En anaerob, rörlig, grampositiv bakterie fäster vid molybdenitytan (MoS2) för att ta upp spårämnena från mineralstrukturen för cellsyntes. Kredit:Science China Press
I en artikel publicerad i National Science Review , ett team av forskare sammanfattar kritiskt stora framsteg i interaktioner mellan mineral och mikrober, inklusive molekylära mekanismer för interaktioner och makroskopiska manifestationer av sådana interaktioner genom tiden. Stora utmaningar och framtida forskningsmöjligheter identifieras.
Mineraler är jordens grundläggande komponenter. Mikrober upptar majoriteten av livets träd. I nära ytliga miljöer samexisterar mineraler och mikrober och interagerar. Studierna av interaktioner mellan mineral och mikrober har blommat ut under de senaste två decennierna, eftersom sådana interaktioner driver fram stora geologiska händelser och väsentligt bestämmer jordens beboelighet. En forskargrupp ledd av Dr. Hailiang Dong från China University of Geosciences (Peking) har kritiskt granskat interaktioner mellan mineral och mikrober och deras samutveckling, och föreslagit stora forskningsmöjligheter och utmaningar i framtiden.
Mineraler och mikrober interagerar ömsesidigt över alla rumsliga och tidsmässiga skalor. Medan många mineraler erbjuder skydd och tillhandahåller näringsämnen/energi för att stödja mikrobiell tillväxt och metabolism, kan andra mineraler frigöra biotoxiska ämnen och producera reaktiva syrearter (ROS) för att begränsa och till och med döda mikroorganismer. I gengäld löser mikrober aktivt upp, fäller ut och omvandlar mineraler genom metabolism, vilket kan producera speciella biosignaturer i geologiska register.
Under hela jordens historia ökar både mineraler och mikrober sin artmångfald och funktionella komplexitet. I en prebiotisk värld katalyserar mineraler syntesen av biologiska molekyler och spelar en viktig roll i livets uppkomst. Därefter driver mineralutvecklingen mikrobiell innovation genom deras förändringar av fysiokemiska egenskaper genom tiden. Mikrobiell evolution driver i sin tur mineraldiversifiering genom sin unika metabolism. Därför spelar de utvecklande mineral-mikroberinteraktionerna över geologisk tid avgörande roller för att driva fram geologiska händelser såsom förekomsten av den stora oxidationshändelsen och bildandet av stora malmfyndigheter.
Interaktioner mellan mineral och mikrober har många bioteknologiska tillämpningar, inklusive biolakning av ädelmetaller och tillverkning av mineralgödsel, sanering av tungmetaller och organiska föroreningar, biosyntes av nya material och CO2 kvarstad. Trots de senaste framstegen identifierar författarna viktiga forskningsfrågor för framtida forskning.
För det första är mineralernas roller för att stödja mikrobiell ekologi endast kvalitativt erkända för närvarande. Traditionella odlingsmedier betraktar inte mineraler som viktiga näringsämnen och energi, vilket kan vara en av anledningarna till en låg framgångsgrad för att få rena kulturer. Mineralbaserade odlingsmedier bör återvinna fler mikrobiella resurser.
För det andra är det utmanande att skilja biogena mineraler från abiogena. En syngenetisk sammansättning av mineraler som kombinerar morfologiska, strukturella/texturella och geokemiska bevis är mer meningsfulla för att söka efter de biologiska fotavtrycken i geologiska register och på andra planeter.
För det tredje är det absolut nödvändigt att koppla laboratoriemekanistiska undersökningar till fältobservationer. Genom ett iterativt tillvägagångssätt kan interaktioner mellan mineral och mikrober härledas över tiden.
För det fjärde kan manipulation av interaktioner mellan mineral och mikrober gynna mänskligheten, såsom CO2 lagring och begränsning av den globala uppvärmningseffekten, resursåtervinning, miljöskydd och tillverkning av nya material. + Utforska vidare
