Железистая вода: Фильтры для очистки воды от железа и марганца на даче, купить фильтр АКВАФОР от железа

Содержание

Очистка железистой воды делает ее безопасной для употребления — BWT

Состояние водных источников в нашей стране сегодня далеко от идеального, причем это относится не только к открытым, но и закрытым – грунтовым водам, артезианским скважинам, колодцам. В связи с этим качественная очистка железистой воды становится важнейшим условием ее безопасного употребления. Государственные нормы, регламентирующие безопасное содержание в воде железа – 0,2 миллиграмма на кубический дециметр. Если же оно больше, то вода становится чересчур железистой, у нее сразу же ухудшаются органолептические свойства – цвет становится желто-коричневатым и мутноватым, она приобретает специфические запах и вкус металла, в некоторых случаях может образовываться слизистый налет и осадок в виде хлопьев коричневого цвета.

Решения BWT для обезжелезивания воды:

Причины образования железистой воды

Что же приводит к появлению в воде большого количества железа, делающего ее непригодной к употреблению? Дело состоит в том, что железо само по себе находится в земной коре, но его количество составляет всего 5 процентов.

Но есть такие регионы, в которых этот процент значительно выше, что и приводит к образованию железистой воды и необходимости очистки. Примеси, способствующие образованию железистой воды, это сидерит, пирит, марказит, магнетит, лимонит, глауконит. В основном данные вещества содержатся в глинах, а она считается одним из основных загрязнителей воды из артезианских скважин. Поэтому очень часто совместно с фильтрами для очистки воды используют и фильтры умягчители.

Железистой вода становится в результате химических процессов выветривания и растворения горных пород. Железо легко вступает в реакцию с органическими и минеральными веществами, присутствующими в воде, образуя соединения, находящиеся во взвешенном или растворенном состоянии. Помимо этого железо в грунтовые воды попадает вместе со стоками сельскохозяйственных или промышленных предприятий, коррозии водопроводных труб, сделанных из чугуна и стали, а также если на очистных сооружениях используются железосодержащие реагенты.

Как советуют специалисты, очистку железистой воды лучше всего выполнять различными способами, потому что железо в ней может встречаться в нескольких формах, которые и обуславливают специфику водоочистки:

  1. Двухвалентное – наиболее распространенная форма железа, легкорастворимого и выпадающего в осадок.
  2. Трехвалентное – данная форма распространена значительно меньше. Это гидроксид, уже находящийся в осадке.
  3. Органическое железо.

Все эти виды в той или иной степени делают воду железистой, поэтому очистку желательно осуществлять способами, предназначенными для конкретного случая. Чтобы определиться со степенью загрязнения лучше всего отправить образцы исходной воды в лабораторию для проведения исследования, а уже на основании полученных результатов выбирать способ очистки.

Определить, железистая вода или нет, можно и самостоятельно. Вот несколько основных признаков:

  1. Ярко выраженный металлический привкус.
  2. На сантехнических приборах и посуде остается ржавый налет.
  3. При кипячении или во время приготовления пищи образуется рыжий студенистый осадок. После стирки разноцветные ткани обесцвечиваются.
  4. Приготовленные напитки получаются боле темными.
  5. Цвет, вкус и запах железистой воды сильно ухудшаются.

Способы очистки железистой воды

Для очистки лучше всего использовать специальные фильтры водоочистки нового поколения, называемые умягчителями. Они с легкостью справляются с очень сложными задачами, удаляют двухвалентное железо и даже окисленное трехвалентное. Дополнительно они улучшают органолептические свойства – цвет и вкусовые качества. В процессе обезжелезивания химические реагенты совершенно не используются, так что вода остается для человека полностью безопасной. Регенерация фильтрующих элементов происходит автоматически солевыми растворами. При этом функциональность системы очистки полностью восстанавливается.

Очистка железистой воды с помощью современных устройств сделает ее по-настоящему безопасной, избавит от множества проблем. Такие установки достаточно компактны и просты в установке – их можно устанавливать в квартирах и домах. Но, естественно, делать это должен специалист.

Минеральные воды Чехии в медицинском центре «Позитивмед» : ПОЗИТИВМЕД

У каждого посетителя клиники есть уникальная возможность приобрети минеральные воды Чехии по привлекательной цене. Наши специалисты регулярно используют минеральные воды в терапии при лечении гастроэнтерологических, дерматологических, кардиологических, урологических и эндокринных заболеваний.

Минеральные воды Чехии обладают всеми необходимыми документами и сертификатами и бутилируются у источника. Так как данный источник в Чехии относится к холодным, вода сохраняет свои лечебные свойства в течение транспортировки и длительного хранения.

Линейка минеральных вод представлена следующими наименованиями:

  • Билинска Киселка
  • Зайечицка Горька
  • Винсентка
  • Рудольфов Прамен
  • Пролом (сербская минеральная вода)
Билинска Киселка

Вода добывается с глубины 190 метров, обладает средней минерализацией. В состав входит множество природных ионов: калий, кальций, магний, фтор, хлор, литий, сульфат и другие. Билинска Киселка богата редкими минералами и эффективна при лечении язвенной болезни, гастритов, холецистита, желчекаменной и мочекаменной болезни, подагры, ожирения и других нарушений обмена веществ.

Вода также обладает приятными вкусовыми качествами, что позволяет применять эту минеральную воду и как лечебную, и как столовую. Билинска Киселка газируется натуральным способом, что делает возможным ее употребление при таких заболеваниях как

панкреатит, язвенная болезнь, гастрит.

В России отсутсвует аналог.

показания к применению рекомендации
язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки по 250 мл 3 раза в день за 30 мин до еды
атрофический гастрит по 200 мл 3 раза в день перед едой
дискинезия желчного пузыря и желчевыводящих путей, некалькулезный холецистит  по 150-200 мл 3 раза в день во время еды
хронический панкреатит по 200 мл 3 раза в день перед едой
гастродуоденит по 250 мл 3 раза в день между приемами пищи
дисбактериоз по 250 мл 3 раза в день за 3 минут перед едой
подагра по 250 мл 3 раза в день за 30 мин до еды
похмельный синдром наутро после употребления спиртных напитков выпить 1 л
лишний вес по 150-200 мл 3 раза в день перед едой
изжога по 100 мл через 20 минут после каждого приема пищи в момент изжоги
Зайечицка Горька

Добывается из источников около местечка Зайечице-у-Бечова в Северной Богемии. Вода залегает в мергелевых горных породах крайне низкой проницаемости — это обеспечивает исключительную чистоту данной минеральной воды.

Главный компонент — магний, который крайне важен для здоровья. Он благоприятно влияет как на функционирование кишечника и желчевыводящей системы, так и на

скорость нервных процессов, уровень напряженности иммунитета.

Противопоказания: обострение хронического панкреатита, хроническая почечная недостаточность, декомпенсированный ацидоз, камни в желчном пузыре.

В России близкий аналог не разливается.

показания к применению рекомендации
лишний вес через час после ужина 50 мл, смешав со 100-150 мл «Билинской Киселки»
запоры (в том числе у беременных), синдром раздраженного кишечника, спастический колит по 100 мл на ночь, при отсутствии эффекта увеличить дозу до 250 мл
атеросклероз по 20-50 мл перед сном
бессонница, раздражительность, беспокойство, судороги в икорной мышцах, хронический стресс по 20-50 мл перед сном
ангина, боль горле по 150 мл полоскать горло (нагреть)
тюбаж натощак утром по 250 мл в теплом виде, с грелкой лечь на правый бок на свернутую валиком подушку на 1,5 часа
Винсентка

Добывается на территории Чешского курорта Лугачовице, из скважины глубиной 34,8 м.

 

Отличается высоким содержанием йода и является природной лечебной среднеминерализованной щелочной водой гидрокарбонатно-хлоридно-натриевого типа с повышенным содержанием фторидов и борной кислоты.

показания к применению рекомендации
ОРВИ, простудные заболевания при первых признаках простуды добавить 150  мл воды в 150 мл закипающего молока, выпить;

принимать по 250 мл 3 раза в день в теплом виде или с горячим молоком

риносинуситы, трахеобронхиты, бронхопневмонии, бронхиальная астма, ХОБЛ по 250 мл 3 раза в день за 30 мин до еды
йододефицит, гипотиреоз по 250 мл 3 раза в день за 30 мин до еды
сахарный диабет, диабетическая ретинопатия, диабет 2 типа по 250 мл 3 раза в день за 30 мин до еды
похмельный синдром наутро после употребления спиртных напитков выпить 0,7 л
изжога сразу выпить 1 стакан на голодный желудок (вне зависимости от времени суток)
Рудольфов Прамен

«Источник Рудольфа» — самый популярный источник курорта Марианске-Лазне. Это натуральная, слабо минерализованная железистая вода гидрогенокарбонатного-кальциево-магниевого типа с повышенным содержанием кремниевой кислоты.

Эта лечебная минеральная вода с высоким содержанием кальция, магния и железа способствует при лечении заболеваний почек и мочевыводящих путей, диабета, мочекаменной и почечнокаменной болезнях, излишнего веса, подагры.

В России близкий аналог не разливается.

показания к применению рекомендации
анемия, состояние после хирургических вмешательств по 250 мл 3 раза в день за 10-15 минут до еды
пиелонефрит, цистит, уретрит, простатит, состояние после урологических операций по 250 мл 3 раза в день за 10-15 минут до еды
артрозоартриты, остеохондроз позвоночника, остеопороз по 250 мл 3 раза в день за 10-15 минут до еды
подагра по 250 мл 3 раза в день за 10-15 минут до еды
астенический синдром, бессонница, хронический стресс по 250 мл 3 раза в день за 10-15 минут до еды
Пролом

Минеральная вода Пролом  относится к категории гидрокарбонатно-натриевыех, кремниевых, щелочных, олигоминеральных вод и обладает мочегонным и бактерицидным действием. Вода приятна на вкус, без запаха, рекомендована при хронических инфекциях почек и мочевыводящих путей, камнях в почках и мочевыводящих каналах, после хирургических вмешательств на мочевыводящих путях, при доброкачественных опухолях предстательной железы, рекомендована в комплексной терапии при лечении псориаза и других нарушений кератинизации кожи, воспалительных дерматозов.

В России близкие аналоги не установлены.

показания к применению рекомендации
ОРВИ, простудные заболевания 1,5 — 2,0 л вместо питьевой воды в течение дня
склонность к отекам любой этиологии 1,5 — 2,0 л вместо питьевой воды в течение дня
мочекаменная болезнь, пилонеарит, цистит, простатит, третрит 1,5 — 2,0 л вместо питьевой воды в течение дня
кожные заболевания и псориаз 1,5 — 2,0 л вместо питьевой воды в течение дня
аллергический дерматит, экзема 1,5 — 2,0 л вместо питьевой воды в течение дня и местно в виде примочек
пеленочный дерматит у младенцев купание в ванне
похмельный синдром наутро после употребления спиртных напитков выпить 1 л
лишний вес 1,5 — 2,0 л вместо питьевой воды в течение дня

 

Вы можете заказать воду в любой момент у администратора медицинского центра «Позитивмед» по телефону или во время приема.

Фильтр Аквафор Трио Fe H для железистой и жесткой воды

Способ очистки:ионообменный,механический,сорбционный

Число ступеней очистки:3

Состав картриджа:аквален,активированный уголь,ионообменная смола,серебро

Макс. температура очищаемой воды, C:38

Мин. температура очищаемой воды, C:5

Рабочее давление не более, атм:6,5

Глубина, см:10,5

Высота, см:29,6

Ширина, см:33,2

Глубокая очистка воды:нет

Кондиционирование воды:да

Умягчение воды:да

Обезжелезивание:да

Очистка от:бактерий и вирусов,железа,органических загрязнителей,песка,ржавчины,свободного хлора,тяжелых металлов

Количество картриджей в комплекте:3

Оснащение:ключ-вилка,кран для чистой воды,пластиковая трубка

Тип воды:железистая,жесткая

Справочник по уходу за бассейном

5.

Советы

Зеленая вода в бассейне?

Возможная причина — неправильная работа фильтра или слишком большое количество органических загрязнений.Что делать — хорошо промойте фильтровальную установку в режиме обратной промывки. Установите уровень рН в пределах 7,2-7,6. При применении методики хлорной очистки провести интенсивное хлорирование. После этого удалите погибшие и опустившиеся на дно водоросли пылесосом для бассейна. Затем еще раз тщательно промойте фильтровальную установку в режиме обратной промывки и наполните бассейн свежей водой.

 

Мутная, молокообразная вода в бассейне?

Возможная причина — неправильно установленный уровень рН, известковые отложения или наличие мелких примесей в воде.Что делать — тщательно промойте фильтровальную установку в режиме обратной промывки. Настройте рН-уровень воды с помощью специальных гранул (по необходимости, повышающих или понижающих рН-уровень) в пределах 7,2-7,6. После этого добавьте соответствующие коагулянты  и оставьте фильтрующую установку работать в течение 5 – 6 часов, затем еще раз включите режим обратной промывки на более длительное время. При использовании  картриджного фильтра обязательно заменить картридж фильтра. \

 

Коричневая вода в бассейне?

Возможная причина — наличие железистых отложений в воде бассейна.Что делать — тщательно промойте фильтровальную установку в режиме обратной промывки. Установите рН-уровень воды с помощью специальных гранул (по необходимости, повышающих или понижающих рН-уровень) на 7,2-7,6. Дополнительно добавьте в воду бассейна соответствующие коагулянты и еще раз основательно промойте фильтровальную установку в режиме обратной промывки. После этого залейте в бассейн специальное жидкое средство  Eisenex.

 

Раздражения кожи и глаз?

Возможная причина — неправильно установленный рН-уровень, слишком высокий уровень содержания хлора.Что делать — тщательно промойте фильтровальную установку в режиме обратной промывки. Настройте рН-уровень воды с помощью специальных гранул (по необходимости, повышающих или понижающих рН-уровень) в пределах 7,2-7,6. Дополнительно проверьте уровень содержания хлора, при повышенном уровне наполните бассейн свежей водой или уберите из воды поплавок-дозатор с таблеткой хлора длительного действия, пока уровень содержания хлора не снизится до  0,6-1,0.

Какой бывает минеральная вода

Воды на разных курортах отличаются по химическому составу. В первую очередь важно, какие соли содержатся в минеральной воде и в каком количестве.

8 сентября 2021

Если в минеральной воде много солей – примерно десять граммов на литр – пить ее без контроля врача нельзя. Да и много такой воды, разумеется, не выпьешь. В лечебно-столовой воде соли меньше – до десяти граммов на литр, а в столовой – около одного грамма. Именно столовую минеральную воду можно употреблять просто так, без назначения врача и серьезных диагнозов. Вылечить она не может, а вот значительно улучшить самочувствие и восстановить водный баланс в организме – вполне.

Гармиш-Партенкирхен. ©GNTB/Jan Lauer

А вот лечебный эффект у минеральной воды может быть разным. Кальциевая вода, как нетрудно догадаться, поможет укрепить кости и восполнить недостаток кальция в организме, фторная – фтора, железистая – справиться с железодефицитом, хлоридная помогает при болях в животе. При этом большая часть минеральной воды имеет сложный состав, в котором может быть, например, одновременно и натрий, и магний, и другие элементы.

