Geomikrobiologia podziemnych środowisk kopalnianych monokliny przedsudeckiej

Bąkowska, A.; Karlicki, M.; Włodarczyk, A.; Matlakowska, R.

doi:10.5604/01.3001.0010.0081

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Geomikrobiologia podziemnych środowisk kopalnianych monokliny przedsudeckiej

Autorzy

Bąkowska A. , Karlicki M. , Włodarczyk A. , Matlakowska R.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0010.0081

Warianty tytułu

Geomicrobiology of subsurface mine of the Fore-Sudetic Monocline

Języki publikacji

Abstrakty

W wyniku działalności górniczej na obszarze monokliny przedsudeckiej powstało unikalne środowisko podziemne, w którym żyją mikroorganizmy – bakterie, archeony i grzyby. Są to przede wszystkim tzw. litobionty, dla których miedzionośny łupek bitumiczny zwany Kupferschiefer jest źródłem węgla i energii oraz makro- i mikroelementów. Wśród mikroorganizmów zasiedlających podziemne kopalnie wykryto wiele ciekawych rodzajów i gatunków wykazujących przystosowanie do tego wyjątkowego środowiska. Szczególnie ciekawe są zespoły mikroorganizmów, które reprezentują różnorodne strategie metaboliczne. Są to m.in. mikroorganizmy, które wykorzystują związki organiczne (organoheterotrofy), ale także takie, które mogą żyć korzystając jedynie ze związków mineralnych (chemolitoautotrofy), mikroorganizmy produkujące metan (metanogeny) oraz takie, które metan rozkładają (metanotrofy). Ponadto w kopalniach miedzi występują mikroorganizmy oporne na metale ciężkie oraz tolerujące duże zasolenie. Mikroorganizmy odgrywają ważną rolę w transformacji łupka bitumicznego Kupferschiefer, wpływają na jego skład geochemiczny i właściwości fizykochemiczne, a także decydują o składzie chemicznym wód podziemnych. Aktywność metaboliczna mikroorganizmów powoduje bioutlenienie kopalnej materii organicznej, w tym kerogenu oraz bioutlenienie minerałów siarczkowych. W wyniku tych procesów powstaje szereg utlenionych związków organicznych i nieorganicznych. Wśród nich są produkty degradacji materii organicznej, takie jak: alkohole, kwasy, ketony, aldehydy, oraz wtórne związki nieorganiczne, w tym liczne biominerały (m.in. siarczany). Część z tych związków ulega mobilizacji do wód podziemnych, część immobilizacji w formie osadów naskalnych.

The unique underground environment developed in the area of Fore-Sudetic Monocline as a result of mining activity. This environment is inhabited by bacteria, archaea and fungi. They are mainly lithobionts for which copper-bearing (Kupferschiefer) black shale is the source of carbon and energy as well as macro- and microelements. Among them, many interesting genera and species adapted to this unique environment were found. Particularly interesting are microbial communities that represent a variety of metabolic strategies: microorganisms using organic compounds (organoheterotrophs), utilizing only mineral compounds (chemolitoautotrophs), producing methane (methanogens) and degrading it (methanotrophs). Additionally, underground mines inhabit microorganisms resistant to heavy metals and high salinity. Microorganisms play an important role in the transformation of Kupferschiefer, affecting its geochemical composition and physicochemical properties, and the groundwater chemistry. Microbial metabolic activity leads to biooxidation of fossil organic matter (including kerogen) and sulphide minerals. As a result of these processes a number of oxidized organic and inorganic compounds are formed. They are products of organic matter degradation, such as alcohols, organic acids, ketones and aldehydes as well as secondary inorganic compounds, including numerous biominerals (e.g., sulphates). Some of these compounds are mobilized to groundwater; some are immobilized in the form of sediments.

Słowa kluczowe

Kupferschiefer mikrobiocenoza heterotrofia chemolitotrofia metanotrofia fototrofia metanogeneza

Kupferschiefer bacteria heterotrophy chemolitotrophy methanotrophy phototrophy methanogenesis

Wydawca

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy

Czasopismo

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

Rocznik

2017

Tom

nr 469

Strony

201--216

Opis fizyczny

Bibliogr. 28 poz., rys., zdj.

Twórcy

autor

Bąkowska A.

