Ученые Кольского научного центра РАН обнаружили штамм цианобактерий, способный формировать защитную биокорку на загрязненных медью отвалах Мурманской области

Сотрудники Института проблем промышленной экологии Севера и Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольского научного центра РАН доказали, что микроорганизмы, адаптированные к фумаролам камчатских вулканов, могут стать основой для спасения экосистем Мурманской области. Исследователи отобрали и изучили штаммы цианобактерий, которые способны выдерживать высокие концентрации меди.

В центральной части Мурманской области десятилетия деятельности горно-металлургического комплекса привели к формированию обширных зон с критическим содержанием меди и никеля в почвах. Традиционные методы фитостабилизации (закрепление почв растениями) в таких условиях малоэффективны из-за высокой токсичности среды. Другими объектами, требующими рекультивации, являются отходы рудообогащения — нефелиновые пески, на которых не формируется почва и растительность из-за бедного состава биогенных элементов. Для решения этих задач требуются организмы-пионеры, способные выживать без органики и противостоять химическому стрессу, чтобы предотвратить эрозию и разнос токсичной пыли ветром.

Для скрининга ученые отобрали девять штаммов микроводорослей и цианобактерий. Особый интерес вызвал штамм Atlanticothrix sp. KPABG-154445, найденный на фумарольных полях вулкана Толбачик на Камчатке. В этом регионе базальтовые породы естественно обогащены медью, что в процессе эволюции сформировало у микроорганизма устойчивые механизмы клеточного гомеостаза и детоксикации. В лабораторных условиях штамм проверили на способность к росту в градиенте концентраций меди, на эффективность биосорбции и на скорость заселения стерильного нефелинового субстрата.

Эксперимент показал, что штамм сохраняет жизнеспособность при длительном воздействии 2 мг/л ионов меди. Биомасса этого организма действует как эффективный фильтр, удаляя до 68% ионов меди из раствора. В условиях лабораторного моделирования техногенного ландшафта (нефелиновый песок с добавлением сульфата меди в концентрации 10 мг/кг) цианобактерия за один месяц сформировала биокорку, покрывающую в среднем 42% поверхности субстрата. Выделяемые микроорганизмом экзополисахариды склеивают частицы песка, стабилизируя отвал и подготавливая среду для последующего заселения территории мхами и высшими растениями.

Как отмечают исследователи, изученный штамм выполняет две функции: он не только выдерживает концентрацию тяжелых металлов, губительную для большинства местных видов, но и активно закрепляет подвижный субстрат. Это позволяет рассматривать его как основу для разработки технологии начального этапа биологической рекультивации промышленных зон без дорогостоящего завоза плодородного грунта.

Лабораторные исследования – это первый шаг. Теперь ученым предстоит перенести исследования из модельных условий в реальные. Главные задачи на будущее – проверить, как биокорка переживет суровые зимы, циклы замерзания и оттаивания, сильные ветра и жесткое ультрафиолетовое излучение. Не исключено, что для надежного закрепления эффекта в природе потребуется не одно, а несколько внесений культуры. Кроме того, в реальных промышленных отходах медь редко встречается в одиночестве, поэтому штамм необходимо протестировать на устойчивость к никелю и другим тяжелым металлам. Также исследователям предстоит точно измерить, сколько именно миллиграммов металла способна поглотить одна единица биомассы, чтобы оценить масштабный потенциал технологии для полевых испытаний.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 25-14-20011).

Результаты работы опубликованы в журнале «Phycology».

Фото: Кольский НЦ РАН

Источник: Минобрнауки России