Часто минеральную воду из подземных источников употребляют внутрь при проблемах с желудком, косметологические процедуры на воде помогают при проблемах с кожей, ванны – при болезнях спины и позвоночника. Орошениями лечат гинекологические болезни. Самостоятельно назначать себе воду, чтобы «полечиться», нельзя категорически. В одном случае та или иная концентрация солей может помочь, в другом – навредить.

Важно помнить, что минеральную воду назначают в комплексе с другими процедурами и лекарствами.  

Бад-Кройцнах. © Simon Mörtzschke

Натриевая вода

Вода, в которой содержится натрий, помогает наладить работу желудочно-кишечного тракта и нормализовать стул. Натриево-хлоридные воды бьют из подземных источников Баден-Бадена. Лечебные ванны в том числе помогают при проблемах со спиной, облегчают восстановление после травм.

Хлоридная вода

Воду с преобладанием солей хлора пьют, чтобы повысить секрецию желудочного сока, а ванны с такой водой показаны больным ревматизмом. В знаменитой немецкой воде Selters из источника источника Нидерзельтерс в горах Таунус в составе есть хлориды, а также гидрокарбонаты и соли натрия.

Магниевая вода

Главное, для чего используют магниевую воду, – нормализация пищеварения. Также вода с содержанием магния поможет укрепить кости, нормализовать сахар в крови, улучшить работу нервной системы. Магний есть в составе воды из многих источников, например,  знаменитого курорта Баденвайлер в земле Баден-Вюртемберг.

Железистая вода

Минеральную воду, содержащую железо, принято пить, а также использовать для ванн и орошений. В первую очередь ее назначают при дефиците железа, малокровии. Ванны и обертывания показаны при тяжелых кожных болезнях, например, псориазе.

Много железистых, а также натриево-хлоридных источников в немецком Бад-Хомбурге и Бад-Киссингине.

Еще больше интересного в нашем канале Яндекс.Дзен. Подпишитесь!

Читайте также

  • #Германия
  • #спа

Все о качестве воды, без которой, как известно… никуда, — в нашей программе

Мэр Сан-Франциско собирается насильно заставить жителей города пить воду из-под крана. Он уже запретил предприятиям, которые зависят от мэрии, покупать воду в бутылках. Таким необычным способом градоначальник пытается бороться с загрязнением окружающей среды.

По его словам, на производство емкостей для воды, которая продается в магазинах, ежегодно идут миллионы галлонов нефти. А пластиковые бутылки, которые закапывают в землю как мусор, загрязняют почву.

Жители города инициативу мэра не поддержали. Они наотрез отказываются пить воду из-под крана, опасаясь, что она некачественная. Кстати, схожая проблема беспокоит и миллионы россиян. Наш корреспондент Александр Лукьяненко попытался выяснить, какие бактерии обитают в водопроводных трубах. А после его репортажа мы здесь в студии поговорим с экспертом о том, как проверить качество питьевой воды, можно ли купаться в городских водоемах и стоит ли пить из колодца на даче.

В кадре: «День и ночь едут — спать не дают…»

Сон пенсионерки из деревни Ганино нарушают горожане. Из соседнего Кирова сюда приезжают, чтобы набрать воды.

В кадре: «Тут колонка, народ из нее воду берет. И вообще, вода хорошая».

Работники городской санэпидстанции утверждают: вода в городе вполне пригодна для питья. Все показатели — в норме. Это наоборот — пенсионерке Лидии Алексеевне стоило бы ездить в Киров за водой. У нее, конечно, есть колодец, но пользоваться им не рекомендуется. А водопровод провели мимо ее дома.

Лидия Алексеевна: «Я просила, говорила: мимо меня ведете, проведите мне. А мне говорят: бабушка, у тебя денег не хватит!»

Ученые утверждают, что самым дефицитным товаром в третьем тысячелетии станет пресная питьевая вода. Ее запасы с каждым годом уменьшаются. России, правда, повезло — ее запасы пресной воды одни из самых больших в мире. Главное — лишь разумно ими распорядиться и при необходимости пользоваться новейшими технологиями очистки.

Ольга Аксенова, начальник управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека: «Появились новые технологии очистки — то, чего раньше не было. Допустим, ультрафиолет не внедрялся — сейчас внедряется. Появилась тонкая очистка на мембранных фильтрах, тоже внедряется. Раньше была обычная технология очистки».

О том, что воду можно очищать ультрафиолетом, пенсионеры из Ульяновска даже не слышали. Еще недавно они думали, что пьют чистую родниковую воду. Оказалось — они в числе тех 70-ти процентов россиян, которым достается грязная вода из поверхностных источников. Пришлось срочно придумывать свои методы очистки.

В кадре: «Утром стакан воды — и туда пять капель перекиси водорода. И я программу себе такую даю: вот выпью такой водицы, буду бодра, весела, жизнерадостна».

Перекись водорода в этом деле не поможет, говорят экологи. Тем более, что родник, из которого эти люди набирают воду, катастрофически загрязнен. Вот — пятно дизтоплива на поверхности ручья…

Эколог: «Пить ее — мягко говоря — не рекомендуется. По некоторым показателям превышение в несколько раз…»

В кадре: «Вот эти камешки извлекли из желчного пузыря жительницы нашего села, она подарила их нашей школе во имя науки».

В селе Чусовитино по поводу качества воды даже не строят иллюзий. Ее здесь называют просто — ржавая. Чтобы убедиться — достаточно оставить воду в бутылке на некоторое время.

Татьяна Толченицына, учитель школы села Чусовитино Кемеровской области: «Вот в этой бутылке вода отстаивалась в течение трех месяцев, вот в этой — две недели. Здесь уже видны взвеси…»

Жители села винят местный водопровод. Его проложили 30 лет назад — и с тех пор почти не ремонтировали. Школьный биолог выяснила — проблема глубже. Качество воды одинаково плохое и у водозабора, и в кранах.

Жители Чусовитина нашли только один рецепт хоть немного улучшить качество своей воды — она должна отстояться несколько дней, до появления ржавого осадка, а потом воду нужно прокипятить. Впрочем, этот рецепт знаком почти половине россиян.

Ведущая: С забавным предложением выступили несколько германских экологов — они предложили запустить в водохранилища электрических угрей, якобы, эти рыбы очень чувствительны к качеству воды. Если их электрический пульс резко подскочил, значит, в водоем сбросили какие-то отходы. Кстати, разряд электрического угря может превышать 1000 вольт. Как отреагировали жители на предложение запустить в водоемы смертельно опасных рыб, пока неизвестно. О более легких способах проверки чистоты водоема мы поговорим с заведующей независимой испытательной лаборатории анализа воды Людмилой Садохиной.

Здравствуйте, Людмила Александровна!

Гость: Здравствуйте.

Ведущая: Скажите, вопрос, который волнует, наверное, миллионы — можно ли пить воду из-под крана?

Гость: Прежде, чем поступать в квартиру, вода проходит очистку на водоочистительных станциях. Поэтому, как правило, эта питьевая вода. Но в периоды весенних паводков, как правило, воду подвергают дополнительному хлорированию, и она приобретает какой-то определенный запах неприятный. Поэтому в эти периоды лучше всего воду пропускать через какие-то фильтры.

Ведущая: А если вот вода, которая течет из-под крана, такого ржавого цвета, явно она грязная, что нужно в такой ситуации делать?

Гость: Конечно, пить такую воду не рекомендуется. Нужно налить эту воду в какую-то емкость, пусть она отстоится, отфильтровать дополнительно, и после этого, прокипятив ее, можно пить.

Ведущая: Что касается фильтров. Как правильно выбрать фильтр?

Гость: Прежде, чем выбирать фильтр, необходимо сделать, конечно, анализ воды. Потому что ни один квалифицированный специалист не предложит вам универсального фильтра, который бы очистил воду, не зная ее состава. Одни фильтры чистят от органолептических загрязнителей, то есть от запаха, от вредных запахов и прочего. Другие фильтры меняют жесткость воды, удаляют тяжелые металлы, допустим. Когда вы приобретаете фильтр, то необходимо обязательно соблюдать те рекомендации, которые фирма предлагает по использованию фильтров. Потому что со временем вредные вещества на фильтре могут даже накопиться. То есть нужно регулярно менять картриджи обязательно, потому что микроорганизмы способны накапливаться в этом фильтрующем слое — и тогда уже, наоборот, пойдет во вред.

Ведущая: Вместо пользы вред…

Гость: Вместо пользы будет вред.

Ведущая: Анализ могут сделать… можно сделать муниципальными силами, или это нужно самому заказывать…

Гость: Как правило, все делают сами анализы, потому что если вода поступает в водопровод, то она уже на водоочистительной станции прошла определенную очистку и вода, как правило, чистая. Другое дело, что в старых районах старые трубы и идет как бы дополнительное загрязнение воды уже независимо от того, что ее хорошо почистили исходно. И в таком случае все-таки надо использовать фильтры.

Ведущая: Людмила Александровна, сейчас в разгаре дачный сезон, и, конечно, всех волнует вопрос — можно ли пить воду из колодцев?

Гость: Если над вашим колодцем или рядом с вами находятся какие-то птицефермы, какие-то поля, на которых используются удобрения, то вполне возможно, что по верхнему слою, водоносному слою, вода может поступать к вам в колодец. Поэтому, если вы не знаете состава своей воды, то лучше всего кипятить ее перед употреблением. А если вы сделали анализ воды и у вас там находится кишечная палочка… — очень часто в колодцах, кстати, также как и в родниках, которые говорят, что очень чистые, там тоже бывает кишечная палочка. И поэтому эту воду обязательно надо кипятить. А в колодцах можно поставить ультрафиолетовые лампы, чтобы обеззаразить воду.

Ведущая: Водопроводная вода на тех же садовых участках она тоже должна быть…

Гость: Она тоже бывает, тоже желательно сделать анализ воды, и после этого только использовать. Воды, которые по трубам для полива даются, там очень много железа. Наливаете воду, вода прозрачная и кажется чистейшая вода, а постоит какое-то время — и выпадает бурый осадок, это железо. Поэтому если у вас очень много железа, железистая вода, вы должны ее отстоять, помешивая время от времени… Отстоянную воду уже можно потом пить, кипятить и пить.

Ведущая: Если однажды сделали анализ воды, как часто его нужно повторять?

Гость: Раз в сезон желательно повторять, особенно после весенних паводков.

Ведущая: Спасибо, Людмила Александровна. Выпив воды из-под крана или из колодца, козленочком, конечно, вряд ли станешь, а вот оказаться в больнице с серьезным заболеванием можно легко. Как избежать подобных неприятностей мы говорили с заведующей независимой лаборатории воды Людмилой Садохиной.

Очистка питьевой воды

Вода из под крана в подавляющем числе случаев не соответствует нормам питьевой воды и требует очистки, самым простым и удобным способом в домашних условиях будет установка стационарного фильтра очистки.
Предлагаем вам различные виды фильтров в зависимости от:

Вида очистки:

Микрофильтрация
Размер пор от 0,1 до 1 мкм.
Виды загрязнений: бактерии, коллоиды, взвеси.
В данную категорию также входят фильтры на трековой мембране ФТМ
Ультрафильтрация
Размер пор от 0,002 до 0,1 мкм.
Виды загрязнений: коллоиды, бактерии, вирусы, молекулы больших соединений.
Ультрафильтрационные мембраны позволяют задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси, макромолекулы (молекула с высокой молекулярной массой), водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии, вирусы и т.д.
Нанофильтрация
Размер пор от 0,001-0,002 мкм.
Виды загрязнений: многозарядные ионы, молекулы, вирусы.
Нанофильтрация применяется для получения особо чистой воды, очищенной от бактерий, вирусов, микроорганизмов, коллоидных частиц органических соединений (в том числе пестицидов), молекул солей тяжелых металлов, нитратов, нитритов и других вредных примесей. Большим плюсом при очистке воды в домашних условиях является сохранение жизненно необходимых для здоровья человека солей и микроэлементов.
Обратный осмос
Размер пор < 0,0001 мкм.
Виды загрязнений: ионы
Обратный осмос применяется для произвостдва сверх чистой воды, размеры пор в обратноосмостических мембранах сопоставимы с размером молекулы воды. Таким образом происходит очистка воды от всех растворимых и нерастворимых примесей.
Вода, прошедшая очистку методом обратного осмоса или нанофильтрации по своим свойствам очень близка к талой воде древних ледников, которая признается наиболее экологически чистой и полезной для человека, именно такими, когда то были воды Байкала.

Вида загрязнений:
Жесткая вода-сушит кожу, образование накипи при кипячении
Железистая вода-вода желтого оттенка(окисленное железо) или желтые разводы на сантехнике (растворенное железо)
Жесткая и железистая вода-признаки жесткой и железистой воды
Другая-вода с любыми другими признаками загрязнений, например запах хлора

Биоминерализация магнетита в железистых водах и эволюция Земли на раннем этапе в докембрийские эоны.

Магнетит может образовываться различными биологическими и абиотическими путями, и его сохранение в IF может, таким образом, по-разному интерпретироваться как результат некоторой комбинации этих процессов. Такие интерпретации приводят к расходящимся представлениям о докембрийской системе Земли и моделям ее эволюции во времени.Таким образом, необходимы новые знания о вкладе конкретных путей образования магнетита, чтобы точно связать наши концептуальные и численные модели с геологической летописью. Чтобы ограничить пути образования магнетита в железистых условиях, мы провели геохимический и мультиметодический микроспектроскопический анализ частиц, полученных из водной толщи и донных отложений железистых озер Матано и Товути в Индонезии. Установлено, что биологически активные минеральные фазы Fe(III) восстанавливаются в бескислородных водах обоих озер, вызывая образование первичного аутигенного магнетита непосредственно в толще воды.Этот магнетит водной толщи часто принимает заметные фрамбоидальные формы, которые, учитывая связь с микробным восстановлением Fe (III), могут обеспечивать биологическую сигнатуру на ранней Земле и, соответственно, на других планетарных телах. Потребление более биологически активных форм Fe(III) и, как следствие, доставка первичного магнетита в нижележащие отложения способствует захоронению окисленных эквивалентов и подразумевает, что образование первичного магнетита могло быть основным путем доставки Fe в IF. В совокупности удаление Fe с поверхности Земли в результате биологически индуцированного образования магнетита и последующего захоронения в IF предполагает, что химический состав морской воды и микробно-опосредованные реакции, вызывающие образование магнетита, сыграли ключевую роль в эволюции земной системы и в установлении темпа планетарного окисления посредством Докембрийские эоны.

Образование зеленой ржавчины контролирует доступность питательных веществ в железистой водной толще | Геология

Зеленая ржавчина обладает сильной адсорбционной способностью для анионов (Randall et al., 2001) и микроэлементов (Parmar et al., 2001), что означает, что образование GR, вероятно, будет оказывать основное влияние на круговорот макро- и микроэлементов в железистых условиях. . Мы исследуем это, рассматривая роль GR в циклировании Ni в озере Матано. Никель является ключевым кофактором металла в гидрогеназах и метил-коферменте М-редуктазе, который используется метаногенами для производства метана.Реконструкции, основанные на поглощении Ni ферригидритом, предполагают ступенчатое снижение концентрации Ni в океане с течением времени (Konhauser et al., 2009). Это может иметь ограниченные скорости метаногенеза, что истощает основной атмосферный поглотитель O 2 и приводит к насыщению кислородом атмосферы Земли (Konhauser et al., 2009). Однако эффективность поглощения никеля ГР особенно высока, и растворенный Ni 2+ в значительной степени иммобилизуется в ответ на образование ГР во время бактериального восстановления ферригидрита (Parmar et al., 2001). Образование абиотического ГР также эффективно поглощает Ni 2+ из раствора посредством как замещения в структуру минерала, так и адсорбции (Chaves et al., 2007). Таким образом, реконструкция концентраций никеля во времени требует детального понимания относительной роли ферригидрита и ГР в поглощении никеля в железистых условиях.

