A Baradla-barlang baktériumai segítik a klímakutatást

Környezetünk egyik leggyakrabban és legváltozatosabb formában előforduló ásványai a karbonátok. Az egysejtűek, puhatestűek és sok más élőlény váza, illetve a belőlük több száz millió évvel 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.

A kristályos karbonátok képződése egy olyan amorf anyaggal kezdődik, amelynek megismerése kiemelt jelentőségű a mészkőképződés, paleogeokémia, paleoklimatológia, biomineralizáció, tágabb értelemben a szén megkötődés, illetve a globális szén ciklus értelmezésében, vagyis

Földünk múltbéli klímaváltozásainak megértésében.

Tanulmányozásukat ugyanakkor megnehezíti, hogy szobahőmérsékleten pillanatok alatt kristályos karbonáttá alakulnak 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 kutatói legújabb tanulmányukban a Baradla-barlang baktériumtörzseinek amorf karbonát stabilizáló hatásáról számoltak be. Az új felfedezésnek köszönhetően lehetőség nyílhat a különleges karbonát-módosulat multispektrális vizsgálatára, és a karbonátképződés folyamatának jobb megértésére.

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 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 barlangi karbonátképződmények a klímakutatás egyik legfontosabb anyagai, képződési koruk, szövetük és geokémiai összetételük információt szolgáltat a múlt környezeti- és klímaváltozásairól; hőmérsékletben, csapadék-mennyiségben és eredetében, valamint a beszivárgás módjában történt változásokról és ezek szezonalitásáról. Képződésük során jelentősen módosítják a kormeghatározáshoz szükséges urán-tórium eredeti mennyiségét és a nyomelemek eloszlását. Vagyis kialakulásuk megismerése fontos szerepet játszik a barlangi képződményeken alapuló kor és paleoklíma meghatározásában.

1. ábra: Baradla-barlang cseppkőképződményei. 2016-ban már azonosították az UNESCO Világörökséghez tartozó Baradla-barlangból 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 fotókat Leél-Őssy Szabolcs készítette.

2. ábra: A Baradla-barlang szalmacseppkövei (bal oldali ábra) és a cseppkövek felszínén megtelepedő baktériumok pásztázó elektronmikroszkópi felvétele (jobb oldali ábra). A kutatók táptalajokat helyeztek a csepegővíz alá, mintákat vettek a cseppkövek felszínéről, valamint csepegővizet gyűjtöttek baktérium-tenyésztéshez és részletes mikrobiológiai vizsgálathoz. 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. Néhány hét elteltével a tenyészeteken 0,1-0,2 mm-es fehér kalcit szemcsék jelentek meg. 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 szemcsék és a tenyészetek pásztázó elektronmikroszkópi vizsgálata során megfigyelték, hogy kalcit kristályok és a baktériumok felületét olyan 50 - 100 nm-es méretű gömbök borítják, amelyet az irodalomban rendszerint amorf kalcium-karbonáthoz rendelnek.A felvételeket Németh Péter készítette.