture in Krakow, Poland

Bibliografia

• 1. Andreychouk, V. (2007). Peshchera Zoloushka. Sosnoviec-Simferopol. 407.
• 2. Andreychouk, V., Klimchouk, A. (2001). Geomicrobiology and Redox Geochemistry of the Karstified Miocene Gypsum Aquifer, Western Ukraine. The study from Zoloushka Cave. Geomicrobiology. 18(3), 275-295.
• 3. Andreychouk, V., Teleshman, I., Kuprich, P. (2011). Prostranstvenno-dinamiczeskiye osobennosti raspredeleniya CO2 v vozduche peshchery Zoloushka. Speleologia I Karstologia. 7, 15-25.
• 4. Bastian, F., Alabouvette, C. & Saiz-Jimenez, C. (2009). Bacteria and free-living amoeba in the Lascaux Cave. Research in Microbiology. 160, 38-40.
• 5. Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology (1974). The Williams AT Wilkins Company. Baltimore.
• 6. Bradtke, F., Liese, W. (1958). Pomiary klimatyczne wewnątrz i na zewnątrz budynków w zakresie higieny, techniki sanitarnej, ochrony pracy i medycyny. Warszawa: Arkady.
• 7. Frączek, K., Górny, R. L., Ropek, D. (2013). Bioaerosols of subterraneotherapy chambers at salt mine health resort. Aerobiologia, 29, 481-493.
• 8. Górny, R.L. (2004). Cząstki grzybów i bakterii jako składniki pomieszczeń: właściwości, mechanizmy emisji, detekcja. Sosnowiec: IMPiZŚ.
• 9. Ghosh, S., Kuisiene, N., Cheeptham, N. (2017). The cave microbiome as a source for drug discovery: Reality or pipe dream? Biochemical Pharmacology. 134, 18-34.
• 10. Jensen, P.A., Schafer, M.P. (1998). Sampling and characterization of bioaerosols. Manual of Analytical Methods. 1(15), 82-112.
• 11. Korzhyk, V., Andreychouk, V. (1981). Osobennosti mikroklimata peszczery Zoloushka i vozmozhnosti jego prakticheskogo ispolzovaniya. Akkumulaciya zimnogo choloda v gornych porodach i yego ispolzovaniye w narodnom choziaystvie. 92-95.
• 12. Kummer, V., Thiel, W.R. (2008). Bioaerosols – sources and control measures. Int J Hyg Environ Health, 211, 299-307.
• 13. Lacey, J. (1997). Actinomycetes in composts. Ann. Agric. Environ. Med. 4, 113-121.
• 14. Libudzisz, Z., Kowal, K., Żakowska, Z. (2009). Mikrobiologia techniczna. Mikroorganizmy i środowiska ich występowania. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• 15. Monte, M., Ferrari, R. (2000). Airborne microorganisms in a subterranean archaeological area of the basilica of San Lorenzo in Lucina (Rome). Aerobiologia. 16, 435-439.
• 16. Muhammad, Y. (2018). Analysis of bacterial communities and characterization of antimicrobial strains from cave microbiota. Brazilian Journal of Microbiology. 49, 248-257.
• 17. Mulec, J., V. Krištůfek and A. Chroňáková. (2012). Comparative microbial sampling from eutrophic caves in Slovenia and Slovakia using RIDA®COUNT test kits. International Journal of Speleology. 41, 1-8.
• 18. Mulec, J., Oarga A. (2014). Ecological evaluation of air and water habitats in the Great Cavern of Santo Tomás, Cuba. Revista Mexicana de Biodiversidad. 85, 910-917.
• 19. Nakaew, N., Pathomaree, W., Lumyong, S. (2009). Generic diversity of rare actinomycetes from thai cave soils and their possible use as new bioactive compounds. Actinomycetologica. 23, 21-26.
• 20. Ogórek, R., Lejman, A. (2013). Analiza mikologiczna powietrza w Jaskini Niedźwiedziej w Kletnie. Doniesienie wstępne. Episteme. 18(3), 121-130.
• 21. Porca, E., Jurado, V., Martin-Sanchez, P.M., Hermosin, B., Bastianb, F., Alabouvette, C., Saiz-Jimenez, C. (2011). Aerobiology: An ecological indicator for early detection and control of fungal outbreaks in caves. Ecological Indicators. 11, 1594-1598.
• 22. Pusz, W., Grzeszczuk, J., Zagożdżon, P., Kita, W. (2018). Aeromycological Monitoring of Disused Mines in Poland. Pol. J. Environ. Stud. 27(1), 257-266. DOI: https://doi.org/–10.15244/pjoes/75201.
• 23. Wang, W., Ma, X., Ma, Y., Mao, L., Wu, F., Ma, X., An, L., Feng, H. (2010). Seasonal dynamice of airborne fungi in different caves of the Mogao Grottoes. Dunhuang, China. International Biodeterioration & Biodegradation. 64, 461-466.
• 24. Wojkowski, J. (2013). Microclimate and microflora of caves of the Ojcow National Park. Prądnik. Prace Muz. Szafera. 23, 75-90.
• 25. Wojkowski, J., Olechnowicz-Bobrowska B. (1997). The usefulness of miniature temperature and humidity recorders for environmental measurements. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie. 17, 185-189.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).