Поглощение никеля наиболее реакционноспособной фракцией железа в наших экстракциях (т.е. ферригидритом и ГР) значительно увеличивается с глубиной ниже хемоклина (рис.3A), предполагая, что поглощение Ni по мере того, как ферригидрит превращается в GR. Это наблюдение подтверждается синхротронным анализом µXRF. Частицы на глубине 118 м (рис. 3Б) демонстрируют сильную линейную зависимость между Ni и Fe, которая, вероятно, связана с Ni, связанным с ферригидритом и гетитом, доминирующими фазами Fe на этой глубине (гетит привносится в бассейн как продукт выветривания и основным источником твердых частиц Ni; Crowe et al., 2008b). На глубине 129 м ассоциации Ni-Fe указывают на две отдельные популяции частиц (рис.3С). В доминирующей популяции Ni сильно коррелирует с Fe, но с более крутым наклоном, чем частицы на глубине 118 м, демонстрируя более эффективное поглощение Ni, что согласуется с результатами химической экстракции (рис. 3А). Поскольку большая часть ферригидрита была восстановлена ​​на этой глубине (рис. 1) и поскольку магнетит не является эффективным поглотителем никеля (Parmar et al., 2001), эта популяция, вероятно, представляет собой Ni, связанный с GR и гетитом. Более мелкая популяция показывает сильно изменчивый Ni, но не имеет связи с Fe.Мы предполагаем, что это представляет собой образование водной толщи никелевой фазы, не связанной с железом, которая, вероятно, является сульфидом никеля (Crowe et al., 2008b) или, возможно, никелем, связанным с органическим веществом, но это незначительно по сравнению с никелевой фазой. ассоциированная фаза.

Поскольку анализы µXRF включают Ni, связанный с гетитом, мы используем данные по экстракции Ni и Fe для изучения относительной эффективности поглощения растворенного Ni при превращении ферригидрита в GR путем сравнения коэффициентов распределения ( K D ), полученных при 118 м и 129 м (это сравнение корректно, поскольку концентрации железа на этих двух глубинах одинаковы): концентрация никеля составляет 31 нМ на 118 м и 50 нМ на 129 м, что позволяет предположить, что GR-богатые частицы на 129 м составляют примерно три раз эффективнее поглощают Ni, чем частицы, богатые ферригидритом, на высоте 118 м (см. хранилище данных).Следует отметить, что соответствующего трехкратного уменьшения содержания растворенного никеля в этом интервале не происходит, поскольку источником никеля является в основном восстановительное растворение гетита на глубине, а водная толща недостаточно хорошо перемешана выше и ниже хемоклина. Однако это не влияет на достоверность нашего сравнения поглощения никеля двумя минералами на основе рассчитанных коэффициентов распределения.

Минерализация органического вещества в современных и древних железистых отложениях

  • Berner, R.А. Биогеохимические циклы углерода и серы и их влияние на кислород воздуха в течение фанерозоя. Палеогеогр. Палеоклимат. Палеоэколь. 75 , 97–122 (1989).

    Артикул Google ученый

  • Кейл, Р. Г. Влияние Земли на захоронение углерода в море. Проц. Натл акад. науч. США 108 , 9729–9730 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Йоргенсен, Б.Б. Минерализация органического вещества морского дна — роль сульфатредукции. Природа 296 , 643–644 (1982).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

  • Froelich, P. N. et al. Раннее окисление органического вещества в пелагических отложениях восточной экваториальной Атлантики: субкислородный диагенез. Геохим. Космохим. Acta 43 , 1075–1090 (1979).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Книттель, К.и Боэтиус, А. Анаэробное окисление метана: развитие неизвестного процесса. год. Преподобный Микробиолог. 63 , 311–334 (2009).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Crowe, S.A. et al. Сульфат был микроэлементом архейской морской воды. Наука 346 , 735–739 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Poulton, S. W. & Canfield, D. E. Железистые условия: доминирующая черта океана на протяжении всей истории Земли. Элементы 7 , 107–112 (2011).

    КАС Статья Google ученый

  • Роден, Э. Э. и Ветцель, Р. Г. Конкуренция между Fe (III) редуцирующими и метаногенными бактериями за ацетат в богатых железом пресноводных отложениях. Микроб. Экол. 45 , 252–258 (2003).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Роден, Э.E. Перенаправление потока электронов от метаногенеза к восстановлению кристаллического оксида Fe(III) в ограниченных по углероду культурах микроорганизмов водно-болотных отложений. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 69 , 5701–5706 (2003 г.).

    Артикул КАС Google ученый

  • Fortney, N.W. et al. Потенциал микробного восстановления оксида Fe(III) в горячем источнике Chocolate Pots, Йеллоустонский национальный парк. Геобиология 14 , 255–275 (2016).

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Percak-Dennett, E.M. et al. Фракционирование изотопов железа в процессе микробного диссимиляционного восстановления оксида железа в моделируемой архейской морской воде. Геобиология 9 , 205–220 (2011).

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Crowe, S.A. et al. Круговорот метана в железистом озере Матано. Геобиология 9 , 61–78 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый

  • Вюйемин, А. и др. Геомикробиологические особенности железистых отложений озера Товути, Индонезия. Фронт. микробиол. 7 , https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01007 (2016).

  • Crowe, S.A. et al. Фотоферротрофы процветают в аналоге архейского океана. Проц.Натл акад. науч. США 105 , 15938–15943 (2008 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый

  • Sheppard, R.Y. et al. Характеристика железа в отложениях озера Товути. Хим. геол. 512 , 11–30 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Russell, J.M. et al. Проект бурения в Товути: палеосреда, биологическая эволюция и геомикробиология тропического тихоокеанского озера. науч. Дрель. 21 , 29–40 (2016).

    Артикул Google ученый

  • Коста, К. М., Рассел, Дж. М., Фогель, Х. и Биджаксана, С. Гидрологическая связность и перемешивание озера Товути, Индонезия, в ответ на палеоклиматические изменения за последние 60 000 лет. Палеогеогр. Палеоклимат. Палеоэколь. 417 , 467–475 (2015).

    Артикул Google ученый

  • Рассел Дж.М. и др. Ледниковое воздействие на гидроклимат центральной Индонезии с 60 000 лет назад. Проц. Натл акад. науч. США 111 , 5100–5105 (2014 г. ).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый

  • Ловли Д. Р. и Филлипс Э. Дж. Минерализация органического вещества с восстановлением трехвалентного железа в анаэробных отложениях. Приложение Окружающая среда. микробиол. 51 , 683–689 (1986).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Кэнфилд, Д.E. Геохимия речных взвесей континентальной части США: основные элементы. Геохим. Космохим. Acta 61 , 3349–3365 (1997).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый

  • Ловли, Д. Р. и Филлипс, Э. Дж. Доступность трехвалентного железа для микробного восстановления в донных отложениях пресноводной приливной реки Потомак. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 52 , 751–757 (1986).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Poulton, S.W. & Canfield, D.E. Разработка процедуры последовательной экстракции железа: значение разделения железа в частицах континентального происхождения. Хим. геол. 214 , 209–221 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Зегее А.и другие. Образование зеленой ржавчины контролирует доступность питательных веществ в железистой толще воды. Геология 40 , 599–602 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Bauer, K.W. et al. Биоминерализация магнетита в железистых водах и ранняя эволюция Земли. Планета Земля. науч. лат. 549 , 116495 (2020).

    КАС Статья Google ученый

  • Ордоньес, Л. и др. Расширение возможностей традиционного пиролиза Rock-Eval для определения характеристик органического вещества богатых сидеритом отложений озера Товути (Индонезия) с использованием анализа конечных элементов. Орг. Геохим. 134 , 32–44 (2019).

    Артикул КАС Google ученый

  • Кроу, С.А., Робертс, Дж. А., Вайзенер, К. Г. и Фаул, Д. А. Изменение богатых железом озерных отложений диссимилирующими железоредуцирующими бактериями. Геобиология 5 , 63–73 (2007).

    КАС Google ученый

  • Кэнфилд, Д. Э., Рейсвелл, Р. и Боттрелл, С. Реакционная способность осадочных минералов железа по отношению к сульфиду. утра. J. Sci. 292 , 659–683 (1992).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Кэнфилд, Д.Э., Тамдруп, Б. и Хансен, Дж. В. Анаэробная деградация органического вещества в прибрежных отложениях Дании: восстановление железа, восстановление марганца и восстановление сульфата. Геохим. Космохим. Acta 57 , 3867–3883 (1993).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Whiticar, MJ. Систематика изотопов углерода и водорода в бактериальном образовании и окислении метана. Хим. геол. 161 , 291–314 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Ройер, Р. А., Демпси, Б. А., Jeon, BH и Burgos, WD. Ингибирование биологического восстановительного растворения гематита двухвалентным железом. Окружающая среда. науч. Технол. 38 , 187–193 (2004).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Urrutia, M.M., Roden, E.E. & Zachara, J.M. Влияние водных и твердофазных комплексантов Fe(II) на микробное восстановление кристаллических оксидов железа(III). Окружающая среда.науч. Технол. 33 , 4022–4028 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Дойцманн, Дж.С. и Шинк Б. Анаэробное окисление метана в отложениях Боденского озера, олиготрофного пресноводного озера. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 77 , 4429–4436 (2011).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Сиван, О. и др. Геохимические доказательства опосредованного железом анаэробного окисления метана. Лимнол. океаногр. 56 , 1536–1544 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Бейлиг, Ф., Рой, Х., МакГлинн, С. Э. и Йоргенсен, Б.Б. Cryptic Ch5, зацикливаясь на переходе сульфат-метан в морских отложениях, по-видимому, опосредованном археями ANME-1. ISME J. 13 , 250–262 (2019).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Vuillemin, A. et al. Метаболический потенциал микробных сообществ железистых отложений. Окружающая среда. микробиол. 20 , 4297–4313 (2018).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Холмквист Л., Фердельман Т. Г. и Йоргенсен Б. Б. Загадочный цикл серы, приводимый в действие железом, в метановой зоне морских отложений (Орхусский залив, Дания). Геохим. Космохим. Acta 75 , 3581–3599 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Джонс, А. М., Коллинз, Р. Н., Роуз, Дж. и Уэйт, Т. Д. Влияние кремнезема и природного органического вещества на катализируемое Fe(II) преобразование и реакционную способность минералов Fe(III). Геохим. Космохим. Acta 73 , 4409–4422 (2009 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Джонс, К., Номосатрио С., Кроу С.А., Бьеррум С.Дж. и Кэнфилд Д.Э. Оксиды железа, двухвалентные катионы, кремнезем и фосфорный кризис ранней земли. Геология 43 , 135–138 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Кэнфилд, Д. Э. Ранняя история атмосферного кислорода: дань уважения Роберту М. Гаррелсу. год. Преподобный Планета Земля. науч. 33 , 1–36 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Лааксо, Т.А. и Шраг, Д. П. Небольшая морская биосфера в протерозое. Геобиология 17 , 161–171 (2019).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Кэнфилд, Д. Э., Розинг, М. Т. и Бьеррум, К. Ранний анаэробный метаболизм. Филос. Транс. Р. Соц. Лонд. сер. B 361 , 1819–1836 (2006 г.).

    КАС Статья Google ученый

  • Кацев С.и Кроу, С.А. Эффективность захоронения органического углерода в отложениях: новый взгляд на степенной закон минерализации. Геология 43 , 607–610 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Варгас М., Кашефи К., Блант-Харрис Э.Л. и Ловли Д.Р. Микробиологические доказательства восстановления Fe(III) на ранней Земле. Природа 395 , 65–67 (1998).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый

  • Уэно, Ю., Ямада, К., Ёсида, Н., Маруяма, С. и Исодзаки, Ю. Доказательства флюидных включений микробного метаногенеза в раннюю архейскую эру. Природа 440 , 516–519 (2006).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый

  • Thompson, K.J. et al. Фотоферротрофия, отложение полосчатых железистых образований и образование метана в архейских океанах. науч. Доп. 5 , eaav2869 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Кляйн, К. и Бьюкс, Нью-Джерсив Протерозойская биосфера: междисциплинарное исследование (под редакцией Schopf, JW & Klein, C.) 139–146 (Кембриджский университет, 1992).

  • Canfield, D. E. et al. Мезопротерозойская железистая формация. Проц. Натл акад. науч. США 115 , E3895–E3904 (2018 г.).

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Сиахи, М. и др. Взгляд на процессы и контроль за абсолютным содержанием и распределением марганца в докембрийских железистых образованиях. Предкембр. Рез. 350 , 105878 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Фризе, А.и другие. Простой и недорогой метод оценки загрязнения во время буровых работ. Лимнол. океаногр. 15 , 200–211 (2017).

    Артикул Google ученый

  • Viollier, E., Inglett, P.W., Hunter, K., Roychoudhury, A.N. & Van Cappellen, P. Новый взгляд на метод феррозина: определение Fe(II)/Fe(III) в природных водах. Заяв. Геохим. 15 , 785–790 (2000).

    КАС Статья Google ученый

  • Мерфи, Дж.и Райли, Дж. П. Модифицированный метод определения фосфатов в природных водах с использованием одного раствора. Анал. Чим. Acta 27 , 31–36 (1962).

    КАС Статья Google ученый

  • Гломбитца, К., Педерсен, Дж., Рой, Х. и Йоргенсен, Б. Б. Прямой анализ летучих жирных кислот в поровой воде морских отложений методом двумерной ионной хроматографии-масс-спектрометрии. Лимнол. океаногр. 12 , 455–468 (2014).

    КАС Статья Google ученый

  • Thamdrup, B., Fossing, H. & Jørgensen, B.B. Марганец, железо и сера в цикле в прибрежных морских отложениях, Орхусский залив, Дания. Геохим. Космохим. Acta 58 , 5115–5129 (1994).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Йоргенсен, Б. Б. Сравнение методов количественного определения бактериального восстановления сульфатов в прибрежных морских отложениях 1.Измерение радиоиндикаторными методами. Геомикробиолог. J. 1 , 11–27 (1978).

    Артикул Google ученый

  • Fossing, H. in Геохимические преобразования осадочной серы , Vol. 612, Серия симпозиумов ACS (редакторы Вайравамурти, Мурти А. и Шунен, Мартин А.А.) (Американское химическое общество, 1995).

  • Каллмейер Дж., Фердельман Т. Г., Вебер А., Фоссинг Х.& Йоргенсен, Б. Б. Процедура холодной перегонки хрома для радиоактивно меченого сульфида применительно к измерениям восстановления сульфата. Лимнол. океаногр. 2 , 171–180 (2004).

