تشکیل پیریت اتوژنیک به روش ژئومیکروبیولوژی در آزمایشگاه و کاربرد آن در رسوب‌های دریایی جنوب شرق ژاپن

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

دسته­هایی از باکتری­های رسوب­های دریایی نانکای در جنوب شرق ژاپن و نیز دسته­های آرکی در تولید متان و تشکیل کانی­های اتوژنیک از قبیل پیریت نقش چشمگیری دارند. پیریت اتوژنیک در آزمایشگاه در شرایط  بی­هوازی، بدون نور و در محیط کشت ایده آل با باکتری­های احیا کننده سولفات، تشکیل گردید. این باکتری­ها مزوفیل و هتروتروف هستند. pH و Eh محیط کشت در رشد این میکروارگانیسم­ها و کانی­سازی پیریت اتوژنیک در شرایط آزمایشگاهی از اهمیت خاصی برخوردارند، ضمن اینکه ترکیب شیمیایی مواد موجود در محیط کشت و مواد آلی در رسوب­های حوضه­ی نانکای نیز به­عنوان عوامل شیمیایی نقش مهمی را در این امر ایفا می­کنند. ماتریکس آلی (EPS) که در برگیرنده­ی سلول باکتری­های احیا کننده سولفات است، نقش موثری در ورود الکترون حاصل از احیا سولفات به داخل سلول باکتری­های احیا کننده سولفات دارد. در واقع، یون آهن فرو موجود در حوضه­ی رسوبی نانکای با ترکیب­های تشکیل دهنده ماتریکس آلی واکنش داده و به­عنوان رابطی به­منظور انتقال الکترون­ها به داخل سیتوپلاسم سلول عمل کرده و در نهایت باعث تغذیه­ی این گونه میکروب­ها می­شود. ماتریکس آلی در برگیرنده­ی سلول باکتری­ها منجر به تجمع آن­ها در بیوفیلم­های موجود در رسوب­های این حوضه می­شود. نتایج به دست آمده بر تشکیل پیریت اتوژنیک دلالت می­کند که ناشی از احیا سولفات بوسیله ژئوباکتری­های احیا کننده­ی سولفات در بیوفیلم­های موجود در نمونه­های رسوبی مورد بررسی است.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Authigenic pyrite formation by geomicrobiological laboratory studies and its application in south east of Japan sea-sediments

چکیده [English]

Bacterial and Archeae colonies in marine sediment play important role in methane production and precipitation of authigenic minerals such as pyrite in the Nankai sedimentary basin in south east of Japan. Authigenic pyrite precipitates in anerobic condition, whithout light and in suitablet medium by sulfate-reducing bacteria (SRB). These bacteria are mezophile and heterotroph. pH and Eh of medium play important role in growth of these microorganisms and precipitation of authigenic pyrite in laboratory condition while chemical composition of materials in medium and organic material in Nankai sediments have important role as chemical factors in precipitation of pyrite too. Organic matrix (extracellular polymeric substances [EPS]) that covers bacterial cells also plays important role in electron arrival (resulted by sulfate reduction) into the cell of SRBs. In fact, the Fe+2 in the pore water of sediments react with EPS. The iron in the EPS may serve as an electron shuttle or conductor for conveying electrons from the oxidative half-reaction of metal sulfides to the electron transport system in the plasma membrane. Organic matrix forms biofilm in sediments. The results indicates formation of authigenic pyrite by Geobacteria Sulphate-Reducer in biofilms within the sediments of the Nankai basin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Authigenic pyrite
  • geobacteria
  • sulphate-reduction
  • biofilm
  • Nankai Basin
[1] Barton L. L., Hamilton W. A., "Sulphate-reducing Bacteria Environmental and Engineered Systems. First Edition", Cambridge University Press, 2007 pp. 1-523.

[2] Thauer R. K., Stackebrandt E., Hamilton W. A., "Energy metabolism and phylogenetic diversity of sulphate-reducing bacteria. In: Barton, L. L., and Hamilton, W. A., Sulphate-reducing Bacteria Environmental and Engineered Systems", First Edition. Cambridge University Press, (2007)

pp. 1-38.

[3] Rabus R., Strittmatter A., "Functional genomics of sulphate-reducing prokaryotes Sulphate-reducing Bacteria. In: Sulphate-reducing Bacteria Environmental and Engineered Systems. Barton, L. L., and Hamilton, W. A., 2007.", First Edition. Cambridge University Press. (2007) pp. 117-140.

[4] Jørgensen B. B., "Mineralization of organic matter in the sea bed - the role of sulphate reduction. Nature.", 296 (1982) 643-5.

[5] Pereira C., Shelley A., Haveman and Voordouw G., "Biochemical, genetic and genomic characterization of anaerobic electron transport pathways in sulphate-reducing Delta proteobacteria. In: Sulphate-reducing Bacteria Environmental and Engineered Systems.", Barton, L. L., and Hamilton, W. A., 2007. First Edition. Cambridge University Press. (2007) pp. 215-240.

[6] Sass H., Cypionka H., "Response of sulphate-reducing bacteria to oxygen. In: Sulphate-reducing Bacteria Environmental and Engineered Systems. Barton, L. L., and Hamilton, W. A., 2007.", First Edition. Cambridge University Press. (2007) pp. 167-184.

]7[ تاکر موریس ای.، ترجمه: سیّد رضا موسوی حرمی و اسدالله محبوبی. 1388. سنگ شناسی رسوبی. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد. صفحه 375.

]8[ داگلاس، دبلیو. لوویس، مک کونچی، دیوید، ترجمه: سیّد رضا موسوی حرمی و اسدالله محبوبی. 1382. رسوب‌شناسی کاربردی. مرکز نشر دانشگاهی تهران. صفحه 231.