Uniwersytet Warszawski, Wydział Biologii, Pracownia Analizy Skażeń Środowiska, ul. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa

autor

Karlicki M.

Uniwersytet Warszawski, Wydział Biologii, Pracownia Analizy Skażeń Środowiska, ul. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa

autor

Włodarczyk A.

Uniwersytet Warszawski, Wydział Biologii, Pracownia Analizy Skażeń Środowiska, ul. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa

autor

Matlakowska R.

rmatlakowska@biol.uw.edu.pl

Uniwersytet Warszawski, Wydział Biologii, Pracownia Analizy Skażeń Środowiska, ul. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa

Bibliografia

1. BERLENDIS S., BEYSSAC O., DERENNE S., BENZERARA K., ANQUETIL C., GUILLAUMET M., ESTEVE I., CAPELLE B., 2014 — Comparative mineralogy, organic geochemistry and microbial diversity of the Autun black shale and Graissessac coal (France). Int. J. Coal. Geol., 132: 147–157.
2. BRYNER L.C., BECK J.V., DAVIS B.B., WILSON D.G., 1954 — Microorganisms in leaching sulfide minerals. Ind. Eng. Chem., 46, 12: 2587–2592.
3. BÜRGMANN H., 2011 — Methane Oxidation (Aerobic). W: Encyclopedia of Geobiology (red. J. Reitner, V. Thiel): 575–578. Dordrecht, Springer Netherlands (https://doi. org/10.1007/978-1-4020-9212-1_139).
4. DASHTI N., ALI N., ELIYAS M., KHANAFER M., SORKHOH N.A., RADWAN S.S., 2015 — Most hydrocarbonoclastic bacteria in the total environment are diazotrophic, which highlights their value in the bioremediation of hydrocarbon contaminants. Microbes Environ., 30, 1: 70–75.
5. FUCHS G., BOLL M., HEIDER J., 2011 — Microbial degradation of aromatic compounds - from one strategy to four. Nat. Rev. Microbiol., 9, 11: 803–816.
6. JI Y., MAO G., WANG Y., BARTLAM M., 2013 — Structural insights into diversity and n-alkane biodegradation mechanisms of alkane hydroxylases. Front. Microbiol., 4, 58: 1–13.
7. KARLICKI M., 2015 — Mikroorganizmy halotolerancyjne zasiedlające podziemne kopalnie miedzi monokliny przedsudeckiej – znaczenie w procesach biogeochemicznych w podziemnym środowisku kopalnianym [pr. licen.]. Wydział Biologii UW, Warszawa.
8. LAU M.C.Y., KIEFT T.L., KULOYO O., LINAGE B., VAN HEERDEN E., LINDSAY M.R., MAGNABOSCO C., WANG W., WIGGINS J.B., GUO L., PERLMAN D.H., KYIN S., SHWE H.H., HARRIS R.L., OH Y., YI M.J., ONSTOTT T.C., 2016 — An oligotrophic deep subsurface community dependent on syntrophy is dominated by sulfur-driven autotrophic denitrifiers. PNAS (USA), 113, 49. Doi: 10.1073/pnas.1612244113.
9. LI J., SUN W., WANG S., SUN Z., LIN S., PENG X., 2014 — Bacteria diversity, distribution and insight into their role in S and Fe biogeochemical cycling during black shale weathering. Environ. Microbiol., 16, 11: 3533–3547.
10. MADIGAN M.T., MARTINKO J.M., DUNLAP P.V., CLARK D.P., 2008 — Brock Biology of Microorganisms, 12th edn. Pearson Higher Education, New York.
11. MATLAKOWSKA R., SKŁODOWSKA A., 2009a — Uptake and degradation of copper and cobalt porphyrins by indigenous microorganisms of Kupferschiefer. Hydrometallurgy, 104, 501–505.
12. MATLAKOWSKA R., SKŁODOWSKA A., 2009b — The culturable bacteria isolated from organic-rich black shale potentially useful in biometallurgical procedures. J. Appl. Microbiol., 107, 3: 858–866.
13. MATLAKOWSKA R., SKŁODOWSKA A., 2011 — Biodegradation of Kupferschiefer black shale organic matter (Fore-Sudetic Monocline, Poland) by indigenous microorganisms. Chemosphere, 83, 9: 1255–1261.
