Mineral-mikrobe-interaktioner spiller vigtige roller i geologiske og miljømæssige processer

I en artikel offentliggjort i National Science Review , et team af forskere kritisk opsummerer store fremskridt i mineral-mikrobe interaktioner, herunder molekylære mekanismer for interaktioner og makroskopiske manifestationer af sådanne interaktioner gennem tiden. Store udfordringer og fremtidige forskningsmuligheder identificeres.

Mineraler er jordens grundlæggende komponenter. Mikrober optager størstedelen af ​​livets træ. I nære overflader eksisterer mineraler og mikrober sammen og interagerer. Undersøgelserne af interaktioner mellem mineraler og mikrober er blomstret op i de sidste to årtier, fordi sådanne interaktioner driver store geologiske begivenheder og i væsentlig grad bestemmer jordens beboelighed. Et forskerhold ledet af Dr. Hailiang Dong fra China University of Geosciences (Beijing) har kritisk gennemgået mineral-mikrobernes interaktioner og deres co-evolution og foreslået store forskningsmuligheder og udfordringer i fremtiden.

Mineraler og mikrober interagerer gensidigt på tværs af alle rumlige og tidsmæssige skalaer. Mens mange mineraler tilbyder beskyttelse og leverer næringsstoffer/energi til at understøtte mikrobiel vækst og metabolisme, kan andre mineraler frigive biotoksiske stoffer og producere reaktive oxygenarter (ROS) for at begrænse og endda dræbe mikroorganismer. Til gengæld opløser, udfælder og transformerer mikrober mineraler aktivt gennem metabolisme, hvilket kan producere specielle biosignaturer i geologisk registrering.

Gennem Jordens historie øger både mineraler og mikrober deres artsdiversitet og funktionelle kompleksitet. I en præbiotisk verden katalyserer mineraler syntesen af ​​biologiske molekyler og spiller en væsentlig rolle i livets fremkomst. Efterfølgende driver mineraludviklingen mikrobiel innovation gennem deres ændringer af fysisk-kemiske egenskaber gennem tiden. Mikrobiel evolution driver igen mineraldiversificering gennem deres unikke metabolisme. Derfor spiller de udviklende mineral-mikrobe-interaktioner over geologisk tid afgørende roller i at drive geologiske begivenheder, såsom forekomsten af ​​den store oxidationsbegivenhed og dannelsen af ​​store malmforekomster.

Mineral-mikrobe interaktioner har mange bioteknologiske anvendelser, herunder bioudvaskning af ædelmetaller og fremstilling af mineralsk gødning, afhjælpning af tungmetal og organiske forurenende stoffer, biosyntese af nye materialer og CO₂ sekvestrering. På trods af de seneste fremskridt identificerer forfatterne vigtige forskningsspørgsmål til fremtidig forskning.

For det første er mineralernes roller i at understøtte mikrobiel økologi kun kvalitativt anerkendt på nuværende tidspunkt. Traditionelle kulturmedier betragter ikke mineraler som vigtige næringsstoffer og energi, hvilket kan være en af ​​årsagerne til en lav succesrate for at opnå rene kulturer. Mineralbaserede kulturmedier bør genvinde flere mikrobielle ressourcer.

For det andet er det udfordrende at skelne biogene mineraler fra abiogene mineraler. En syngenetisk samling af mineraler, der kombinerer morfologiske, strukturelle/teksturelle og geokemiske beviser, er mere meningsfuld at søge efter de biologiske fodspor i geologiske registreringer og på andre planeter.

For det tredje er det bydende nødvendigt at knytte laboratoriemekanistiske undersøgelser til feltobservationer. Gennem en iterativ tilgang kan mineral-mikrobe-interaktioner udledes gennem tiden.

For det fjerde kan manipulation af mineral-mikrobe-interaktioner gavne menneskeheden, såsom CO₂ sekvestrering og afbødning af den globale opvarmningseffekt, ressourcegenvinding, miljøbeskyttelse og fremstilling af nye materialer. + Udforsk yderligere

Mineralpotentiale for sjældne jordarter i den sydøstlige amerikanske kystslette