Geomicrobiologia - Geomicrobiology

Geomicrobiologia é o campo científico na intersecção da geologia e da microbiologia e é um importante subcampo da geobiologia . Diz respeito ao papel dos micróbios nos processos geológicos e geoquímicos e aos efeitos dos minerais e metais no crescimento, atividade e sobrevivência microbiana. Essas interações ocorrem na geosfera (rochas, minerais, solos e sedimentos), na atmosfera e na hidrosfera . A geomicrobiologia estuda microorganismos que estão conduzindo os ciclos biogeoquímicos da Terra , mediando a precipitação e dissolução de minerais e absorvendo e concentrando metais. As aplicações incluem, por exemplo , biorremediação , mineração , mitigação das mudanças climáticas e abastecimento público de água potável.

Rochas e minerais

Interações micróbio-aquífero

Os microrganismos são conhecidos por impactar os aquíferos , modificando suas taxas de dissolução. No cársico Edwards Aquifer , micróbios que colonizam as superfícies do aquífero aumentam as taxas de dissolução da rocha hospedeira.

No aqüífero da crosta oceânica , o maior aquífero da Terra, as comunidades microbianas podem impactar a produtividade dos oceanos , a química da água do mar, bem como o ciclo geoquímico em toda a geosfera . A composição mineral das rochas afeta a composição e abundância das comunidades microbianas submarinas presentes. Por meio da biorremediação, alguns micróbios podem ajudar na descontaminação de recursos de água doce em aquíferos contaminados por resíduos.

Minerais precipitados microbianamente

Algumas bactérias usam íons metálicos como fonte de energia. Eles convertem (ou reduzem quimicamente) os íons metálicos dissolvidos de um estado elétrico para outro. Essa redução libera energia para o uso da bactéria e, como subproduto, serve para concentrar os metais no que acaba se transformando em depósitos de minério . A biohidrometalurgia ou mineração in situ é onde os minérios de baixo teor podem ser atacados por processos microbianos bem estudados sob condições controladas para extrair metais. Acredita-se que certos minérios de ferro , cobre , urânio e até ouro tenham se formado como resultado da ação dos micróbios.

Ambientes subterrâneos, como aquíferos, são locais atraentes ao selecionar repositórios para resíduos nucleares , dióxido de carbono (ver sequestro de carbono ) ou como reservatórios artificiais de gás natural . Compreender a atividade microbiana dentro do aquífero é importante, pois pode interagir e afetar a estabilidade dos materiais dentro do repositório subterrâneo. As interações micróbio-mineral contribuem para a incrustação biológica e corrosão induzida por micróbios. A corrosão de materiais induzida por micróbios, como aço carbono, tem sérias implicações no armazenamento seguro de resíduos radioativos em depósitos e recipientes de armazenamento.

Remediação ambiental

Micróbios estão sendo estudados e usados ​​para degradar a poluição de resíduos orgânicos e até mesmo nucleares (ver Deinococcus radiodurans ) e auxiliar na limpeza ambiental. Uma aplicação da geomicrobiologia é a biolixiviação , o uso de micróbios para extrair metais dos resíduos da mina .

Solo e sedimento: remediação microbiana

Dois cientistas preparam amostras de solo misturadas com óleo para testar a capacidade de um micróbio de limpar solo contaminado.

A remediação microbiana é usada em solos para remover contaminantes e poluentes. Os micróbios desempenham um papel fundamental em muitos ciclos de biogeoquímica e podem afetar uma variedade de propriedades do solo, como biotransformação de minerais e especiação de metais, toxicidade, mobilidade, precipitação mineral e dissolução mineral. Os micróbios desempenham um papel na imobilização e desintoxicação de uma variedade de elementos, como metais , radionuclídeos , enxofre e fósforo , no solo. Treze metais são considerados poluentes prioritários (Sb, As, Be, Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Se, Ag, Tl, Zn, Hg). Solos e sedimentos atuam como sumidouros de metais que se originam tanto de fontes naturais através de rochas e minerais quanto de fontes antropogênicas através da agricultura, indústria, mineração, eliminação de resíduos, entre outras.

Muitos metais pesados, como o cromo (Cr), em baixas concentrações são micronutrientes essenciais no solo, porém podem ser tóxicos em altas concentrações. Os metais pesados ​​são adicionados ao solo por meio de muitas fontes antropogênicas, como a indústria e / ou fertilizantes. A interação do metal pesado com os micróbios pode aumentar ou diminuir a toxicidade. Os níveis de toxicidade, mobilidade e biodisponibilidade do cromo dependem dos estados de oxidação do cromo. Duas das espécies de cromo mais comuns são Cr (III) e Cr (VI). O Cr (VI) é altamente móvel, biodisponível e mais tóxico para a flora e a fauna , enquanto o Cr (III) é menos tóxico, mais imóvel e precipita rapidamente em solos com pH > 6. A utilização de micróbios para facilitar a transformação de Cr (VI) em Cr (III) é uma técnica de biorremediação ambientalmente correta e de baixo custo para ajudar a mitigar a toxicidade no meio ambiente.

