Kam nechodí slunce, tam chodí extremofilní chemoautotrofové
Že se dnes mikrobiologie nedělá pouze v bělostných laboratořích, ale za mikroorganismy se dostávají také montanisté do hlubin stovek metrů pod zemí, možná leckoho překvapí, nutno však uznat, že výsledky zkoumání takovýchto prostředí jsou často překvapující i pro samotné vědce. Například v bývalém rudním dole ve Zlatých Horách ve Slezsku se nacházejí makroskopické nárosty bakteriálních kolonií, které se jako bělavé chomáče tenkých provázků vlní v toku podzemních potoků v pH menším než 3 nebo visí z okolní skály jako jakési živé krápníky, z nichž na zem skapává voda jako z těch opravdových.
Tyto dozajista extrémní habitaty osídlila společenstva bakterie Ferrovum spp. a Acidithiobacillus ferrivorans. V méně extrémním prostředí, co se týče kyselosti, dominovala Gallionella sp. V podzemí jsou jinak ostatní podmínky poměrně velmi stabilní, teplota vzduchu během celého roku kolísá mezi 8 a 10 °C, teplota vody má o stupeň méně. Život je v tomto prostředí zcela závislý na činnosti chemoautotrofních mikroorganismů. Ty vytvářejí svou tělesnou hmotu ze vzdušného oxidu uhličitého podobně jako třeba rostliny, zdrojem energie pro ně ovšem samozřejmě není světlo, ale oxidace různých anorganických látek, mimo jiné i rudních minerálů pyritu a chalkopyritu. Chemoautotrofní bakterie zde tedy fungují jako primární producenti. Další organismy (bakterie, jednobuněčná eukaryota a převážně mikroskopické houby) se pak živí jimi nebo jejich metabolickými produkty.
Některé části dolu ve Zlatých Horách byly vyraženy v gossanu. Gossan nebo též železný klobouk je geologický termín označující intenzivně zoxidovanou a vymytou vrstvu hornin ve vrchních částech rudního ložiska nebo rudních žil. Jeho červená barva napovídá, že v něm převládají kromě křemene a různých sekundárních minerálů především minerály železa, jako např. hematit nebo goethit.
- Schéma ukazuje nejdůležitější poznatky o mikrobiálním životě v ekosystému zlatohorského dolu.
Autor článku, na základě svých poznatků o distribuci různých mikrobiálních komunit, rozdělil prostředí dolu do tří hlavních částí, které se liší složením bakteriálních společenstev a současně také různými geochemickými procesy. První je již zmíněná zóna gossanu (na schématu tmavě šedě), ve které žijí podobné bakterie jako v půdě velmi chudé na organiku, navíc jde často o druhy známé odolností k těžkým kovům. Tyto bakterie se živí organickými látkami, které přináší voda, a patrně urychlují srážení některých sekundárních minerálů. Z gossanu voda proudí již skoro bez organických látek do oxidační zóny (na schématu bíle), kde dochází k bakteriální oxidaci sulfidů na sírany a jejich rozpouštění. Voda se zde stává kyselou a je obohacená o železnaté ionty. Tato voda proniká do třetí zóny, kterou tvoří interiér důlních chodeb. Tady skapává po skalách a sbíhá se do podzemních potoků, v nichž rostou chemoautotrofní bakterie, které už pochopitelně nemají přístup k sulfidům, ale zato mají dost kyslíku na intenzivní oxidaci železnatých iontů. Tyto bakterie vytvářejí měkké krápníky a mohutné gelovité nárůsty, mezi montanisty známé jako soplopády. Zajímavé je, že na různých výtocích vody, které se velmi mírně liší svým pH a mineralizací, rostou odlišné druhy mikrobů. Příčinou je patrně silná mezidruhová konkurence, to však zatím není prokázáno. Chemoautrotrofy následují heterotrofní bakterie, které dokázaly překročit hranici gossanu, jež není zas tak ostrá a bakterie si na ní mohou postupně „zvykat“. Tito heterotrofové tak žijí v oxidační zóně a pasou se na odumírajících acidofilech.
- Pestrobarevné sekundární minerály mědi (hlavně sírany) v gossanu. Foto: Lukáš Falteisek
Slyšela jsem, že děláš montanistiku. Jak dlouho se jí zabýváš a kdy tě napadlo skloubit svého koníčka se svou vědeckou prací?
Montanistice se věnuju asi 10 let. Původně to byla jen zábava, ale postupně jsem se rozhodl, že se chci věnovat výzkumu, při kterém bych mohl být taky v terénu, a podzemí bylo u mne jakožto terén vždy na prvním místě.
Jakým výzkumem se zabýváš v současnosti? Pokračuješ i v práci ve Zlatých Horách?
Nějaké vzorky ze Zlatých Hor ještě analyzuji, rád bych si na nich ověřil jeden z nápadů, o kterých radši nebudu dopředu mluvit. Většinu času se zabývám studiem bakteriálních společenstev, která rozpouštějí a srážejí sekundární minerály arzenu. Cílem je ukázat, jak jsou mikrobiální a geochemické děje provázané s prostorovou strukturou materiálu, v němž probíhají.
Spolupracuješ ve svých výzkumech s dalšími lidmi? Dělá geomikrobiologii také někdo další u nás?
Přímo geomikrobiologie, tedy mikrobiální interakce s minerály, se u nás dělá spíš okrajově ve spolupráci se zahraničními týmy. Ale environmentální mikrobiologií (studiem mikroorganismů v půdách, různých kontaminacích a podobně) se samozřejmě zabývá více týmů v Praze i jinde. S některými spolupracuji, kromě toho je nutné spolupracovat s odborníky jiných zaměření, hlavně geology a geochemiky. Geomikrobiologický výzkum je totiž smysluplný jedině v rámci komplexního výzkumu určitého fenoménu, málokdy vede k cíli jen tak někam přijít a začít určovat, co tam žije.
Jaké výzvy podle tebe stojí před současnou geomikrobiologií?
Napadají mne dvě velké výzvy. První je najít spolehlivé znaky mikrobiální přeměny minerálů a naučit se jí kvantifikovat. Potom bude možné třeba porovnat mikrobiální a čistě chemickou erozi a rozřešit otázku, do jaké míry bakterie zodpovídají v podstatě za tvorbu naší krajiny. Druhá výzva je naopak sestoupit na mikro úroveň, přestat ulpívat na konkrétních druzích organismů, které něco samy katalyzují, a začít studovat roli kompartmentace mikrobiálních nárůstů, které provádějí různé geochemické reakce. Všichni sice vědí, že je prostorová struktura důležitá, ale o moc konkrétněji se to zatím neřeší. Myslím si, že metody pro dosažení obou cílů se už objevují a máme naději se toho dočkat.
Jana Pilátová
- Nahoře: Fotografie důlní chodby opuštěné na počátku 90. let může ilustrovat význam mikrobiálního života v urychlení rozkladných procesů. Doly nejsou jen pověstné „jizvy“ v krajině, významnou měrou přispívají k zvyšování beta diverzity prostředí. Vlevo dole: „Bakteriální krápník“ s nádhernými nárosty sádrovce, který zde vzniká díky intenzivní bakteriální oxidaci sulfidů, při níž dochází k ohřívání prostředí a k odparu, to dohromady tvoří ideální podmínky ke vzniku sekundárních minerálů. Vpravo dole: Krápník tvořený bakteriálními koloniemi rodu Gallionella a v menší míře rodem Ferrovum, kape z něj voda o pH jen trochu vyšším než 3. Foto: Lukáš Falteisek
Akce dokumentů