[9] Tunnicliffe V., Juniper S. K., Sibuet M., "Reducing Environments of the Deep-Sea Floor; In: Ecosystems of the world 28, Ecosystems of the deep oceans, Edited by Tyler", P.A., Amsterdam, The Netherlands. First edition. Elsevier Science, (2003) pp. 81-111.

[10] Warren L. A., "Biofilms and metal geochemistry: the relevance of micro-organism-induced geochemical transformations 11. In: G. M. Gadd, K. T. Semple and H. M. Lappin-Scott.micro-organisms and earth systems –advances in geomicrobiology.", First Edition. Society for General Microbiology. (2005) pp. 11-34.

[11] Ehrlich H. L., Newman D. K., "Geomicrobiologgy. Chapter 19: Geomicrobiology of Sulfur. Fifth Edition. Taylor and Francis Group", LLC. (2009) pp. 439-490.

[12] Martin V., Henrya P., Nouze´ H., Noblec M., Ashid Pascala G., "Erosion and sedimentation as processes controlling the BSR-derived heat flow on the Eastern Nankai margin.", Earth and Planetary Science Letters. 222 (2004)131– 144.

[13] Matsumoto R., "Methane hydrate estimates from the chloride and oxygen isotopic anomalies – examples from the Blake Ridge and Nankai Trough sediments", Ann. New York Academic Science. 912 (2000) 39–50.

[14] Wellsbury P., Goodman K., Cragg A., Parkes J., Paull C.K., The Geomicrobiology of deep marine sediments from Blake Ridge containing methane hydrate (SITES 994, 995, AND 997)1. In: Matsumoto, R., Wallace, P.J., and Dillon, W.P. (Eds.), Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results. 164.

]15[ کیانپور س.، "ژئوشیمی و رسوب‌شناسی رسوبات دریایی عمیق (Nankai Trough) با تأکید بر منشأ کلسیت اتوژنیک"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد، 1388، صفحات، 289.

[16] Konhauser K., "Introduction to Geomicrobiology", Blackwell Science Ltd.pp.171-179, 2007, p. 98.

[17] Reitner J., Peckmann J., Blumenberg M., Michaelis W., Reimer A., Thiel V., "Concretionary methane-seep carbonates and associated microbial communities in Black Sea sediments. Palaeogeography", Palaeoclimatology, Palaeoecology. 227 (2005) 18– 30.

[18] Okabe S., "Ecophysiology of sulphate-reducing bacteria in environmental biofilms. In: Sulphate-reducing Bacteria Environmental and Engineered Systems. Barton, L. L., and Hamilton", W. A., First edition. Cambridge University Press. (2007) pp. 359-382.

[19] Tang K., Baskaran V., Nemati M., "Bacteria of the sulphur cycle: An overview of microbiology", biokinetics and their role in petroleum and mining industries. Biochemical Engineering Journal. 44 (2009) 73–94.

[20] Braissant O., Decho A. W., Dupraz C., Glunk C., Prezkop K. M., Visscher P. T., "Exopolymeric substances of sulfate-reducing bacteria: Interactions with calcium at alkaline pH and implication for formation of carbonate minerals. Geobiology", Journal compilation. Blackwell Publishing Ltd, (2009) pp. 1-10.

[21] Moosa S., Nemati M., Harrison S.T.L., "A kinetic study on aerobic reduction of sulphate. Part I: Effect of sulphate concentration", Chemical Energy Science 57: 2773–2780.

[22] Parawira W., "Anaerobic Treatment of Agricultural Residues and Wastewater, Doctoral Dissertation, Department of Biotechnology", Lund University, Sweden. (2004) pp. 198.

[23] Saito H., Suzuki N., "Terrestrial organic matter controlling gas hydrate formation in the Nankai Trough accretionary prism", offshore Shikoku, Japan. Journal of Geochemical Exploration. 95 (2007) 88–100.

[24] Dupraz C., Pamela Reid R., Braissant O., Decho. W., Norman R., Visscher T., "Processes of carbonate precipitation in modern microbial mats." Earth-Science Reviews. 96 (2009) 141-162.

[25] Barreto M., Jedlicki E., Holmes D.S., "Identification of a gene cluster for the formation of extracellular polysaccharide precursors in the chemolithoautotroph Acidithiobacillus ferrooxidans", Application Environment Microbiology. 71 (2005) 2902–2909.

[26] Widdel F., Musat F., Knittel K., Galushko A., "Anaerobic degradation of hydrocarbons with sulphate as electron acceptor. In: Sulphate-reducing Bacteria Environmental and Engineered Systems. Barton", L. L., and Hamilton, W. A., 2007. First Edition. Cambridge University Press. (2007) pp. 256-304.

[27] Chen Y., "Methane-derived carbonate from the Gulf of Mexico and the Nankai Trough: Are related to gas hydrate dissociation? Thesses of Ph.D", University of Tokyo. (2005) pp. 187.

[28] Colwell F., Matsumoto R., Reed, "A review of the gas hydrates, geology", and biology of the Nankai Trough. Chemical Geology. 205 (2004) 391– 404.

[29] Perry R.S., Mcloughlin N., Lynne B.Y., Sephton M.A., Oliver J.D., Perry C.C., Campbell K., Engel M.H., Farmer J.D., Brasier M.D., Staley J.T., "Defining biominerals and organominerals: direct and indirect indicators of life.", Sedimentary Geology. 201 (2007) 157–179.

[30] Baumgartner L.K., Reid R.P., Dupraz C., Decho A.W., Buckley D.H., Spear J.R., Przekop K.M., Visscher P.T., "Sulfate reducing bacteria in microbial mats: Changing paradigms", new discoveries. Sedimentary Geology. 185 (2006) 131–145.