A termálvizek biofilm vizsgálatai segíthetik az ősi ökoszisztémák megértését

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem, a Soproni Egyetem, az és a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Földtani és Geokémiai Intézet munkatársai nemzetközileg is kiemelkedő felfedezést tettek a mikrobák által kialakított karbonátstruktúrák (sztromatolitok) fejlődésével kapcsolatban. Az eredményeket a rangos Scientific Reports tudományos folyóiratban publikálták.

Az új kutatás hozzájárulhat a földtörténeti múltban kialakult karbonátszerkezetek megértéséhez, és segíthet a hasonló folyamatok modern összefügéseinek feltárásában.

A sztromatolitok réteges karbonátképződmények, amelyeket fotoszintetizáló cianobaktériumok alakítanak ki. Több mint 3,5 milliárd éves múltra tekintenek vissza, így a Föld legősibb fosszíliái közé tartoznak. Ezek az organizmusok az ősi óceánok/tengerek sekély vizeinek óriás területein alkottak telepeket és kulcsszerepet játszottak az archaikumi földi légkör oxigéntartalmának növelésében körülbelül 2,2 milliárd évvel ezelőtt.  A tudomány számára ökológiai és evolúciós szempontból is érdekes megismerni ezeknek a különleges karbonátképződményeknek a kialakulását. Azonban tanulmányozások nehézkes, mivel napjainkra az aktívan fejlődő sztromatolitok száma jelentősen lecsökkent.

A kutatók a Borsod-Abaúj-Zemplén vármegyei Köröm-termálkút tanulmányozása során olyan biológiai képződményeket figyeltek meg, amelyek felépítése hasonlít az ősi sztromatolitokéhoz. A termálkút környezetében kialakult 3-5 cm vastagságú vörös és zöld színű, réteges, biofilmek – amelyek baktériumok által létrehozott karbonátgazdag struktúrák (1.ábra) –  olyan extrém körülmények között mellett is képesek növekedni, mint az alacsony szervesanyag-tartalom, 79,2 °C-os hőmérséklet, magas sótartalom és jelentős arzén-koncentráció.

1. ábra: A 79,2 °C-os hőmérsékletű termálvíz felszínre érkezése során fehér színű kalcium-karbonát válik ki, melynek felszínén gazdagon burjánzó vörös és zöld színű réteges biofilmek, vagyis baktériumok alkotta szövedékek képződnek (Makk Judit ábrája).

A kutatók összefüggéseket találtak a bakteriális közösségek összetétele, a fizikokémiai tulajdonságok és a mészkőkiválás folyamata között. Elsőként írták le a hasonlóságot a jelenleg is élő és fejlődő vörös biofilm szerkezete és a fosszilizált sztromatolitok között (2. ábra).

2. ábra: A biofilmek szerkezete. A) Eltérő színű rétegeket mutató ~ 5 cm vastagságú biofilm minta. B) A biofilm egyik rétegéről készült fénymikroszkópos felvétel, ahol az ásványi szemcsék gyöngysorszerűen helyezkednek el a biofilmben az alzathoz képest vertikális irányultságban. C) A fonalas sejtek létraszerű hálózatos egységeket alkotnak a pásztázó elektronmikroszkópos képen. D) Változatos alakú sejtek (kék nyíl) és az általuk termelt nyálkaanyag (piros nyíl) stabilizálják az ásványokat. A baktériumok és az ásványok szoros kapcsolatát mutatja, hogy a sejtek elpusztulásuk során üregeket, fonalszerű lenyomatokat hagynak maguk után (sárga nyíl) (Makk Judit ábrája).

Ez a kutatás nagymértékben hozzájárul a sztromatolitok kialakulásának hátterében álló geobiológiai folyamatok megértéséhez, mind a mai környezetben, mind a földtörténet során. Az eredmények bővítik a biogén karbonátképződéssel kapcsolatos ismereteinket, keretet adva a megkövesedett mikrobiális struktúrák értelmezéséhez, és segítenek rekonstruálni a Föld múltbeli ökoszisztémáit.

A felfedezés tehát nemcsak a múltunkról árul el többet, hanem segíthet jobban megérteni azokat a geobiológiai és -kémiai folyamatokat is, amelyek ma is zajlanak bolygónkon.

A kutatásban a Soproni Egyetem és a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Földtani és Geokémiai Intézet kutatóival együttműködésben az Eötvös Loránd Tudományegyetem Mikrobiológiai Tanszék munkatársai Makk Judit, Lange-Enyedi Nóra Tünde, Tóth Erika és Borsodi Andrea dolgoztak.

A kutatást az NKFIH ANN141894, a HUN-REN SA-41/2021, az ELTE Tématerületi Kiválósági Program TKP2020-IKA-05, az Európai Unió és Magyarország Kormánya RRF-2.3.1–21-2022–00014 sorszámú pályázatai támogatták.

A szerzők az eredményeket a neves Scientific Reports nevű folyóiratban közölték:

Makk, J., Németh, Á.Cs., Tóth, E., Németh, P., Kovács, I., Dobosy, P., Demény, A., Sipos, G., Borsodi, A.K., Lange-Enyedi, N.T. (2025): Actively forming microbial mats provide insight into the development of microdigitate stromatolites. Scientific Reports, 15:5497. (https://doi.org/10.1038/s41598-025-90175-0)