    Артикул Google ученый

  • Ван Г., Спивак А. Дж., Резерфорд С., Манор У. и Д’Хондт С. Количественная оценка скорости сопутствующих реакций в глубоководных отложениях морского дна. Геохим. Космохим. Acta 72 , 3479–3488 (2008 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Границы | Фототрофное Fe(II)-окисление в хемоклине железистого меромиктического озера

    Введение

    Химический состав бескислородного архейского океана характеризовался низким содержанием сульфатов и высокими концентрациями двухвалентного железа (Fe(II)) вероятного гидротермального происхождения (Holland, 1973; Anbar, Knoll, 2002; Canfield, 2005). Из этой железистой водной толщи чередующиеся осадочные отложения минералов оксида железа и кремнезема выпадали в осадок между 3.8 и 1,8 млрд лет назад (Anbar and Knoll, 2002) и сохранились в геологической летописи как Banded Iron Formations (BIF). Механизмы окисления Fe(II) до сих пор обсуждаются и включают, помимо общепринятой абиотической реакции с кислородом, образующимся при фотосинтезе (Cloud, 1968), фотокаталитическое окисление под действием УФ-излучения (Braterman et al., 1983) и прямое окисление под действием аноксигенный фотосинтез (Konhauser et al., 2002; Kappler et al., 2005). Такие фотоферротрофные бактерии используют свет в качестве энергии и Fe(II) в качестве источника электронов для фиксации углерода и образования биомассы (Widdel et al., 1993; Heising et al., 1999) (уравнение 1, таблица 1).

    Таблица 1. Упрощенные стехиометрии фотоферротрофной первичной продукции (уравнение 1) и различных анаэробных способов разложения органического вещества (уравнение 2: Fe(III)-дыхание, уравнение 3: сульфатное дыхание, уравнение 4: метаногенез) .

    В то время как недавние экспериментальные работы не подтверждают значительного вклада фотохимических процессов в формирование BIF (Konhauser et al., 2007), микробное окисление Fe(II) остается привлекательной возможностью (Konhauser et al., 2002; Posth et al., 2008), особенно в периоды, предшествовавшие развитию оксигенного фотосинтеза. Хотя эволюция фотосинтеза сложна, и горизонтальный перенос генов играет важную роль, в настоящее время принято считать, что аноксигенные фототрофные бактерии эволюционировали раньше, чем цианобактерии, производящие кислород (Xiong et al., 2000; Raymond et al., 2003). Выделение фототрофных Fe(II)-окисляющих бактерий (Widdel et al., 1993; Heising et al., 1999) позволило изучить влияние интенсивности света на окисление железа и роль температуры на попеременное осаждение железа. оксиды и диоксид кремния (Posth et al., 2008). Тем не менее, экспериментальные полевые работы, направленные на выяснение роли фототрофного окисления Fe(II) в естественных условиях окружающей среды, поскольку они могли существовать в хемоклине архейского железистого океана, по-прежнему крайне необходимы (Johnston et al., 2009; Severmann and Anbar, 2009). Железистые водные толщи представляют собой редкие, в значительной степени неисследованные экосистемы, из которых сегодня существуют только пресноводные представители из-за высоких концентраций сульфатов в современном океане. Недавно сообщалось о присутствии зеленых аноксигенных фототрофных бактерий в водной толще позднеархейского аналога океана (озеро Матано, Индонезия) и предполагалось, что они могут участвовать в окислении Fe(II) (Crowe et al. ., 2008). Однако однозначно показать соответствующую активность не удалось, прямые доказательства фотоферротрофной активности в современной водной толще и количественные данные об их вкладе в Fe(II)-окисление на сегодняшний день отсутствуют (Crowe et al., 2014).

    Чтобы решить эту проблему, мы исследовали микробный круговорот железа в водной толще озера Ла-Крус (Rodrigo et al., 2001) в Центрально-Иберийских хребтах (Испания), постоянно стратифицированной озерной экосистеме с хемоклином в эвфотической зоне и водной химический состав колонки соответствует предполагаемым условиям позднего архея (табл. 2).Используя комбинированные микробиологические и биогеохимические подходы, мы оценили, действительно ли аноксигенные фототрофные Fe(II)-окисляющие микроорганизмы (фотоферротрофы) процветают в хемоклине аналога архейского океана и способствуют производству Fe(III) в бескислородной среде.

    Таблица 2. Сравнение химического состава воды, потоков железа по направлению к кислородно-бескислородной границе и скоростей окисления Fe(II) различных потенциальных аналогов современного архейского океана .

    Материалы и методы

    Физико-химическое профилирование

    Профили температуры, проводимости, pH, окислительно-восстановительного потенциала, растворенного кислорода и хлорофилла в водной толще и были записаны с использованием мультипрофилировщика Sea-Bird CTD.Интенсивность света измеряли как скалярную освещенность фотосинтетически активного излучения (ФАР) с помощью плоского квантового датчика Li-Cor (Li 192 SA), который был вертикально установлен на опускающейся раме и подключен к регистратору данных Li-Cor (L-1000). Пробы воды отбирали с помощью перистальтического насоса с батарейным питанием с лодки, закрепленной в центре озера. Образцы для анализа железа консервировали с помощью HCl (конечная концентрация 0,5 М), а образцы для анализа на сульфиды — с ацетатом цинка 5% (масса/объем). Концентрации железа и сульфидов определяли по феррозину (Viollier et al., 2000) и Cline (1969) соответственно. Твердофазные частицы железа и серы (AVS и CRS) определялись, как описано в другом месте (Haller et al., 2011). Основные анионы определяли методом ионной хроматографии на системе DIONEX DX-120 с использованием анионообменной колонки IonPac AS14A, Na 2 CO 3 /NaHCO 3 (8 мМ/1 мМ) в качестве элюента, Anion Self- Модуль регенерирующего подавителя (ASRS 300, 4 мм) и детектор проводимости (Haller et al., 2011).

    Пробы воды

    Во время летней стратификации (13–17 октября 2008 г.) образцы для инкубационных экспериментов in situ и ex-situ были собраны в 11 часов.Глубина 8 м, эвфотическая и аноксическая часть хемоклина (ХАР), где присутствовали как фиолетовые, так и зеленые аноксигенные серобактерии. В то время CAP простирался от 11,5 до 12,5 м глубины. На глубине 11,8 м были измерены 1,8 мкМ O 2 , 1,4 мкМ Fe(II), 2,5 мкМ Fe(III), отсутствие H 2 S и рН 8,3. Зимой (7–12 февраля 08 г.) CAP находилась на глубине от 14,5 до 15,5 м, при этом пробы для инкубационных экспериментов отбирались с глубины 15 м. Вода на этой глубине характеризовалась отсутствием кислорода, 5 мкМ Fe(II), 1.8 мкМ Fe(III), 1,3 мкМ H 2 S и рН 8,2.

    Расчет потока

    Вертикальный поток ( F z ) Fe(II) к кислородно-бескислородной границе раздела рассчитывали согласно формуле F z = − K z ), предполагая линейный градиент концентрации от 15 до 18 мкм. В качестве значений вертикальной вихревой диффузии (K z ) мы использовали 5,0 × 10 −4 и 4.0 × 10 −3 см −2 с −1 , которые представляют зарегистрированные минимальные значения для богатого железом меромиктического кратера глубиной 95 м озера Павин и эвксинического меромиктического озера Каданьо глубиной 20 м, оба напоминающих озеро Ла Круз (Bura-Nakic et al., 2009; Dahl et al., 2010). Был рассчитан восходящий поток 0,03-0,24 мкмоль см 2 d -1 Fe(II) к кислородно-бескислородной границе раздела. В таблице 2 данные водной толщи Ла-Крус сравниваются с условиями, предложенными для архейского океана, и с потенциальными современными аналогами, такими как озера Матано и озера Павин.В табл. 3 приведены параметры, использованные для расчета потока Fe(II).

    Таблица 3. Расчет скоростей окисления двухвалентного железа и потоков в сторону кислородно-бескислородной границы в озере Ла-Крус в условиях летней стратификации (октябрь 2008 г.) .

    In-situ Эксперименты по поглощению бикарбоната

    Modified in-situ 14 Инкубации с C-бикарбонатом использовались для оценки влияния различных субстратов, потенциально участвующих в микробном круговороте железа и серы.Для этого были отобраны пробы воды в период летней стратификации (ГП 11,8 м). Инкубацию проводили в предварительно промытых пробирках Vacutainer объемом 10 мл N 2 (Becton Dickinson) со следующими добавками из бескислородных исходных растворов (конечные концентрации): (i) необработанный контроль, (ii) FeCl 2 (100 мкМ), ( iii) NaNO 3 (50 мкМ), (iv) сульфид (100 мкМ). Изменение рН в инкубационной пробирке было незначительным при добавлении различных добавок (например, падение с 8,3 до 8,2 при добавлении FeCl 2 ).Все обработки проводились в двух повторностях, с DCMU и без него, а также в условиях света и темноты. Для инкубаций с DCMU пробу воды обрабатывали ингибитором за 30 мин до начала эксперимента, что обеспечивало его действие на фотосистему II (ФСII). В пробирки добавляли 5 мкКи бескислородного 14 C-бикарбоната (DHI, Хёрсхольм, Дания) и немедленно инкубировали в течение 4 ч на глубине 10 м (2% PAR, 12,6 °C), что соответствует верхней границе хлорофилла. пик , чтобы избежать затенения различных фототрофных гильдий.После инкубации образцы забивали формалином (конечная концентрация 2%) и фильтровали (GF/F Whatman). Фильтры дважды промывали 0,05 М HCl и, наконец, водой MilliQ. После периода сушки в течение 36 часов фильтры подсчитывали в 10 мл водной сцинтилляционной жидкости Ultima Gold на жидкостном сцинтилляционном анализаторе Wallac 1409. Скорости были рассчитаны в соответствии со следующей формулой: Скорость поглощения = 14 C-фиксированный × [ΣCO 2 ] × 1,06/Σ 14 CO 2 × t , где 14 C-фиксированный, рассчитанный на радиоактивность. фильтр минус контроль, [ΣCO 2 ] – общая концентрация DIC в воде на глубине отбора проб, 1.06 — поправочный коэффициент для изотопного фракционирования между 12 C и 14 C, Σ 14 CO 2 — общая радиоактивность DIC на флакон, а t — время инкубации. Чистое фотосинтетическое поглощение углерода было получено путем вычитания значений инкубации в темноте из поглощения углерода на свету. Хемоавтотрофность может быть выше в образцах, инкубированных в темноте, чем в образцах, инкубированных на свету, из-за конкуренции за питательные вещества с фототрофами в освещенных сосудах.Поэтому мы рассматриваем представленную величину фототрофного поглощения углерода как минимальную для фотоавтотрофности. Скорости поглощения использовались для построения двух обобщенных линейных моделей (-C-поглощение ~Fe + NO 3 + H 2 S) (Maccullagh and Nelder, 1989) с биномиальным распределением, один раз с добавками DCMU и один раз без. Влияние обработок на поглощение углерода было проверено с помощью ANOVA. Все анализы проводились с использованием статистического программного обеспечения «R» (R Development Core Team, 2009).

    Ex-situ Эксперименты по окислению Fe(II)

    N 2 — промытые бутылки объемом 500 мл были наполнены водой с глубины 11,8 м и закрыты толстыми пробками из бутилкаучука. Образцы были доставлены непосредственно в лабораторию Университета Валенсии в темных и прохладных условиях. После добавления FeCl 2 до конечной концентрации ≈ 500 мкМ (сдвиг pH с 8,3 до 7,8) флаконы инкубировали с DCMU и без него при 14°C в течение 120 часов.Половину флаконов инкубировали при 12-часовом свето-темновом режиме с интенсивностью прямого света 61 мкЭ м -2 с -1 ; остальные содержались в условиях постоянной темноты. Для бутылок с DCMU вводили 10 мл бескислородного насыщенного водного раствора DCMU за 1 ч до добавления FeCl 2 для ингибирования ФСII оксигенных фототрофов. За эволюцией трехвалентного и двухвалентного железа следили с помощью анализа феррозина (Viollier et al., 2000). Убитый контроль инкубировали при постоянном освещении, чтобы максимизировать любое потенциальное фотоокислительное воздействие на образование соединений железа.Однако фотокаталитического Fe(II)-окисления не наблюдалось. Появление Fe(III) при инкубации в темноте (рис. 5В) ближе к концу эксперимента можно объяснить загрязнением O 2 при отборе проб. Выбранная концентрация Fe(II) находилась в пределах диапазона, предсказанного для архейского океана (0,05–0,54 мМ) (Holland, 1973; Croal et al., 2009), но превышала концентрацию in situ . Следовательно, определенные скорости окисления представляют собой потенциальные скорости, действительные для избытка Fe (II) и условий освещения, и являются мерой размера популяции фотоферротрофов.

    Обогащение и молекулярная идентификация фотоферротрофов

    Обогащения установлены на воде ЦАП, собранной на глубине 15 м в феврале 2008 г. (см. пробы воды). Образец объемом 200 мл был перенесен в стерильную промытую N 2 бутыль с сывороткой и дополнен 200 мкМ FeCl 2 и DCMU. Флакон инкубировали при комнатной температуре в 12-часовом режиме свет-темнота в течение 1 месяца. Затем часть пробы переносили в бикарбонатно-буферный раствор (pH 6.8) пресноводная минеральная среда (Heising et al., 1999), содержащая 10 мМ FeCO 3 , микроэлементы и витамины, в том числе витамин B 12 . После начального серийного разведения до экстинкции пробирки подвергали воздействию прямого света 61 мкЕ м -2 с -1 (12 ч L/D). Для филогенетической характеристики фотоферротрофной культуры была создана библиотека клонов, нацеленная на ген 16S рРНК, после 5-го переноса обогащения. Тридцать один клон был секвенирован после предварительного анализа рестрикционных фрагментов с использованием Hae III и Taq I.Почти полные последовательности 16S рРНК были выровнены в ClustalW и уточнены вручную (1344 положения). Филогенетическое дерево основано на результатах анализа максимального правдоподобия последовательностей из семейства Chlorobiaceae , включая C. clathratiforme , доминирующую зеленую серную бактерию в этом озере (Rodrigo et al., 2001; Romero-Viana et al. , 2010). Филогенетическое дерево было создано с использованием модели GTR (общая обратимая во времени) + Γ + инвариант и 4 категории скорости замещения (1000 бутстрапов) с использованием Treefinder (Jobb et al., 2004). Последовательности были отправлены в базу данных последовательностей NCBI под номерами доступа FN4994988–FN994991.

    Fe(II)-Окисление фотоферротрофной культурой обогащения

    пробирки Hungate (10 мл), содержащие такую ​​же среду, как описано выше, инокулировали накопительной культурой, которая субкультивировалась в течение 9 месяцев (соответствует 5 переносам обогащения) перед ее использованием в эксперименте. Засеянные пробирки инкубировали в трех повторностях при 20°C в условиях непрерывной темноты и постоянного освещения (70 мкЕ м -2 с -1 ).Фотометрический анализ феррозина (Viollier et al., 2000) использовался для отслеживания эволюции Fe(II)/Fe(III) в пробирках. Средние скорости окисления Fe(II) рассчитывали по изменениям концентрации Fe(II) между 7-м днем, соответствующим концу фазы восстановления Fe(III), и 60-м днем.

    Количественная оценка фототрофных организмов

    Водоросли подсчитывали методом седиментации по Утермёлю, а пикоцианобактерии — методом эпифлуоресцентной микроскопии. Биомасса оксигенных фототрофов была рассчитана по подсчету клеток водорослей и пикоцианобактерий и соответствующих биообъемов (данные не показаны).В озере Ла-Крус PSB в основном представляют собой Lamprocystis purpurea , а GSB — в основном Chlorobium clathratiforme . Количество их клеток определяли путем фильтрации проб воды через мембранные фильтры с размером пор 0,2 мкм с последующим окрашиванием эритрозином и подсчетом на фазово-контрастном микроскопе Zeiss III. Кроме того, биомассу PSB и GSB рассчитывали из повторных подсчетов после определения биообъемов клеток (данные не показаны). Хлорофиллы и бактериохлорофиллы определяли методом ОФ-ВЭЖХ.Подробности всех процедур опубликованы в других источниках (например, Miracle et al., 2000).

