A Baradla-barlang cseppkövein élő baktériumok egy olyan különleges karbonátot állítanak elő és képesek azt hosszú ideig stabilizálni, amelynek kulcsszerepe van a karbonátképződés és a biológiai ásványosodás megértésében – állítják az Eötvös Loránd Tudományegyetem, a Természettudományi Kutatóközpont, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont és a Pannon Egyetem kutatói a Springer Nature – csoporthoz tartozó Scientific Reports folyóiratban megjelent legújabb tanulmányukban.

Környezetünk egyik leggyakrabban és legváltozatosabb formában előforduló ásványai a karbonátok. Az egysejtűek, puhatestűek és sok más élőlény váza, illetve a belőlük száz millió évekkel ezelőtt képződő üledékes kőzetek (mészkő, dolomit) domináns alkotói mind-mind karbonátok. Az építőipar nagymennyiségben használja cement alapanyagként és díszítőkőként, a háztartási eszközeinken pedig mint vízkő jelenik meg. Irodalmi adatok alapján a kristályos karbonátoknak a képződése egy olyan amorf anyaggal kezdődik, amelynek az alkotóelemei csak nagyon kis térbeli egységekben ismétlődnek. Ennek az amorf karbonátnak kulcsszerepe van a biológiai úton történő ásványosodásban, illetve a különféle kristályos karbonát-módosulatok (pl. kalcit, aragonit) kialakulásában. Az amorf anyag tanulmányozását megnehezíti, hogy az szobahőmérsékleten pillanatok alatt kristályos karbonáttá alakul át.

Az ELTE Mikrobiológia Tanszék, illetve az Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, a TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet, a CSFK Földtani és Geokémiai Intézet és a PE Föld és Környezettudományi Intézeti Tanszék kutatóinak legújabb tanulmánya (https://www.nature.com/articles/s41598-020-65667-w) szerint a Baradla-barlang baktériumtörzsei képesek az amorf karbonátot szobahőmérsékleten is stabilizálni, így mód nyílhat ennek a különleges karbonát-módosulatnak a multi spektrális vizsgálatára, és a karbonát-képződés folyamatának jobb megértésére.

A kutatókat egy korábbi közleményük és a témára nyert NKFI FK123871-es OTKA pályázat motiválta. 2016-ban már azonosították az UNESCO Világörökséghez tartozó Baradla-barlangból (1-es ábra – címfotó) származó amorf karbonátot, azonban e különleges anyag eredetét nem ismerték, bár feltételezhető volt, hogy a mikrobiális aktivitásnak fontos szerepe lehet az elsőként kiváló karbonátok kialakulásában.

A kutatók táptalajokat helyeztek a csepegővíz alá, mintákat vettek a cseppkövek felszínéről, valamint csepegővizet gyűjtöttek baktérium-tenyésztéshez és részletes mikrobiológiai vizsgálathoz (2-es ábra). Néhány hét elteltével a tenyészeteken 0,1-0,2 mm-es fehér kalcit szemcsék jelentek meg (3-as ábra). A szemcsék és a tenyészetek pásztázó elektronmikroszkópi vizsgálata során megfigyelték, hogy kalcit kristályok és a baktériumok felületét olyan 50 – 100 nm-es méretű gömbök borítják (4-es ábra), amelyet az irodalomban rendszerint amorf kalcium-karbonáthoz rendelnek. Az anyag egyértelmű azonosításához a kutatók szerkezetvizsgáló módszereket, többek között a Pannon Egyetem 2018-ban beszerzett Talos F200 Thermo Scientific transzmissziós elektronmikroszkópját használták, és megállapították, hogy a baktériumok amorf karbonátot választanak ki, amely anyagot a mikróbák külső nyálkás burka több hónapon át megvédi az átalakulástól. Meghatározták, hogy a nyálkás burkot nagymennyiségű zsírsav alkotja, és arra a megállapításra jutottak, hogy az amorf karbonát feltehetőleg egy zsírsavakból felépülő szerkezetben van. Amikor a baktérium pusztulásával ez a védőburok szétesik, az amorf anyag átkristályosodik.

A tanulmány szerint a mérsékeltövi barlangokban az amorf karbonát gyakori lehet, és jelenléte bakteriális tevékenységhez kötődhet. A kutatók szerint a baktériumok által kiválasztott és stabilizált különleges amorf anyag megismerése jelentősen befolyásolhatja a barlangi karbonát-képződményekbe zárt geokémiai információkat és a belőlük levont következtetéseket a régmúlt környezeti- és klímaváltozásaival kapcsolatban.

A kutatást az NKFI FK123871, a NANOMIN (KEP-8/2018) és a GINOP-2.3.3-15-2016-0009 pályázatai, valamint az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíja, továbbá az ITM ÚNKP-19-3-I-ELTE-547, ÚNKP-19-3-I-PE-47 és ÚNKP-19-4-PE-4 kódszámú programjai támogatták.

További információ: nemeth.peter@ttk.hu

Hivatkozás:

Enyedi N.T., Makk J., Kótai L., Berényi B., Klébert Sz., Sebestyén Z., Molnár Zs., Borsodi A.K., Leél-Őssy Sz., Demény A., Németh P. Cave bacteria-induced amorphous calcium carbonate formation Scientific Reports, 10: 8696, https://www.nature.com/articles/s41598-020-65667-w

2. ábra: A Baradla-barlang szalmacseppkövei (bal oldali ábra) és a cseppkövek felszínén megtelepedő baktériumok pásztázó elektronmikroszkópi felvétele (jobb oldali ábra). A fotókat Makk Judit készítette.

3. ábra: A BaTD-248 baktériumtörzs 2 hetes és 22 hetes tenyészetéről készült sztereó mikroszkópi felvételek. A kolóniákban a kiválasztott kalcit kristályok (fehér nyíl) mennyisége növekedett az idő függvényében. A fekete nyíl a kolónia széle. A fotókat Enyedi Nóra készítette.

4. ábra: A BaTD-248 (bal oldali ábrák) és a BaSD-223 (jobb oldali ábra) baktériumtörzsek féléves és már kiszáradt tenyészetéről készült pásztázó elektronmikroszkópi (SEM) felvételek. A kiválasztott kalcit kristály és a BaSD-223 baktérium endospóráinak felszínét 50–100 nm-es méretű Ca-karbonát gömbök (fekete nyilak) borítják. A bakteriális tevékenység nyomait lyukak formájában (fehér nyilak) láthatjuk az ásvány felszínén. A felvételeket Németh Péter készítette.

Címfotó: a Baradla-barlang cseppkőképződményei. A fotót Leél-Őssy Szabolcs készítette.