Mikrodomény ve sladkovodním sedimentu jako řídící faktor biogeochemických procesů

Abstract

Na přirozené arsenové anomálii v Mokrsku dochází k bioprecipitaci realgaru (As4S4) v potočním sedimentu. Rozsah tohoto jevu je světově ojedinělý. Předcházející práce prokázala schopnost mikroorganismů uvolňovat arsen z pevných fází do roztoku a také jejich schopnost respirativní redukcí produkovat sulfidickou síru a i trojmocný arsen, tedy prekurzory realgaru. Zároveň ale vyvstaly zásadní otázky ohledně mechanismu rážení realgaru, neboť se nikdy nepodařilo naměřit chemicko-fyzikální podmínky, které by jeho krystalizaci umožňovaly. Pro pochopení funkce systému byly chemicky a mikrobiologicky analyzovány půdní profily do hloubky cca 120 cm. Tento rozsah zahrnuje oblast kolísání hladiny spodní vody. Podařilo se nám rozeznat šest odlišných domén, které reprezentují prostředí od povrchové půdy po anoxický sediment obsahující dřevo inkrustované realgarem. Srovnání fylogenetické disimilarity ukázalo, že komunity domén tvoří navzájem převážně distinktní klastry, což svědčí o rozdílných podmínkách a procesech, které zde probíhají. Inkubační (mikrokosmové) experimenty ukázaly, že bioprecipitace realgaru in vitro je možná a vyžaduje omezení mikrobiální aktivity v roztoku a jeho striktní lokalizaci do dřevní hmoty či na její povrch. Pokud je nám známo, je tato práce vůbec prvním případem úspěšného biogenního...

A natural arsenic anomaly at Mokrsko is a site of biogenic precipitation of realgar (As4S4) in stream sediment. The extent of the phenomenon in Mokrsko is globally unique. A previous study showed the ability of microorganisms to solubilize arsenic from its secondary minerals and to produce realgar precursors, i.e. sulfides and arsenites, by anaerobic respiration. The study also raised questions about the mechanism of realgar precipitation since physicochemical conditions favoring this reaction were never detected despite significant sampling efforts. We chemically and microbiologically analyzed sedimentary profiles to the depth of ca. 120 cm in order to understand the functioning of the biogeochemical system. The profiles comprised both the unsaturated and the saturated zone. We distinguished six different domains representing environments from the surface soil to anoxic sedimnent containing realgar-encrusted wood. An analysis of phylogenetic dissimilarity revealed that microbial communities from the various domains form distinct clusters. This suggests that different conditions prevail in the various domains, and that different biogeochemical processes take place there. Incubation (microcosm) experiments showed that bioprecipitation of realgar can be conducted in vitro. It requires a suppression...