    Оценка плотности популяции фотоферротрофов и их доли в пределах ГСБ

    Численность фотоферротрофов в инкубациях ex situ оценивали путем деления измеренной скорости окисления Fe(II) 2,65 мкмоль л -1 ч -1 (табл. 2) на специфическую для клеток Fe(II) -скорость окисления. Для Chlorobium ferrooxidans нет опубликованных данных.Поэтому мы использовали довольно низкое значение из Rhodobacter ferrooxidans SW2 (32 пмоль Fe(II) ч -1 клеток -1 ) (Hegler et al., 2008), чтобы не недооценивать размер популяции фотоферротрофов. Поскольку в воде, использованной для инкубационных экспериментов, было около 0,03 × 10 5 клеток ЗСБ мл -1 , из этого следует, что около 3% ЗСБ, присутствующих на этой глубине, действительно действуют как фотоферротрофы.

    Результаты и обсуждение

    Большинство меромиктических озер и других постоянно стратифицированных водоемов являются эвксиническими, т.е.э., бескислородные и сульфидные ниже хемоклина (Lyons et al., 2009). Озеро Ла-Крус является редким исключением, так как его бескислородная придонная вода содержит мало сульфидов, но богата растворенным Fe(II) (рис. 1А). Концентрация сульфатов низкая (<35 мкМ; рис. 1А) из-за низкого содержания серы в окружающих доломитовых породах и мергелях (Rodrigo et al., 2001). Растворенный сульфид был обнаружен непосредственно под хемоклином и образовался в результате разложения органического вещества (Romero-Viana et al., 2010) и диссимиляционного восстановления сульфата, на что указывает уменьшение концентрации сульфата с глубиной и последовательности генов 16S рРНК сульфатредуцирующих бактерий ( Desulfomonile сп.) в библиотеке клонов из бескислородной части хемоклина (Walter, 2011). Концентрации сульфидов были очень низкими, даже несмотря на то, что они были определены с помощью фотометрического анализа Клайна, который завышает концентрации свободных сульфидов, поскольку обнаруживает также коллоидные и аморфные формы FeS (Bura-Nakic et al., 2009). Таким образом, большая часть железа в бескислородной воде присутствовала в виде растворенного Fe(II). Fe(II) достигало хемоклина со скоростью 0,031-0,244 мкмоль см 2 d -1 (табл. 1, 2), где окислялось, о чем свидетельствуют два отдельных максимума Fe(III) (рис. 1А).

    Рис. 1. Данные летней стратификации водной толщи озера Ла-Крус. (A) Химическая стратификация во время проведения экспериментов по инкубации (13 октября 2008 г.). На вставке показан увеличенный профиль концентрации Fe(III) вокруг хемоклина. (B) Вертикальное распределение оксигенных (концентрация хлорофилла и , светлые кружки) и аноксигенных фототрофов. Черные символы обозначают количество микроскопических клеток доминирующей пурпурной серной бактерии (PSB) Lamprocystis purpurea) , а серые символы обозначают доминирующую зеленую серную бактерию (GSB) Chlorobium clathratiforme .Горизонтальная линия на высоте 11,8 м указывает глубину отбора проб для in situ инкубаций с радиоуглеродом и ex situ экспериментов по окислению Fe(II).

    Верхний широкий пик 2,8 мкМ Fe(III) располагался между 10 и 11,75 м, где пикоцианобактерии были наиболее многочисленны и Fe(III) предположительно образовывался в результате прямой химической реакции с O 2 или микроаэрофильными хемотрофами (Lehours et al. ., 2007). Поскольку нитраты также присутствовали на этой глубине (2,0 мкМ), нельзя исключать хемотрофное нитрат-зависимое окисление железа, но оно имело второстепенное значение (Walter, 2011), возможно, из-за ограниченного запаса этого окислителя, а также конкуренции. на нитрат с денитрифицирующими бактериями и нитрат-ассимилирующими фототрофами.Второй пик Fe(III) (~2,0 мкМ, 12–13 м) обычно наблюдался в аноксигенной части хемоклина и совпадал с максимумами биомассы аноксигенных фототрофов Chlorobium clathratiforme и Lamprocystis purpurea (рис. 1Б). , 8). Преобладающая интенсивность света 0,02–0,002% ФАР (рис. 1Б, 2) и постоянное поступление Fe(II) из гиполимниона создают подходящие условия для развития фотоферротрофов.

    Рис. 2.Глубинные профили физико-химических условий в толще воды озера Ла-Крус . Профили регистрировались в условиях летней стратификации (13.10.2008).

    Фотоферротрофия, являющаяся автотрофным метаболизмом, in situ 14 Эксперименты с C-инкубацией были проведены для обнаружения любой Fe(II)-зависимой стимуляции поглощения углерода на свету. Инкубации проводили с пробами воды из бескислородной части хемоклина на глубине 11,8 м, где концентрации сульфидов и Fe(II) минимальны.Инкубации были дополнены различными донорами и акцепторами электронов, которые могут способствовать автотрофному метаболизму, включая Fe(II), сульфид и нитрат. Поскольку на этой глубине присутствовали как оксигенные, так и аноксигенные фототрофы (рис. 1В, 8), в параллельные инкубации добавляли DCMU (3-{3,4-дихлорфенил}-1,1-диметилмочевина) для подавления выработки кислорода ФСII. В отсутствие DCMU ни одна из добавок не оказывала статистически значимого влияния на поглощение углерода (рис. 3). Скорость поглощения неорганического углерода обычно была на 35-40% ниже в присутствии DCMU, за исключением обработки Fe(II), где наблюдалось значительное увеличение на 40% ( P < 0.05) и где были определены самые высокие показатели фиксации среди всех проанализированных условий (рис. 3).

    Рисунок 3. Светозависимое поглощение неорганического углерода в присутствии потенциальных субстратов для литоавтотрофных железо- и серообразующих микроорганизмов . In-situ эксперименты по фиксации углерода сеткой, демонстрирующие статистически значимую стимуляцию при добавлении Fe(II) в присутствии DCMU (- c -, p < 0,05), который ингибирует выработку кислорода в процессе фотосинтеза.Чистое фотосинтетическое поглощение углерода было получено путем вычитания значений инкубации в темноте из поглощения углерода на свету. Буквы представляют статистические группы с использованием обобщенных линейных моделей. Представлены средние значения и стандартные отклонения (13 октября 2008 г.).

    Этот результат свидетельствует о том, что в бескислородной части хемоклина происходило зависимое от света поглощение неорганического углерода Fe(II) и что оксигенный фотосинтез необходимо ингибировать для обнаружения фотоферротрофной автотрофии.Было высказано предположение, что предковые цианобактерии могли фотосинтезировать только с ФС I и, вероятно, использовали H 2 , H 2 S или Fe(II) для восстановления CO 2 до органического вещества (Pierson, 1994). Также некоторые современные цианобактерии могут переключаться в зависимости от условий окружающей среды с оксигенного на аноксигенный фотосинтез с H 2 S (Cohen et al., 1986). Вклад цианобактерий в наблюдаемую стимуляцию в присутствии DCMU нельзя полностью исключить, хотя такая метаболическая универсальность никогда не обнаруживалась у пикоцианобактерий (Pierson et al., 1999), например, в озере Ла-Крус. Аналогичные инкубации, проведенные зимой, когда различные фототрофные популяции были менее компактными и лучше разделенными в толще воды, показали, что подпитывание поглощения 14 C Fe(II) было наиболее сильным в слоях воды, где присутствовали аноксигенные фототрофы (15 и 15,5 м). И наоборот, только слабая стимуляция наблюдалась в образцах из верхнего слоя цианобактерий (13,5 м) или афотического монимолимниона (17 м) соответственно (рис. 4).

    Рисунок 4. In situ Светозависимое поглощение неорганического углерода в присутствии потенциальных субстратов для микроорганизмов, преобразующих железо и серу . Результаты показывают наибольшую стимуляцию поглощения бикарбоната при добавлении Fe(II) на глубине 15 м и 15,5 м, где аноксигенные фототрофы были наиболее многочисленны. Чистое фотосинтетическое поглощение углерода было получено путем вычитания значений инкубации в темноте из поглощения углерода на свету. N-serve и DCMU были добавлены для ингибирования нитрификации и PS(II) оксигенных фототрофов соответственно.Приведены средние значения повторных экспериментов, причем концы столбцов указывают самые высокие и самые низкие значения. Условия зимней стратификации (11 февраля 2008 г.).

    Данных о скоростях аноксигенного фототрофного Fe(II)-окисления в аналоге архейского океана до сих пор не существовало. Анаэробное зависимое от света окисление железа было количественно определено с использованием инкубаций ex-situ с обогащенной Fe(II) водой с той же глубины, что и для 14 C-инкубаций (рис. 5). Окисление Fe(II) до Fe(III) естественной хемоклиновой микробиотой зависело от света и происходило с потенциальной скоростью 2.7 мкмоль л -1 ч -1 . Скорость была одинаковой для инкубаций с DCMU и без него, что указывает на тот факт, что оксигенные фототрофы (например, пикоцианобактерии) на этой глубине фотосинтетически не очень активны, что также продемонстрировали параллельные исследования годового цикла ассимиляции неорганического углерода (Picazo, персональный коммуникация). Более того, эта оценка показывает, что размер популяции фотоферротрофов в хемоклине был достаточно высоким, чтобы в условиях неограниченного освещения достичь скоростей окисления Fe(II), которые, как считается, необходимы для образования BIF (Kappler et al., 2005) (табл. 2). Альтернативные оценки скорости окисления Fe(II), основанные на уравнении (1), и количество 14 CO 2 , включенное in situ , в условиях, обогащенных Fe(II), составило всего 0,2 мкмоль Fe(II) л −1 ч −1 (табл. 2). Вероятно, это было связано с более низкой интенсивностью света в озере. С другой стороны, это также может указывать на то, что фотоферротрофы в озере Ла-Крус не являются облигатными автотрофными организмами и что они могут ассимилировать дополнительные органические соединения для образования биомассы (Heising et al., 1999). Наши попытки культивировать фототрофные Fe(II)-окисляющие организмы из проб воды хемоклина привели к совместной культуре, состоящей из Chlorobium sp. (рис. 6, 80%) и еще некультивированные Acidobacteria (20%). Штамм Chlorobium был тесно связан с Chlorobium ferrooxidans , единственной известной зеленой фотоферротрофной культурой, и с Chlorobium clathratiforme , доминирующей зеленой фототрофной серной бактерией в Ла-Крусе (Rodrigo et al., 2001; Ромеро-Виана и др., 2010). Обогащающая культура содержала как фотоферротрофные, так и Fe(III)-восстанавливающие бактерии (рис. 7), что позволяет предположить, что Fe(II)-окислительные и восстановительные процессы в хемоклине озера Крус тесно связаны. Наблюдаемая скорость окисления Fe(II) 2,6 мкмоль л -1 ч -1 представляет собой чистую скорость, зависящую от относительной кинетики процессов, и попадает в нижний диапазон того, что было определено в других культурах. Fe(II)-окисляющих фототрофов (Hegler et al., 2008).

    Рисунок 5. Светозависимое окисление железа естественной микробиотой из бескислородной части хемоклина озера Ла-Крус на глубине 11,8 м . Бескислородная лаборатория ( ex situ ) инкубационный эксперимент (11 февраля 2008 г.) (A) без добавления DCMU, где активен оксигенный фотосинтез и может происходить абиотическое окисление Fe(II) с O 2 ; и (B) Fe(II) эволюция в бескислородных условиях в отсутствие оксигенного фотосинтеза (с добавлением DCMU).Для обеих экспериментальных установок световые условия включали последовательные периоды 12-часового освещения при 61 мкЕ м -2 с -1 и 12-часовой темноты. Сплошные символы обозначают концентрацию Fe(II), а открытые символы обозначают концентрации Fe(III). Пунктирные линии представляют средние значения убитых контролей (звездочки; n = 3).

    Рисунок 6. Филогения фотоферротрофной накопительной культуры на основе почти полных последовательностей генов 16S рРНК и анализа максимального правдоподобия .Среди извлеченных последовательностей 80% сформировали четко определенный кластер внутри Chlorobia (25/31 клонов), фототрофных зеленых серных бактерий; остальные последовательности были наиболее тесно связаны с некультивируемыми Acidobacteria (клоны 5/31). Цифры в скобках означают количество клонов, обладающих такой же последовательностью. Показаны значения начальной загрузки >50% для 1000 повторений.

    Рисунок 7. Чистое окисление Fe(II) фотоферротрофной накопительной культурой .Результаты отображают зависимость окисления Fe(II) от света. Более того, количество Fe(III), добавленное с инокулятом в начале эксперимента, снижалось в течение первых 8 часов, предположительно опосредованно Acidobacteria , второй наиболее многочисленной группой бактерий в накопительной культуре. Данные представляют собой средние значения трех независимых экспериментов с планками погрешностей, представляющими стандартные отклонения ( n = 3).

    Рисунок 8. Микрофотографии (A) зеленых и (B,C) пурпурных аноксигенных фототрофов из хемоклина озера Ла-Крус .На них видны желтоватые глобулы серы внутри клеток PSB или вокруг клеток GSB (A,B) . Клетки PSB без видимых внутренних отложений S 0 также часто наблюдаются (C) . Шкала баров представляет 10 мкм.

    Несмотря на полное окисление Fe(II) в хемоклине и, следовательно, непрерывный поток осадочного Fe(III) на дно озера (рис. 1А), накопления минералов оксида железа в отложениях не наблюдалось. На поверхности осадка было обнаружено только 3 мкмоль Fe(III) г -1 мас./мас. (данные не показаны).На глубине менее 0,5 см железо, извлекаемое HCl, восстанавливалось и связывалось с серой, как это предполагалось комбинированными измерениями железа и серы (данные не показаны). Сульфид железа образуется непрерывно чуть ниже хемоклина и оседает в толще воды (Ma et al., 2006), однако, в отличие от Fe(III)-оксидов, которые могут быть восстановлены обратно до Fe 2+ , FeS стабилен и будет накапливаться в осадке. Минералы сульфида железа также образуются на поверхности отложений из оксидов Fe(III), реагирующих с сульфидом, высвобождающимся в результате разложения органического вещества и диссимиляционного восстановления сульфата.Накопление Fe(III) в осадке было бы возможно только при сильно сниженной первичной продуктивности и значительной деградации органического вещества путем метаногенеза в процессе осадконакопления (табл. 1). Таким образом, мы предполагаем, что периоды формирования BIF в бескислородных условиях архея были связаны с повышенным образованием метана, что согласуется с существующим представлением о том, что биогенный метан является важным компонентом атмосферы архея (Zerkle et al., 2012).

