Деревья становятся живыми картами рудников: еловые иголки подают сигнал о сокровищах под землёй

Ели, растущие над рудником Киттиля, содержат наночастицы золота — EM

Небольшие участки леса могут скрывать процессы, способные изменить подход к поиску редких металлов и переосмыслить взаимодействие растений с окружающей средой. На севере Финляндии исследователи обнаружили в хвое еловых игл частицы золота, связанные с активностью микробов, живущих внутри древесной ткани. Это открытие указывает на неожиданную химическую динамику между растением и его микробиомом и открывает путь к более экологичным методам поиска металлов. Об этом сообщает журнал Environmental Microbiome (EM).

Внутренние микробы и неожиданные свойства ели

Учёные давно знают, что растения способны поглощать металлы из почвы, однако участие микробов в этом процессе долгое время оставалось недооценённым. На северных территориях, где суровые условия формируют уникальные экосистемы, микробы могут выполнять гораздо более сложные функции, чем предполагалось. Некоторые аспекты взаимодействия биологии и климата в подобных регионах уже обсуждаются в исследованиях о том, как арктические микробы влияют на химические процессы, и новое открытие становится логичным продолжением этих наблюдений.

Исследователи обнаружили, что внутри хвои ели встречаются наночастицы золота, расположенные рядом с бактериальными биоплёнками. Это тонкая липкая структура, в которой микробы живут колониями и создают условия, отличные от химического состава остальной части растения.

"Наши результаты показывают, что бактерии и другие микроорганизмы, живущие внутри растений, могут влиять на накопление золота в деревьях", — говорит научный сотрудник Кайса Лехосмаа из Университета Оулу, Финляндия.

Факт присутствия металла внутри живой ткани заставил ученых пересмотреть традиционный взгляд на поглощение элементов. В то время как корни втягивают растворимые ионы из почвы, дальнейшая трансформация может происходить именно благодаря микробам, адаптирующим химическую среду под свои потребности.

Как золото путешествует через почву и появляется в древесной ткани

Золото обычно находится в земле в форме ионов, возникающих в результате окисления пород и активности почвенных бактерий. Эти ионы растворяются в воде и вместе с ней поднимаются в корни растений. Геологи давно используют методы биогеохимической разведки, позволяющие обнаруживать следы металлов в листьях и хвое как показатель скрытых под землей месторождений. Подобная логика применяется и в других регионах мира, где ресурсы могут быть скрыты под трудно доступными почвенными слоями, что напоминает исследования о том, как климатические изменения могли влиять на древние цивилизации, например на упадок Индской культуры.

В Финляндии исследование было проведено над известным месторождением золота в Лапландии, где условия для миграции ионов особенно благоприятны. Команда собрала 138 образцов хвои и провела анализ с использованием электронной микроскопии. Сигнал, соответствующий золоту, был обнаружен в четырёх деревьях, а местоположение частиц совпадало с участками, где находились бактериальные колонии.

Параллельно учёные секвенировали ДНК микроорганизмов, чтобы понять, какие виды связаны с такими участками. Среди них оказались таксоны, которые в других работах также упоминались как участники процессов минерализации.

"Подобные биогеохимические методы уже использовались при разведке полезных ископаемых, но это новое исследование расширяет наши представления о том, что на самом деле происходит в этом процессе", — объясняет профессор Маарит Миддлтон из Геологической службы Финляндии.

Как микробы превращают растворимое золото в твёрдые частицы

Золото может перемещаться по растению в жидкой форме, но для образования наночастиц требуется изменение химической среды. Микробы внутри хвои создают условия, при которых растворённое золото осаждается. Внутри биоплёнки концентрации веществ отличаются от остальных клеток растения: уровень кислорода ниже, а продукты жизнедеятельности микробов влияют на кислотность.

Растения, в свою очередь, стремятся изолировать металлы, чтобы защитить основные процессы фотосинтеза и обмена веществ. Получается своеобразное партнёрство: дерево обеспечивает микробов структурой и питательными веществами, а микробы создают условия для образования частиц.

"Наше недавнее исследование предоставило предварительные данные о том, как золото попадает в побеги растений и как наночастицы золота могут образовываться внутри иголок", — говорит доктор Лехосмаа.

Этот процесс не фиксируется напрямую, поэтому для установления точной последовательности учёные планируют экспериментальные работы, которые позволят наблюдать трансформацию золота в реальном времени. Такие данные помогут создать проверяемые модели, описывающие движение металлов в древесной ткани.

Микробиологические отпечатки и их значение

Не все деревья оказались богаты золотом, что объясняется особенностями водопроводящей системы хвои и различиями микробиома даже внутри одного растения. На иголках с золотом бактерий было меньше видов, но чаще встречались специфические группы, связанные с процессами минерализации.

Совместное расположение золота, биоплёнок и бактерий не доказывает причинно-следственную связь, но создаёт убедительные аргументы в пользу участия микробов. Чтобы перевести это предположение в твёрдую научную модель, требуются наблюдения с высокой временной точностью.

Значение открытия для добычи металлов

Биогеохимия уже используется для поиска рудных тел, но основной новизной работы стало изучение микробиоты растений, а не только химического состава листьев. Если определённые микробные группы будут обнаруживаться преимущественно в местах с золотоносными структурами, это позволит значительно сократить число пробных бурений.

Подход не заменяет классические методы разведки, но делает их более избирательными, что особенно важно в экологически уязвимых районах. Кроме того, биоплёнки и ткани растений могут использоваться для очистки воды, содержащей растворённые металлы. Мхи и водные растения уже применяются в подобных системах, однако лучшее понимание механизма осаждения металлов откроет путь к созданию более эффективных биофильтров.

"Металлы могут, например, выпадать в осадок в тканях мха. Изучение биоминерализации также позволяет нам понять, как бактерии и микробы, живущие в водных мхах, могут способствовать удалению металлов из воды", — отмечает доктор Лехосмаа.

Сравнение: биогеохимическая разведка vs. традиционные методы

Современные методы поиска полезных ископаемых включают геофизику, анализ почв и бурение. Биогеохимическая разведка, основанная на изучении растений и их микробиома, дополняет эти подходы благодаря нескольким особенностям. Она позволяет получать данные там, где классические методы ограничены, например в зонах с трудным рельефом. Однако биогеохимия зависит от сезонных изменений, типа почвы и структуры корневых систем, что ограничивает её универсальность.

Плюсы и минусы биоминерализации

Плюсы:
• позволяет обнаруживать металлы без глубокого вмешательства в почву;
• снижает экологический ущерб;
• помогает изучать химические процессы в растениях;
• может использоваться для очистки воды от загрязнений.

Минусы:
• подтверждение процессов требует сложных лабораторных исследований;
• высокая вариативность микробиома;
• не всегда однозначные результаты;
• необходимость сочетания с классическими методами разведки.