14. MATLAKOWSKA R., DREWNIAK L., SKŁODOWSKA A., 2008 — Arsenic hypertolerant Pseudomonads isolated from ancient gold mine and cooper bearing black shale ore. Geomicrobiol. J., 25: 357–362.
15. MATLAKOWSKA R., NARKIEWICZ W., SKŁODOWSKA A., 2010 — Biotransformation of organic-rich copper bearing black shale ore by indigenous microorganisms isolated from Lubin copper mine (Poland). Environ. Sci. Technol., 44, 7: 2433–2440.
16. MATLAKOWSKA R., RUSZKOWSKI D., SKŁODOWSKA A., 2013 — Microbial transformations of fossil organic matter of Kupferschiefer black shale - elements mobilization from metalloorganic compounds and metalloporphyrins by a community of indigenous microorganisms. Physicochem. Probl. Miner. Process., 49, 1: 223–231.
17. MATLAKOWSKA R., SKŁODOWSKA A., NEJBERT K., 2012 — Bioweathering of Kupferschiefer black shale (Fore-Sudetic Monocline, SW Poland) by indigenous bacteria: implication for dissolution and precipitation of minerals in deep underground mine. FEMS Microbiol. Ecol., 81, 1: 99–110.
18. MATLAKOWSKA R., WŁODARCZYK A., SŁOMIŃSKA B., SKŁODOWSKA A., 2014 — Extracellular elements-mobilizing compounds produced by consortium of indigenous bacteria isolated from Kupferschiefer black shale – implication for metals biorecovery from neutral and alkaline polymetallic ores. Physicochem. Probl. Miner. Process., 50, 1: 87–96.
19. MOSER D.P., GIHRING T.M., BROCKMAN F.J., FREDRICKSON J.K., BALKWILL D.L., DOLLHOPF M.E., SHERWOOD-LOLLAR B., PRATT L.M., BOICE E., SOUTHAM G., WANGER G., BAKER B.J., PFIFFNER S.M., LIN L.H., ONSTOTT T.C., 2005 — Desulfotomaculum and Methanobacterium spp. dominate a 4- to 5-kilometer deep fault. Appl. Environ. Microbiol., 71, 12: 8773–8783.
20. PETSCH S.T., EGLINTON T.I., EDWARDS K.J., 2001 — 14C-dead living biomass: evidence for microbial assimilation of ancient organic carbon during shale weathering. Science, 292, 5519: 1127–1131.
21. PETSCH S.T., EDWARDS K.J., EGLINTON T.I., 2005 — Microbial transformations of organic matter in black shales and implications for global biogeochemical cycles. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 219: 157–170.
22. RAJPERT L., SKŁODOWSKA A., MATLAKOWSKA R., 2013 — Biotransformation of copper from Kupferschiefer black shale (Fore-Sudetic Monocline, Poland) by yeast Rhodotorula mucilaginosa LM9. Chemosphere, 91, 9: 1257–1265.
23. RICKARD D., 2012 — Sulfidic sediments and sedimentary rocks. Development of sedimentology (red. A.J. Van Loon). Vol. 65. Elsevier, Amsterdam.
24. SZEWZYK U., SZEWZYK R., STENSTRÖM T.A., 1994 — Thermophilic, anaerobic bacteria isolated from a deep borehole in granite in Sweden. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 5: 1810– 1813.
25. TOURTELOT H.A., 1979 — Black shale deposition and diagenesis. Clays Clay Miner., 27: 313−321.
26. WHITMAN W.B., COLEMAN D.C., WIEBE W.J., 1998 — Prokaryotes: The unseen majority. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 12: 6578–6583.
27. WŁODARCZYK A., STASIUK R., SKŁODOWSKA A., MATLAKOWSKA R., 2015 — Extracellular compounds produced by bacterial consortium promoting elements mobilization from polymetallic Kupferschiefer black shale (Fore-Sudetic Monocline, Poland). Chemosphere, 122: 273–279.
28. WŁODARCZYK A., SZYMAŃSKA A., SKŁODOWSKA A., MATLAKOWSKA R., 2016 — Determination of factors responsible for the bioweathering of copper minerals from organic-rich copper-bearing Kupferschiefer black shale. Chemosphere, 148: 416–425.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-abc57fcf-25c0-4ac0-8061-a7251c7eb08d