    Заключение

    Химические профили железа с повторяющимся вторичным пиком Fe(III) в бескислородной, эвфотической части хемоклина наряду с повышенным поглощением неорганического углерода в присутствии Fe(II) и светозависимым Fe(II) окисления, обеспечивают последовательные доказательства фотоферротрофной активности в хемоклине Ла-Крус и представляют собой доказательство концепции их возможного вклада в образование древних BIF до эволюции оксигенного фотосинтеза.Однако мы отмечаем, что фотоферротрофия в преобладающих условиях окружающей среды в Ла-Крусе является медленным процессом и что большая часть Fe(II) в хемоклине окисляется молекулярным кислородом. Более того, фотоферротрофы представляют собой лишь незначительную часть аноксигенного фототрофного сообщества, причем большинство из них, по-видимому, процветает за счет круговорота серы, несмотря на очень низкое содержание сульфидов и сульфатов в железистой толще воды озера Ла-Крус. Это наблюдение также подтверждается недавней публикацией, которая показала, что загадочный цикл серы может происходить в железистых условиях (Crowe et al., 2014). Таким образом, мы предполагаем, что загадочный круговорот серы, недавно показанный для зон с минимумом кислорода в районах апвеллинга современного океана (Canfield et al., 2010), также характерен для позднего архейского океана, где прогнозируемые концентрации сульфатов были в 3–10 раз выше. чем в озере Ла-Крус (Canfield, 2005; Jamieson et al., 2013).

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Мы благодарим A. Bagnoud и C. Paul за помощь в работе. Э. Лара и Н. Жаннере выражают признательность за советы и техническую помощь в филогенетической характеристике накопительной культуры. Б. Фурнье выражает благодарность за советы по статистическому анализу. Мы благодарим S. Poulton, D.E. Кэнфилду, Б. Морашу и Дж. Гринману за комментарии к более ранней версии рукописи. Работа выполнена при поддержке Швейцарского национального научного фонда (проект No.3103A–112563).

    Каталожные номера

    Братерман, П.С., Кэрнс-Смит, А.Г., и Слопер, Р.В. (1983). Фотоокисление гидратированного Fe-2+ — значение для полосчатых железистых образований. Природа 303, 163–164. дои: 10.1038/303163a0

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Бура-Накич, Э., Виолье, Э., Джезекель, Д., Тиам, А., и Цигленецки, И. (2009). Восстановленные формы серы и железа в бескислородной толще воды меромиктического кратера озера Павен (Центральный массив, Франция). Хим. Геол . 266, 320–326. doi: 10.1016/j.chemgeo.2009.06.020

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Кэнфилд, округ Колумбия (2005). Ранняя история атмосферного кислорода: дань уважения Роберту А. Гаррелсу. год. Преподобный Планета Земля. Наука . 33, 1–36. doi: 10.1146/annurev.earth.33.092203.122711

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Кэнфилд, Д.Э., Стюарт, Ф.Дж., Тамдруп, Б., Де Брабандере, Л., Далсгаард, Т., Делонг, Э.Ф., и другие.(2010). Загадочный круговорот серы в водах зоны минимума кислорода у чилийского побережья. Наука 330, 1375–1378. doi: 10.1126/science.1196889

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Клайн, JD (1969). Спектрофотометрическое определение сероводорода в природных водах. Лимнол. Океаногр . 14, 454–458. doi: 10.4319/lo.1969.14.3.0454

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Коэн, Ю., Йоргенсен, Б.Б., Ревсбеч Н.П. и Поплавски Р. (1986). Адаптация к сероводороду оксигенного и аноксигенного фотосинтеза у цианобактерий. Заяв. Окружающая среда. Микробиол . 51, 398–407.

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Академия Google

    Кроу С.А., Джонс С., Кацев С., Маген С., О’Нил А.Х., Штурм А. и соавт. (2008). Фотоферротрофы процветают в аналоге архейского океана. Проц. Натл. акад. науч. США . 105, 15938–15943. doi: 10.1073/pnas.0805313105

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Кроу, С.А., Мареска, Дж.А., Джонс, К., Штурм, А., Хенни, К., Фаул, Д.А., и соавт. (2014). Глубоководный аноксигенный фотосинтез в железистом хемоклине. Геобиология 12, 322–339. doi: 10.1111/gbi.12089

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Даль Т.В., Анбар А.Д., Гордон Г.В., Розинг М.Т., Фрей Р. и Кэнфилд Д.Э. (2010). Поведение молибдена и его изотопов в хемоклине и в отложениях сульфидного озера Каданьо, Швейцария. Геохим. Космохим. Acta 74, 144–163. doi: 10.1016/j.gca.2009.09.018

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Халлер, Л., Тонолла, М., Зопфи, Дж., Педуцци, Р., Уайлд, В., и Поте, Дж. (2011). Состав бактериальных и архейных сообществ в пресноводных отложениях разной степени загрязнения (Женевское озеро, Швейцария). Вода Res . 45, 1213–1228. doi: 10.1016/j.waters.2010.11.018

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Хейзинг С., Рихтер Л., Людвиг В. и Шинк Б. (1999). Chlorobium ferrooxidans sp. nov., фототрофная зеленая серная бактерия, которая окисляет двухвалентное железо в сокультуре с « Geospirillum » sp. штамм. Арх. Микробиол . 172, 116–124. дои: 10.1007/s002030050748

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Джеймисон, Дж.В., Винг, Б.А., Фаркуар, Дж., и Ханнингтон, доктор медицины (2013). Неоархейские концентрации сульфатов в морской воде по изотопам серы в массивной сульфидной руде. Нац. ГеоСки . 6, 61–64. дои: 10.1038/ngeo1647

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Капплер, А., Паскеро, К., Конхаузер, К.О., и Ньюман, Д.К. (2005). Отложение полосчатых железистых образований аноксигенными фототрофными Fe(II)-окисляющими бактериями. Геология 33, 865–868. дои: 10.1130/G21658.1

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Конхаузер, К.О., Амскольд Л., Лалонд С.В., Пост Н.Р., Капплер А. и Анбар А. (2007). Отделение фотохимического окисления Fe(II) от осаждения BIF на мелководье. Планета Земля. науч. Письмо . 258, 87–100. doi: 10.1016/j.epsl.2007.03.026

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Konhauser, K.O., Hamade, T., Raiswell, R., Morris, R.C., Ferris, F.G., Southam, G., et al. (2002). Могли ли бактерии образовать докембрийские полосчатые железистые образования? Геология 30, 1079–1082.doi: 10.1130/0091-7613(2002)0302.0.CO;2

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Леурс, А.С., Эванс, П., Бардо, К., Джоблин, К., и Джерард, Ф. (2007). Филогенетическое разнообразие архей и бактерий в бескислородной зоне меромиктического озера (озеро Павен, Франция). Заяв. Окружающая среда. Микробиол . 73, 2016–2019 гг. doi: 10.1128/AEM.01490-06

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Лайонс, Т.В., Анбар, А.Д., Северманн, С., Скотт, К., и Гилл, Б.К. (2009). Отслеживание эвксинии в древнем океане: мультипрокси-перспектива и тематическое исследование протерозоя. год. Преподобный Планета Земля. Наука . 37, 507–534. doi: 10.1146/annurev.earth.36.031207.124233

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Ма, С.Ф., Ноубл, А., Батчер, Д., Троуборст, Р.Э., и Лютер, Г.В. (2006). Удаление сероводорода через каталитический цикл железа и осаждение сульфида железа в толще воды тупиковых притоков. Эстуар. Побережье. Полка Sci . 70, 461–472. doi: 10.1016/j.ecss.2006.06.033

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Маккаллах П. и Нелдер Дж. А. (1989). Обобщенные линейные модели . Лондон: Чепмен и Холл.

    Чудо, М. Р., Камачо, А., Джулия, Р., и Висенте, Э. (2000). Процессы опускания и их влияние на осадочную летопись меромиктического озера Ла-Крус (Испания). Верх. Междунар. Вер. Лимнол 27, 1209–1213.

    Пирсон, Б.К. (1994). «Появление, разнообразие и роль фотосинтезирующих эубактерий», в Early Life on Earth , под ред. С. Бенгтсона (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: издательство Колумбийского университета), 161–180.

    Пирсон, Б.К., Паренто, М.Н., и Гриффин, Б.М. (1999). Фототрофы в микробных матах с высокой концентрацией железа: физиологическая экология фототрофов в горячем источнике, отлагающем железо. Заяв. Окружающая среда. Микробиол . 65, 5474–5483.

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Академия Google

    Пост, Н.Р., Хеглер Ф., Конхаузер К.О. и Капплер А. (2008). Переменное отложение Si и Fe, вызванное колебаниями температуры в докембрийских океанах. Нац. ГеоСки . 1, 703–708. дои: 10.1038/ngeo306

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    R Основная группа разработчиков. (2009). R: Язык и среда для статистических вычислений . Вена: Фонд статистических вычислений R.

    Академия Google

    Раймонд Ж., Жахыбаева О., Гогартен, Дж. П., и Бланкеншип, Р. Э. (2003). Эволюция фотосинтезирующих прокариот: подход к картированию с максимальным правдоподобием. Филос. Транс. Р. Соц. Лонд. Б биол. Наука . 358, 223–230. doi: 10.1098/rstb.2002.1181

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Родриго, Массачусетс, Чудо, М. Р., и Висенте, Э. (2001). Меромиктическое озеро Ла-Крус (Центральная Испания). Закономерности стратификации. Аква. Наука . 63, 406–416. дои: 10.1007/s00027-001-8041-х

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Ромеро-Виана, Л., Кили, Б.Дж., Камачо, А., Висенте, Э., и Миракл, М.Р. (2010). Первичная продукция в озере Ла-Крус (Испания) за последние четыре века: реконструкция на основе осадочного сигнала фотосинтетических пигментов. Дж. Палеолимнол . 43, 771–786. doi: 10.1007/s10933-009-9367-y

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Северманн С. и Анбар А. Д. (2009). Реконструкция палеоредокс-условий с помощью мультитрассового подхода: ключ к прошлому — это настоящее. Элементы 5, 359–364. doi: 10.2113/gelements.5.6.359

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Виолье, Э., Инглетт, П. В., Хантер, К., Ройчоудхури, А. Н., и Ван Каппеллен, П. (2000). Новый взгляд на феррозиновый метод: определение Fe(II)/Fe(III) в природных водах. Заяв. Геохим . 15, 785–790. дои: 10.1016/S0883-2927(99)00097-9

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Уолтер, К. А. (2011). Анаэробный цикл железа в неоархейском аналоге океана .Кандидат наук. диссертация, Невшательский университет, Швейцария. urn:nbn:ch:rero-004-110372

    Академия Google

    Виддел Ф., Шнелл С., Хейзинг С., Эренрайх А., Ассмус Б. и Шинк Б. (1993). Окисление двухвалентного железа аноксигенными фототрофными бактериями. Природа 362, 834–836. дои: 10.1038/362834a0

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Xiong, J., Fischer, W.M., Inoue, K., Nakahara, M., and Bauer, C.E. (2000). Молекулярные доказательства ранней эволюции фотосинтеза. Наука 289, 1724–1730. doi: 10.1126/наука.289.5485.1724

    Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Зеркле, А. Л., Клэр, М., Домагал-Голдман, С. Д., Фаркуар, Дж., и Поултон, С. В. (2012). Бистабильная богатая органикой атмосфера на неоархейской Земле. Нац. ГеоСки . 5, 359–363. дои: 10.1038/ngeo1425

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Прогрессивное окисление бескислородных и железистых глубинных вод при отложении конечной эдиакарской формации Лаобао в Южном Китае | Интернет-исследования в области здравоохранения и окружающей среды (HERO)

    ID ГЕРОЯ

    2046388

    Тип ссылки

    Журнальная статья

    Заголовок

    Прогрессивное окисление бескислородных и железистых глубинных вод при отложении конечной эдиакарской формации Лаобао в Южном Китае

    Авторы)

    Чанг, ХуаДжин; Чу, Сюэлэй; Фэн, Л.Джун; Хуанг, Дж.

    Год

    2012

    Рецензируется ли эксперт?

    да

    Журнал

    Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология
    ISSN: 0031-0182

    Объем

    321

    Номера страниц

    80-87

    DOI

    10.1016/j.palaeo.2012.01.019

    Идентификатор Web of Science

    WOS:0003010007

    Ключевые слова

    окислительно-восстановительное состояние; окисление; микроэлементы, чувствительные к окислительно-восстановительному потенциалу; изотоп серы; Терминал Эдиакарский; Южный Китай

    Железистые условия преобладали в позднем неопротерозое Глубоководный химический состав на JSTOR

    Абстрактный

    Химическая среда поверхности Земли эволюционировала от раннего бескислородного состояния до кислородного состояния, которое мы имеем сегодня.Переходная между более ранним протерозойским миром с широко распространенной глубоководной аноксией и фанерозойским миром с крупными животными, использующими кислород, неопротерозойская эра [от 1000 до 542 миллионов лет назад (млн лет назад)] играет ключевую роль в этой истории. Однако детали неопротерозойской оксигенации поверхности Земли остаются неясными. Мы сообщаем, что на протяжении большей части позднего неопротерозоя (&lt742 ± 6 млн лет назад) аноксия оставалась широко распространенной под смешанным слоем океанов; более глубокие водные массы иногда были сульфидными, но в основном были обогащены Fe²⁺.Эти железистые условия ознаменовали возвращение к химии океана, невиданное более миллиарда лет истории Земли.

    Информация о журнале

    Science, основанный Томасом А. Эдисоном в 1880 году и издаваемый AAAS, сегодня считается самым тиражируемым общенаучным журналом в мире. Публикуемый 51 раз в год журнал Science известен своими высоко цитируемыми, рецензируемыми исследовательскими работами, особой силой в медико-биологических дисциплинах и отмеченным наградами освещением последних научных новостей.Онлайн-издание включает не только полные тексты текущих выпусков, но и научные архивы, относящиеся к первому изданию Эдисона в 1880 году. Научные карьеры, которые можно найти в печати и в Интернете, содержат соответствующие статьи о карьере, публикуемые еженедельно, тысячи объявлений о вакансиях обновляются несколько раз в неделю. неделя и другие услуги, связанные с карьерой. В интерактивном научном мультимедийном центре представлены научные подкасты, изображения и слайд-шоу, видео, семинары и другие интерактивные функции. Для получения дополнительной информации посетите сайт www.sciencemag.org.

    Информация об издателе

    AAAS, основанная в 1848 году, превратилась в крупнейшее в мире междисциплинарное научное общество, насчитывающее почти 130 000 членов и подписчиков. Миссия «продвигать науку, технику и инновации во всем мире на благо всех людей» вывела организацию на передний план национальных и международных инициатив. Глобальные усилия включают программы и партнерства по всему миру, от Азии до Европы и Африки, а также обширную работу в области прав человека с использованием геопространственных технологий для подтверждения нарушений.Научные и политические программы включают крупный ежегодный форум по политике в области науки и техники, стипендии по политике в области науки и техники в Конгрессе США и государственных учреждениях, а также отслеживание финансирования США исследований и разработок. Инициативы в области естественнонаучного образования заложили основу для обучения на основе стандартов и предоставили учителям веб-инструменты поддержки. Деятельность по привлечению общественности способствует открытому диалогу с учеными по таким социальным вопросам, как глобальное изменение климата. AAAS также действует как зонтичная организация для федерации более чем 270 дочерних научных групп.Расширенная серия веб-сайтов включает исчерпывающие ресурсы по развитию карьеры. Для получения дополнительной информации посетите сайт www.aaas.org.

