Сотрудники Института проблем промышленной экологии Севера и Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольского научного центра РАН сделали значительное открытие в области экологии. Они доказали, что микроорганизмы, адаптированные к фумаролам камчатских вулканов, могут стать основой для восстановления экосистемы Мурманской области. Подробности исследования опубликованы в журнале «Phycology», а сам проект поддержан грантом Российского научного фонда (проект № 25-14-20011) КНЦ РАН.
В Мурманской области, на протяжении многих лет, активная деятельность горно-металлургического комплекса привела к образованию обширных зон с критически высоким содержанием меди и никеля в почвах. Применяемые традиционные методы фитостабилизации, основанные на закреплении почв растениями, оказываются неэффективными в условиях высокой токсичности окружающей среды. К тому же, среди объектов, требующих рекультивации, находятся отходы рудообогащения — нефелиновые пески, на которых не формируются ни почва, ни растительность из-за недостатка биогенных элементов. Для решения этих проблем необходимы организмы-пионеры, которые смогут выживать без органических веществ и противостоять химическому стрессу, предотвращая эрозию и распространение токсичной пыли.
В рамках исследования ученые отобрали девять штаммов микроводорослей и цианобактерий. Особое внимание привлек штамм Atlanticothrix sp. KPABG-154445, обнаруженный на фумарольных полях вулкана Толбачик на Камчатке. В этом регионе базальтовые породы обладают естественным обогащением медью, что способствовало развитию у микроорганизма устойчивых механизмов клеточного гомеостаза и детоксикации. Лабораторные эксперименты показали, что данный штамм способен выживать при длительном воздействии 2 мг/л ионов меди, а его биомасса эффективно фильтрует, удаляя до 68% ионов меди из раствора.
В условиях моделирования техногенного ландшафта, где нефелиновый песок был дополнен сульфатом меди в концентрации 10 мг/кг, цианобактерия смогла за месяц сформировать биокорку, покрывающую в среднем 42% поверхности субстрата. Микроорганизм выделяет экзополисахариды, которые склеивают песчаные частицы, стабилизируя отвал и подготавливая почву для последующего заселения мхами и высшими растениями.
Как подчеркивают исследователи, изучаемый штамм выполняет две ключевые функции: он не только выдерживает высокие концентрации тяжелых металлов, которые пагубно воздействуют на большинство местных видов, но и активно закрепляет подвижный субстрат. Это позволяет рассматривать его как перспективный кандидат для разработки технологий начального этапа биологической рекультивации промышленных зон без необходимости дорогостоящего завоза плодородного грунта.
Однако лабораторные исследования — это лишь первый шаг. Ученым предстоит перенести свои эксперименты из контролируемых условий в реальные. В числе первоочередных задач — выяснить, как биокорка будет вести себя в условиях суровых зим, циклов замерзания и оттаивания, сильных ветров и жесткого ультрафиолетового излучения. Возможно, для достижения стойкого эффекта в природных условиях потребуется не одно, а несколько внесений культуры. Кроме того, в реальных условиях медь редко встречается в одиночку, поэтому необходимо протестировать штамм на устойчивость к никелю и другим тяжелым металлам.
Также исследователи должны точно измерить, сколько миллиграммов металла может поглотить одна единица биомассы, чтобы оценить масштабный потенциал данной технологии для полевых испытаний. Таким образом, работа ученых открывает новые горизонты в области экологии и биоремедиации, что может существенно повлиять на восстановление пострадавших экосистем в промышленно загрязненных районах.