Drenagem ácida de mina

Outra aplicação da geomicrobiologia é a biolixiviação , o uso de micróbios para extrair metais dos resíduos da mina . Por exemplo, bactérias redutoras de sulfato (SRB) produzem H 2 S que precipita metais como um sulfeto de metal. Este processo removeu metais pesados ​​dos resíduos da mina, que é um dos principais problemas ambientais associados à drenagem ácida da mina (junto com um baixo pH ).

As técnicas de biorremediação também são usadas em águas superficiais e subterrâneas contaminadas, frequentemente associadas à drenagem ácida de minas. Estudos têm demonstrado que a produção de bicarbonato por micróbios, como bactérias redutoras de sulfato, adiciona alcalinidade para neutralizar a acidez das águas de drenagem da mina. Os íons de hidrogênio são consumidos enquanto o bicarbonato é produzido, o que leva a um aumento do pH (diminuição da acidez).

Degradação microbiana de hidrocarbonetos

Micróbios podem afetar a qualidade dos depósitos de petróleo e gás por meio de seus processos metabólicos. Micróbios podem influenciar o desenvolvimento de hidrocarbonetos por estarem presentes no momento da deposição dos sedimentos fonte ou por dispersar através da coluna de rocha para colonizar reservatórios ou litologias de fonte após a geração de hidrocarbonetos.

História e astrobiologia da Terra primitiva

Estromatólito paleoarquiano (3,35-3,46 bilhões de anos) da Austrália Ocidental.

Um campo comum de estudo dentro da geomicrobiologia é a origem da vida na Terra ou em outros planetas. Várias interações rocha-água, como serpentinização e radiólise da água , são possíveis fontes de energia metabólica para apoiar as comunidades microbianas quimiolitoautotróficas na Terra primitiva e em outros corpos planetários, como Marte, Europa e Enceladus.

As interações entre micróbios e sedimentos registram algumas das primeiras evidências de vida na Terra. Informações sobre a vida durante o Arqueano da Terra são registradas em fósseis bacterianos e estromatólitos preservados em litologias precipitadas, como sílex ou carbonatos. Evidências adicionais do início da vida em terra por volta de 3,5 bilhões de anos atrás podem ser encontradas na formação Dresser da Austrália em uma fácies de fonte termal, indicando que algumas das primeiras vidas terrestres da Terra ocorreram em fontes termais. Estruturas sedimentares induzidas por micróbios (MISS) são encontradas em todo o registro geológico de até 3,2 bilhões de anos. Eles são formados pela interação de esteiras microbianas e dinâmica de sedimentos físicos, e registram dados paleoambientais, bem como fornecem evidências do início da vida. Os diferentes paleoambientes do início da vida na Terra também servem de modelo na busca por possível vida fóssil em Marte.

Extremófilos

Outra área de investigação em geomicrobiologia é o estudo de organismos extremófilos , os microrganismos que prosperam em ambientes normalmente considerados hostis à vida. Esses ambientes podem incluir ambientes extremamente quentes ( fontes termais ou fumaça negra da dorsal meso-oceânica ), ambientes extremamente salinos ou até mesmo ambientes espaciais, como solo ou cometas marcianos .

Observações e pesquisas em ambientes de lagoas hiper-salinas no Brasil e na Austrália , bem como em ambientes de lagos interiores levemente salinos no noroeste da China , mostraram que bactérias anaeróbicas redutoras de sulfato podem estar diretamente envolvidas na formação de dolomita . Isso sugere que a alteração e substituição de sedimentos calcários por dolomitização em rochas antigas foi possivelmente auxiliada por ancestrais dessas bactérias anaeróbias.

Em julho de 2019, um estudo científico da mina Kidd, no Canadá, descobriu organismos respiradores de enxofre que vivem 2.200 metros abaixo da superfície e que respiram enxofre para sobreviver. esses organismos também são notáveis ​​por comerem rochas como a pirita como fonte regular de alimento.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Ehrlich, Henry Lutz; Newman, Dianne K., eds. (2008). Geomicrobiology (5ª ed.). Hoboken: Taylor & Francis Ltd. ISBN 978-0849379079.
  • Jain, Sudhir K .; Khan, Abdul Arif; Rai, Mahendra K. (2010). Geomicrobiologia . Enfield, NH: Science Publishers. ISBN 978-1439845103.
  • Kirchman, David L. (2012). Processos em ecologia microbiana . Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0199586936.
  • Loy, Alexander; Mandl, Martin; Barton, Larry L., eds. (2010). Perspectiva molecular e ambiental da geomicrobiologia . Dordrecht: Springer. ISBN 978-9048192045.
  • Nagina, Parmar; Ajay, Singh, eds. (2014). Geomicrobiologia e Biogeoquímica . Berlim, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3642418372.

links externos