    Микробное разнообразие, участвующее в круговороте железа и загадочной серы в железистых малосульфатных водах озера Павин

    Геохимия водной толщи озера Павин

    Как описано ранее, озеро Павин постоянно стратифицировано, так что условия в глубоком бескислородном слое воды (монимолимнион) остаются относительно стабильными из года в год с небольшими колебаниями положения оксиклина и интенсивности пика мутности [27,31]. ,38,49,50].Профили выборочных кампаний в сентябре 2016 г., апреле 2017 г. и октябре 2017 г. были очень похожи на опубликованные профили (рис. 1). Во все годы максимальный градиент растворенного кислорода находился на глубине от 45 до 50 м (рис. 1). Максимум мутности обычно возникает сразу под оксиклином (рис. 1C), и на основании предыдущих исследований этот пик мутности соответствует массивному осаждению железосодержащих минералов [36]. Слабые пики мутности как в сентябре 2016 г., так и в октябре 2017 г. могут быть связаны с более слабым перемешиванием миксолимниона и/или почти полным расходом оксидантов (например,грамм. O 2 , Mn(IIII/IV), нитрат) в начале года. Интенсивность этого пика мутности, по-видимому, контролируется несколькими параметрами (интенсивность и продолжительность зимнего замерзания, которые, в свою очередь, контролируют перемешивание; скорость осаждения и восстановления Fe(III)-минералов; инжекция окислителей из подземных источников, усиленная проливными дождями [51–53] ). Пик нитрата до 20 мкМ NO 3 , расположенный на оксиклине и перекрывающийся с пиком в частицах железа, предполагает, что микробное окисление железа нитратом может играть роль в осаждении минералов железа [31].Однако только полное биогеохимическое моделирование могло бы обеспечить количественную оценку каждого вклада в образование минералов Fe(III). Концентрация растворенного железа увеличивается до 1,2 мМ на дне озера (рис. 1B и [27,31,38,49,50]). Концентрация сульфатов < 20 мкМ в миксолимнионе и резко снижается на 10 м ниже оксиклина, что совпадает с увеличением ΣH 2 S (рис. 1B и [31]). Цикловольтамперометрический анализ показал, что 80% этого свободного сульфида находится в коллоидной форме FeS [38].Кроме того, в верхней части монимолимниона (65 м) ранее было измерено до 3,3 мкМ элементной серы, которая затем уменьшается ко дну озера [38].

    Образцы для анализов микробного разнообразия in situ были получены в октябре 2017 г. с глубины 60 м (оксиклин), 65 м (оксиклин + 5 м) и 70 м (оксиклин + 10 м), чтобы охватить ряд геохимических условий в монимолимнионе. , от микрокислородных (60 м) к бескислородным и железистым (65 м) и, наконец, к бескислородным, железистым и слабосульфидным (70 м).

    In situ Микробное разнообразие

    В целом, разнообразие, представленное нашими библиотеками ампликонов генов 16S рРНК, согласуется с опубликованными данными о микробном разнообразии монимолимниона озера Павин [41,43]. Последовательности, относящиеся к Actinobacteria , Proteobacteria , представителям суперфилума Fibrobacteres-Chlorobi-Bacteroidetes (группа FCB) и представителям суперфилума Planctomycetes-Verrucomicrobia-Chlamydiae (группа PVC), составляли большинство последовательностей на всех глубинах (рис. 2). ).Последовательности Actinobacteria были наиболее многочисленны в оксиклине, что согласуется с их преимущественно аэробным образом жизни. И наоборот, Proteobacteria становились более многочисленными с глубиной, составляя 14, 35 и 42% всех последовательностей, обнаруженных на оксиклине, оксиклине + 5 м и оксиклине + 10 м соответственно. Последовательности из более глубоких бескислородных вод (оксиклин + 10 м) были более равномерно распределены по разным кладам с более высокой представленностью глубоко расходящихся таксонов, таких как Aquificae (рис. 2).Большее бактериальное разнообразие ранее наблюдалось в бескислородных водах озера Павин по сравнению с кислородными [40,41]. Было высказано предположение, что отсутствие конкуренции с метаболизмом на основе O 2 в бескислородной среде обеспечивает более высокое микробное разнообразие среди микроорганизмов, использующих анаэробные (т.е. менее энергетически эффективные) метаболические пути [54].

    Рис. 2. Обзор общего бактериального разнообразия в монолимнионе озера Павин.

    Разнообразие было реконструировано из библиотек ампликонов гена 16S рРНК с 0 м, 5 м и 10 м ниже оксиклина.Группа FCB = Fibrobacteres-Chlorobi-Bacteroidetes superphylum. Группа PVC = Planctomycetes-Verrucomicrobia-Chlamydiae superphylum. Клады, содержащие менее 0,5% последовательностей, были классифицированы как «другие бактерии».

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212787.g002

    Мы дополнительно исследовали метаболическое разнообразие бактерий в озере Павин, идентифицировав предполагаемые бактерии, циклирующие железо и серу, на основе близкой последовательности родства с известными железо- и серообразующие микроорганизмы.Наши генные библиотеки 16S рРНК выявили большой микробный потенциал для циклирования железа и серы на уровне и ниже оксиклина (рис. 3). Примерно 7 % всех последовательностей из оксиклина связаны с известными железо- и сероциклирующими бактериями, а их относительная численность возрастает до 28 % на глубине 10 м ниже оксиклина. Эта тенденция отражает геохимические условия в озере, где градиенты содержания твердых частиц Fe(III) и сульфата могут стимулировать микробное дыхание в отсутствие растворенного O 2 .За некоторыми исключениями редких последовательностей, большинство операционных таксономических единиц (OTU) были представлены на всех отобранных глубинах, что позволяет предположить, что микробное разнообразие относительно однородно в этой части монимолимниона. Однако полное разнообразие железо- и сероциклирующих бактерий, вероятно, было недооценено, поскольку некоторые последовательности связаны с группами, не содержащими культивируемых представителей, и поэтому их метаболизм еще не известен.

    Рис. 3. Разнообразие железо- и сероциклирующих бактерий в монолимнионе озера Павин.

    Библиотеки ампликонов бактериального гена 16S рРНК были получены с глубины 0 м, 5 м и 10 м ниже оксиклина. Последовательности были классифицированы на основе лучших результатов BLAST, а предполагаемые метаболизирующие железо и серу бактерии были идентифицированы на основе филогенетической принадлежности к (A) бактериям, восстанавливающим железо = IRB, (B) бактериям, восстанавливающим серу/сульфат, = SRB, (C) окисляющим железо бактериям. бактерии = IOB и (D) сульфидокисляющие бактерии = SOB.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212787.g003

    Последовательности, связанные с известными железоредуцирующими бактериями (IRB), были извлечены со всех отобранных проб глубин, но наиболее многочисленны в 5 м ниже оксиклина (рис. 3A). Идентифицированный IRB включал как облигатные редукторы железа, такие как Geothrix и Geobacter , так и факультативные редукторы железа, такие как Rhodoferax , Aeromonas и Pelosinus . В то время как другие исследования подчеркивали важность факультативных (ферментативных и сульфатредуцирующих бактерий) в восстановлении железа в озере Павин [41, 42], мы обнаружили, что популяции Geothrix и Geobacter вместе составляют большую часть IRB на всех глубины.Наиболее распространенная последовательность, связанная с IRB, принадлежала пурпурной несернистой бактерии Rhodoferax , которая ранее была обнаружена в озере Павин [43]. Один из трех культивируемых видов этого рода, Rhodoferax ferrireducens , способен к диссимиляционному восстановлению Fe(III) ацетатом [55]. Этот микроорганизм также участвует в круговороте железа в других стратифицированных озерах [56,57].

    Некоторые серо/сульфатредуцирующие бактерии (SRB) также являются факультативными восстановителями железа или индуцируют восстановление железа опосредованно посредством образования сульфида.Несмотря на низкие концентрации сульфата в озере Павин (< 20 мкМ), очень разнообразное сообщество SRB присутствовало на всех отобранных глубинах и включало многие роды, еще не зарегистрированные там (рис. 3B). SRB составлял примерно 2,5% всех последовательностей как на уровне оксиклина, так и на 5 м ниже, и его численность увеличивалась до 10% на 10 м ниже оксиклина. Desulforegula был наиболее распространенной последовательностью SRB, обнаруженной в оксиклине, но Desulfobacca , Desulfovibrio и Sulfurospirillum стали доминирующими на глубине.Различия в составе сообщества SRB могут отражать различия в специализации органического углерода или сернистого субстрата. Например, известно, что Desulforegula использует длинноцепочечные жирные кислоты и длинноцепочечные алкены и не способен расти в отсутствие сульфата [58], который истощается с глубиной. Напротив, Desulfovibrio считаются важными утилизаторами водорода и могут также расти на формиате, лактате, пирувате и многих других простых органических соединениях [59]. Desulfobacca и Desulfovibrio могут использовать альтернативные акцепторы электронов, такие как элементарная сера, тиосульфат и сульфит [59,60]. Sulfurospirillum был классифицирован здесь как SRB, потому что он может восстанавливать элементарную серу и тиосульфат, но не сульфат [18]. Однако было также замечено, что видов Sulfurospirillum окисляют сульфид нитратом [61, 62], и эта метаболическая универсальность может объяснить его присутствие в различных окислительно-восстановительных условиях на всех трех глубинах.

    Пересекающиеся градиенты кислорода/нитрата и Fe 2+ в оксиклине обеспечивают потенциально прекрасную среду обитания для популяций железоокисляющих бактерий (IOB). Около 0,5% всех последовательностей, связанных с известным IOB на всех отобранных глубинах (рис. 3C). Интересно, что облигатно аэробный микроаэробный окислитель железа Gallionella [63] включал 46 и 84% последовательностей IOB в бескислородных водах на 5 и 10 м ниже оксиклина. Это согласуется с предыдущими сообщениями о биоминерализованных стеблях Fe-фосфата, напоминающих Gallionella на этой глубине [31].Поскольку геномные данные свидетельствуют о том, что Gallionella адаптированы к чрезвычайно низким уровням кислорода, возможно, что они способны расти при растворенных концентрациях O 2 ниже пределов обнаружения кислорода нашими датчиками (~ 300 нМ) и занимают эту узкую нишу. между градиентами O 2 и Fe 2+ [64]. Хотя Ferrimicrobium и Ferrithrix обычно считаются ацидофилами, они также были обнаружены в оксиклине. Сообщается, что виды этих родов весьма универсальны и могут окислять или восстанавливать железо в зависимости от окислительно-восстановительных условий [65].Единственные обнаруженные предполагаемые денитрифицирующие окислители железа принадлежали к роду Acidovorax [29, 66] и присутствовали в очень низких количествах (< 1% последовательностей IOB). Предполагаемые фототрофные окислители железа Rhodopseudomonas , Rhodobacter и Rhodomicrobium были наиболее многочисленны в оксиклине. Предыдущие измерения показали, что только ~0,002% поверхностного фотосинтетически активного излучения проникает на глубину 56 м [36], но этого, вероятно, достаточно для подпитки этих адаптированных к слабому свету аноксигенных фототрофов (например,грамм. [33,67,68]). Тем не менее, их низкая численность (<10% IOB) предполагает, что фототрофное окисление железа имеет относительно небольшое значение в водной толще озера Павин по сравнению с аналогичными железистыми озерами, такими как озера Матано и Ла-Крус, где были описаны многочисленные популяции аноксигенных фототрофов. [32,33]. Это, вероятно, связано с высоким ослаблением света фотосинтезирующими водорослями в поверхностных водах или осаждением твердых частиц железа в оксиклине, поскольку гораздо меньше света проникает ниже оксиклина озера Павин, чем в более глубокое озеро Матано [32,36].

    Хотя по крайней мере одна зеленая серная бактерия (ЗСБ) Chlorobium ferrooxidans способна окислять железо, роль фотоферротрофных ЗСБ в железистых озерах недавно была пересмотрена. Поскольку Chlorobium в озере Матано демонстрируют медленный рост и скорость фиксации С, а также обладают полным набором генов окисления сульфидов, считается, что они существуют в основном за счет удаления едва обнаруживаемых сульфидов [35]. Недавний обзор железистых сред пришел к выводу, что даже там, где фотоферротрофы в изобилии, аноксигенный фотосинтез, управляемый серой, вероятно, затмевает важность окисления железа [34].На основании этих результатов GSB были классифицированы здесь строго как сульфид/сероокисляющие бактерии (SOB). Мы восстановили последовательности, относящиеся к трем родам фототрофных серобактерий: Chlorobium , Chloroflexus и Thiorhodovibrio (рис. 3D). Эти зеленые и фиолетовые серные бактерии были наиболее многочисленны на глубине 5 м ниже оксиклина, где они представляли лишь незначительную долю (<6%) от общего количества последовательностей SOB. Это говорит о том, что хемолитотрофные бактерии, вероятно, являются ключевыми участниками окислительного цикла серы в озере Павин.

    В отличие от предыдущего исследования, в котором Epsilonproteobacteria были доминирующими окислителями серы [43], мы обнаружили, что наиболее распространенным SOB в монимолимнионе был Sulfuritalea , член Betaproteobacteria . Факультативно анаэробный Sulfuritalea может расти на тиосульфате и элементарной сере, но не на сульфиде [69]. Sulfurimonas и Sulfuricurvum , которые могут окислять сульфид, были более распространены на глубине 10 м ниже оксиклина, в соответствии с более высокими концентрациями свободного сульфида на этой глубине.Последовательности, связанные с Magnetococcus , были обнаружены в наибольшем количестве на 5 м ниже оксиклина, где они составляли 8% последовательностей SOB. Было обнаружено, что магнитотактические бактерии семейства Magnetococcaceae хранят большое количество внутриклеточных полифосфатов и, как полагают, играют роль в круговороте фосфора в озере Павин [70]. В целом относительное содержание последовательностей SOB увеличивалось с глубиной от 0,4% на оксиклине до 5,5% на 10 м ниже оксиклина, вероятно, параллельно увеличению концентрации восстановленных соединений серы (рис. 1B, [38]).

    Высокое относительное содержание SOB и SRB, особенно тех, которые способны восстанавливать промежуточные соединения серы, на глубинах, где содержание сульфата уменьшилось до пределов обнаружения, позволяет предположить, что микроорганизмы могут способствовать высокому уровню рециркуляции серы в этом озере с низким содержанием сульфата. Хотя было постулировано, что трехвалентное железо катализирует окисление сульфидов в железистых водах [38, 71], обилие SOB в озере Павин может конкурировать с абиотическими реакциями, потребляющими восстановленные соединения серы. Некоторые SOB даже способны окислять FeS (например,грамм. [72]), что могло бы объяснить лабильный характер коллоидного FeS, обнаруженного вольтамперометрическими измерениями [38], но никогда не наблюдалось непосредственно, т.е. электронной микроскопией [31].

    Специфическое для Fe и S субстратное разнообразие в накопительных культурах

    Для дальнейшего изучения способности бактерий, обнаруженных в монимолимнионе (10 м ниже оксиклина) озера Павин, восстанавливать железо и серу, мы обогатили этими микроорганизмами воду, собранную в сентябре 2016 г., различными минералами Fe, которые преобладают в монимолимнионе. (ферригидрит = Fh, аморфный Fe(III)-фосфат нанометрового размера = FP) или на растворенном Fe (Fe 2 ⁺), с добавлением (10 мМ) или без (<20 мкМ) сульфата и с лактатом в качестве донор электронов (табл. 1).Лактат был обеспечен в концентрации 20 мМ, что намного выше, чем общая концентрация растворенного органического углерода in situ (0,1–0,5 мМ в монимолимнионе [73]), но позволило нам обогатить Fe и S циклирующие бактерии без ограничения содержания углерода в разумных пределах. временные рамки. Эти культуры контролировали на визуальные изменения, свидетельствующие о росте (S1 Fig), перед отбором проб для минералогического анализа и анализа разнообразия. Образование черных осадков в культурах с добавлением сульфата и FP или Fe 2+ (FPLS и FeLS) наблюдали только через 18 дней.Культура с FP и без добавления сульфата (FPL), по-видимому, эволюционировала несколько медленнее, приобретая сначала темно-серый цвет через 49 дней, а затем голубоватый через 68 дней инкубации. Культуры с Fh как с сульфатом, так и без него (FhLS и FhL) становились темно-коричневыми и магнитными примерно через 68 дней.

    Ожидается, что микробное восстановление железа и сульфатов в присутствии минералов трехвалентного железа приведет к высвобождению растворимого Fe и, при наличии избытка сульфида, к одновременному осаждению минералов Fe-S. Концентрации растворенного Fe увеличились в культурах FhL и FhLS с поправками Fh с ~ 0 мМ до 3.5 и 3,8 мМ соответственно (рис. 4А). Напротив, очень мало растворенного Fe было обнаружено в культурах с внесением поправок FP, а концентрации растворенного Fe снизились примерно на 2,8 мМ в культуре FeLS (рис. 4A). В обоих случаях улавливание растворенного Fe может быть связано с осаждением вторичных Fe-фосфатных и/или Fe-S минералов. Осаждение минералов Fe-S согласуется с восстановлением сульфата, измеренным при инкубации с добавлением сульфата. Потребление сульфата несколько варьировалось в зависимости от типа добавляемого железа: примерно 70, 34 и 22% исходного сульфата потреблялось в культурах FPLS, FeLS и FhLS соответственно после 87 дней инкубации (рис. 4B).Это свидетельствует о том, что условно-патогенное сообщество SRB процветает в водной толще озера Павин, несмотря на чрезвычайно низкие концентрации сульфатов. Тем не менее любопытно, что восстановление сульфата в культуре FPLS происходило гораздо быстрее, чем в FhLS и особенно FeLS, где сульфат был единственным акцептором электронов. Одним из возможных объяснений этого является то, что SRB в инкубациях FhLS и FeLS были ограничены в фосфате, ключевом элементе на этапе активации сульфата до APS. Хотя концентрации фосфатов относительно высоки (100–150 мкМ) в водной толще озера Павин [27], растворенный фосфат в культуре FhLS мог удаляться путем адсорбции на добавленном ферригидрите, таким образом становясь недоступным для SRB.С другой стороны, нанометрический FP мог служить чистым источником фосфата во время восстановительного растворения минерала, тем самым способствуя росту SRB.

    Рис. 4. Концентрации растворенного железа и сульфата в накопительных культурах озера Павин.

    (A) Растворенное Fe измеряли в культурах с добавлением различных фаз железа (ферригидрит, Fe(III)-фосфат или Fe 2 ⁺), лактата, а также с добавлением или без добавления сульфата. (B) Потребление сульфата отслеживали в культурах только с добавлением сульфата.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212787.g004

    Минеральные осадки в наших культурах демонстрировали большое разнообразие морфологии, от маленьких угловатых кристаллов, напоминающих макинавит (рис. 5A–5C), до более крупных уплощенных кристаллов, напоминающих вивианита (рис. 5E и 5F). Присутствие микробных клеток, инкрустированных (рис. 5А) или явно связанных с (рис. 5D, 5G и 5H) этими минералами железа, позволяет предположить, что микроорганизмы играют роль в их зародышеобразовании и/или трансформации.

    Рис. 5. СЭМ-изображения морфологически разнообразных минеральных осадков из накопительных культур озера Павин с различными добавками железных фаз.

    Бескислородная вода озера с сентября 2016 г. инкубировалась с Fe 2 ⁺ (A, B), ферригидритом (D, E) и Fe(III)-фосфатом (G, H) с добавлением сульфата и лактата. Соответствующие карты EDX (C, F, I) показывают различия в составе осадков от каждого обогащения. Желтым цветом выделены микробные клетки. Анализы проводили после того, как визуально наблюдалось значительное выделение исходной фазы добавленного железа: FeLS = 18 дней, FPLS = 50 дней, FhLS = 75 дней.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212787.g005

    Дальнейший анализ с помощью XRD показал, что тип минерала, образующегося при каждой инкубации, зависит от добавленного минерала-предшественника железа. В инкубациях с поправками FP вивианит был основным образующимся минеральным продуктом (рис. 6). Некоторые сульфиды железа, такие как макинавит (рис. 6), также образовывались при инкубации с сульфатом (FPLS) и были связаны в основном с поверхностями Fe-фосфатных минералов (рис. 5F). Эти минеральные продукты соответствуют преобладающим Fe(II)-содержащим фазам, наблюдаемым в монимолимнионе озера Павин [31,36,38], что позволяет предположить, что пути восстановления железа в нашей инкубации FP наиболее похожи на те, которые происходят in situ .

    Рис. 6. Рентгенофазовый анализ минеральных продуктов, полученных в накопительных культурах озера Павин с различными добавками фаз железа.

    Бескислородную воду озера инкубировали с Fe 2 ⁺, ферригидритом или аморфным Fe(III)-фосфатом, с сульфатом или без него, и лактатом. Viv: вивианит, Mk: макинавит, Gg: грейгит, Gt: гетит, Mt: магнетит, L: лепидокрокит. Штрихи указывают, где пики высокой интенсивности были усечены. Минералогический анализ был выполнен после того, как визуально наблюдалась значительная эволюция исходной фазы добавленного железа: FeLS = 18 дней, FPL и FPLS = 50 дней, FhL и FhLS = 75 дней.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212787.g006

    При инкубации с Fh минеральные продукты состояли из (оксигидр)оксидов Fe, а именно гетита и магнетита (рис. 5G–5I, рис. 6). Здесь гетит и магнетит, вероятно, образовались в результате адсорбции двухвалентного железа, генерируемого бактериями, поверхностью ферригидрита и последующего растворения/переосаждения гетита или твердофазного превращения в магнетит [74]. В то время как по крайней мере 20% исходного ферригидрита было восстановлено и высвобождено в виде растворенного железа, преобладание минералов трехвалентного железа предполагает, что раннее образование этих менее растворимых, менее реакционноспособных минералов железа могло препятствовать дальнейшему восстановлению железа.Адсорбция фосфатов и органического углерода (например, гуминовых веществ) на (оксигидр)оксидах железа также могла изменить их поверхностную реакционную способность или заблокировать доступ микроорганизмов [75,76]. В совокупности это может объяснить более медленную эволюцию культур с измененным Fh по сравнению с другими методами лечения. Поскольку гетит никогда не был идентифицирован in situ , а магнетит был обнаружен только в форме внутриклеточных биоминералов у магнитотактических бактерий в озере Павин [70], пути восстановления, происходящие в культурах с измененным Fh, вряд ли будут значительными в озеро.

    В культуре FeLS, содержащей добавки Fe 2+ и сульфат, были извлечены хорошо окристаллизованные макинавит и грейгит (рис. 6). Эти Fe-S минералы осаждались в результате реакции микробно-генерированного сульфида с Fe 2+ , что, вероятно, является соответствующим процессом в богатой Fe 2+ зоне сульфатредукции озера Павин, где вода перенасыщена по отношению к макинавиту и грейгит [38]. Присутствие клеток, покрытых минеральной коркой (рис. 5А) в нашей инкубации, предполагает, что SRB усиливал осаждение минералов за счет локализованного образования сульфидов или что поверхности клеток служили шаблонами для зародышеобразования минералов.Кроме того, присутствие лепидокрокита оксигидроксида железа (рис. 6) предполагает, что некоторое окисление железа происходило в условиях восстановления серы, хотя эта фаза трехвалентного железа оказалась относительно незначительной (3%; файл S1). Поскольку наши инкубации проводились в строго бескислородных условиях, возможно, что денитрифицирующие микроорганизмы использовали эндогенный нитрат, присутствующий в концентрациях ~ 5 мкМ на глубине воды, используемой для инкубации [31,77], для окисления Fe 2+ [63] .

    После значительного роста (от 25 до 365 дней, в зависимости от условий культивирования) мы секвенировали бактериальный ген 16S рРНК из каждой из этих накопительных культур.Наши библиотеки ампликонов выявили существенные различия в составе бактериального сообщества в зависимости от условий обогащения, что свидетельствует о высокой степени метаболической специализации для различных субстратов железа и соединений серы. В целом предполагаемые железо- и серовосстанавливающие бактерии были сильно обогащены, составляя 44–91% всех последовательностей, извлеченных из обогащений (рис. 7).

    Рис. 7. Разнообразие железо- и серо-/сульфатредуцирующих культур в накопительных культурах озера Павин с различными фазами Fe.

    Последовательности бактериального гена 16S рРНК, полученные из накопительных культур озера Павин в 2016 г., были классифицированы на основе лучших результатов BLAST, а предполагаемые бактерии, восстанавливающие железо и серу/сульфат, были идентифицированы на основе филогенетической принадлежности к известным восстановителям железа и серы/сульфата. Культуры секвенировали после того, как наблюдали значительную эволюцию исходной добавленной фазы железа: FhL = 360 дней, FPL = 82 дня, FhLS = 55 дней, FPLS = 180 дней, FeLS = 27 дней.

    https://дои.org/10.1371/journal.pone.0212787.g007

    Неожиданно большое количество последовательностей SRB было восстановлено из культур без добавления сульфата, что составляет 26 и 42% последовательностей из культур FhL и FPL, соответственно. Эти последовательности принадлежали главным образом Sulfurospirillum , Caldisericum и Desulfovibrio . Из этих родов только представители Desulfovibrio , как было показано, ферментативно восстанавливают Fe(III) [78]. Однако Desulfovibrio составляли лишь незначительную часть популяции SRB в FPL и не были обнаружены в культурах FhL. Sulfurospirillum и Caldisericum , как известно, не восстанавливают сульфат и, предположительно, процветали на окисленных промежуточных продуктах серы, полученных в результате SOB или катализируемого железом циклирования серы, посредством чего реакция трехвалентного железа с сульфидом регенерирует окисленные промежуточные продукты серы (например, [18]). Поскольку только <0,7% последовательностей, связанных с известным SOB в культуре FPL, катализируемое железом циклирование серы, скорее всего, было преобладающим в этом состоянии. Напротив, до 10% последовательностей в культуре FhL относятся к роду Arcobacter , которые могли осуществлять окисление сульфидов нитратами или нитритами [79], хотя эти соединения не были количественно определены в наших культурах.

    В культурах с добавлением сульфата SRB доминировал в микробном сообществе, за исключением условий с добавлением ферригидрита (FhLS; рис. 7). Низкое количество последовательностей, связанных с SRB, а именно Desulfomonile (5%), в культуре FhLS согласуется с наблюдаемым относительно низким потреблением сульфата (рис. 4B). Еще 9% последовательностей в этой культуре были тесно связаны с редуктором серы Sulfurospirillum . Хотя способность Sulfurospirillum не восстанавливать сульфат, более трети последовательностей в культуре с сульфатом в качестве единственного акцептора электронов (FeLS) относятся к этому роду.Поскольку трехвалентное железо не добавлялось (а лепидокрокит присутствовал в очень низкой пропорции < 5%; файл S1), которое могло бы катализировать окисление сульфида до S 0 , возможно, что Sulfurospirillum выжил на промежуточных продуктах серы, полученных SOB в эта культура. Фактически, было обнаружено несколько факультативно анаэробных SOB, включая Arcobacter , Sulfuricurvum , Sulfuritalea и Sulfurimonas , хотя вместе они составляли менее 0.5% от общего числа восстановленных последовательностей. Большая часть оставшихся последовательностей (51%) в культуре Fe 2+ принадлежала строго анаэробному сульфатредуцирующему Desulfomicrobium , отсутствовавшему в других культурах. В целом интересно, что такие различные сообщества SRB развивались в присутствии различных фаз железа как при низких, так и при высоких концентрациях сульфата. Это показывает, что эти SRB чрезвычайно узкоспециализированы не только в их предпочтениях для различных соединений серы, но также, вероятно, в отношении доноров электронов/источников углерода или химических условий (например,грамм. доступность фосфатов), обеспечивающая сосуществование широкого разнообразия SRB в монолимнионе озера Павин с ограниченным содержанием сульфатов.

    Предполагаемый IRB включал 18 и 10% всех последовательностей, извлеченных из бессульфатной культуры FhL и FPL, соответственно, и был наиболее распространенным (44%) в культуре FhLS с измененным сульфатом. Непонятно, почему добавление сульфата в данном случае способствовало росту ИРБ, но возможно, что соединения серы служили для этих бактерий переносчиками электронов.Высвобождение сравнимых количеств растворенного железа (рис. 4А) вместе с преобладанием IRB в FhL и FhLS (рис. 7) указывает на то, что диссимиляционное восстановление железа в этих условиях было, по крайней мере, столь же важным, как абиотическое восстановление с помощью сульфида. Облигатный восстанавливающий железо Geothrix был наиболее распространенным IRB, обнаруженным в FhLS (28%), а также присутствовал в меньшем количестве (> 3%) в FhL и FPL. Geobacter также были обнаружены в этих культурах, но в гораздо меньшем количестве (< 1%).Ферментативные бактерии Pelosinus , которые обычно доминируют в обогащении, ограниченном акцепторами электронов, с лактатом в качестве основного источника углерода и донора электронов [80,81], и Rhodoferax составляют большую часть оставшихся последовательностей IRB в этих культурах. Эти результаты предполагают, что природа железной подложки, т.е. нерастворимых минералов, обусловивших разнообразие сообщества ИРБ. В то время как перенос электронов на трехвалентное железо Geobacter spp.требует прямого контакта с клеткой [82,83] или с нанопроволоками [84], восстановление железа с помощью Geothrix spp. или ферментативные бактерии, такие как Pelosinus и Rhodoferax , могут быть опосредованы растворимыми переносчиками электронов или ферментами [85,86]. Более того, факультативные восстановители железа получают большую часть своей энергии от ферментации органических субстратов, используя железо только как поглотитель дополнительных электронов [87]. Эти метаболические различия могут также объяснить, почему Geobacter составляют лишь часть общего IRB в водной толще озера Павин (рис. 3A), где их среда обитания, вероятно, ограничена поверхностями частиц трехвалентного железа.

    В целом, некоторые предполагаемые IRB и SRB, идентифицированные в водной толще озера Павин, были успешно обогащены репрезентативными соединениями Fe как с сульфатом, так и без него, что позволяет предположить, что эти бактерии действительно активны in situ . Также представляется, что различные минеральные фазы Fe(III) благоприятствовали росту различных бактериальных сообществ прямо или косвенно (возможно, за счет ограничения доступности фосфатов), и что минеральные продукты в значительной степени зависели от начальной добавленной фазы Fe(III).Поскольку минералогия обогащений, дополненных FP, развивалась так же, как наблюдается в водной толще озера (восстановление FP до вивианита и макинавита), они могут служить модельными системами для понимания механизмов круговорота Fe и S, действующих в озере.

    Leave Comment

    Ваш адрес email не будет опубликован.