O Xρυσός μπορεί να φυτρώσει στα…δέντρα – Αποκαλυπτική μελέτη που αλλάζει τα δεδομένα

 

Ορισμένα φυτά δεν φωτοσυνθέτουν απλώς – αλλά παράγουν και χρυσό. Σ’ ένα δάσος (τάιγκα) της Βόρειας Φινλανδίας, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μικροσκοπικά σωματίδια χρυσού μέσα στις βελόνες ερυθρελάτης, ενός είδους αειθαλούς κωνοφόρου δέντρου.

Φυτά όπως η ερυθρελάτη (Norway spruce) είναι ξενιστές μικροσκοπικών μικροβίων που μεταβάλλουν τη χημεία στο εσωτερικό των φύλλων και των βελόνων τους, με τρόπους που η επιστήμη μόλις έχει αρχίσει να καταλαβαίνει.

Για πρώτη φορά, επιστήμονες συνέδεσαν τα βακτήρια που ζουν στο εσωτερικό από τις βελόνες της ερυθρελάτης με τον σχηματισμό νανοσωματιδίων χρυσού. «Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι τα βακτήρια και άλλοι μικροοργανισμοί που ζουν μέσα στα φυτά μπορεί να επηρεάζουν τη συσσώρευση χρυσού στα δέντρα», εξηγεί η μεταδιδακτορική ερευνήτρια Kaisa Lehosmaa από το Πανεπιστήμιο Oulu, στη Φινλανδία.

Το εύρημα αυτό ανοίγει τον δρόμο για πιο “πράσινες” μεθόδους αναζήτησης χρυσού, ενώ παρόμοιες μικροβιακές διεργασίες σε βρύα ίσως βοηθήσουν στην απομάκρυνση μετάλλων από νερά που έχουν επηρεαστεί από μεταλλευτικές δραστηριότητες.

Δημιουργούν τα μικρόβια χρυσό στα δέντρα;

Το βασικό ερώτημα είναι απλό: Συνδέονται τα μικρόβια που ζουν μέσα στις βελόνες της ερυθρελάτης με την παρουσία νανοσωματιδίων χρυσού; Αν ναι, τι σημαίνει αυτό για τα φυτά, τα μικρόβια και τον τρόπο που αναζητούμε ορυκτών; Στους γεωλόγους είναι γνωστό πως τα ορυκτά κοιτάσματα αποβάλλουν ιόντα, καθώς τα πετρώματα οξειδώνονται και τα βακτήρια αρχίζουν να δρουν.

Αυτά τα ιόντα μετακινούνται προς την επιφάνεια του εδάφους, όπου τα φυτά απορροφούν νερό και θρεπτικά συστατικά – μαζί και μέταλλα. Με ευαίσθητα όργανα, είναι δυνατόν να εντοπιστούν αυτά τα μέταλλα στα φυτά ή ακόμα και στο χιόνι.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Oulu και την Γεωλογική Υπηρεσία της Φινλανδίας (GTK) επικεντρώθηκαν σε δέντρα που αναπτύσσονται πάνω από γνωστό κοίτασμα χρυσού στη Λαπωνία, σε ένα δορυφορικό κοίτασμα ορυκτών του χρυσωρυχείου Kittilä.

Αυτό το περιβάλλον αυξάνει τις πιθανότητες μικροσκοπικές ποσότητες χρυσού να μετακινούνται μέσω του νερού του εδάφους προς τις ρίζες και στη συνέχεια προς τις βελόνες.  «Τέτοιες βιογεωχημικές μέθοδοι έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί στην εξερεύνηση ορυκτών, αλλά αυτή η νέα έρευνα βελτιώνει την κατανόησή μας για το τι συμβαίνει πραγματικά κατά τη διαδικασία», εξηγεί η ερευνήτρια Maarit Middleton, καθηγήτρια στο GTK.

Βελόνες δέντρων και σωματίδια χρυσού

Η ομάδα συγκέντρωσε 138 δείγματα από βελόνες από 23 ερυθρελάτες και τα χώρισε σε δύο κατηγορίες ανάλυσης. Στην μία κατηγορία , οι ερευνητές έψαχναν νανοσωματίδια χρυσού με τη χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης πεδίου σε συνδυασμό με φασματοσκοπία Ακτίνων-Χ Ενεργειακής Διασποράς (EDS). Ένα φωτεινό, πυκνό σημείο που αντιστοιχεί στο σήμα του χρυσού στις ακτίνες Χ λογιζόταν ως επιβεβαιωμένο σωματίδιο.

Η δεύτερη κατηγορία ανέλυσε τη γονιδιακή ακολουθία του δείκτη 16S rRNA, προκειμένου να χαρτογραφήσει τα βακτήρια που ζουν μέσα στις βελόνες.  Σε τέσσερα δέντρα, εντοπίστηκαν νανοσωματίδια χρυσού μέσα στις βελόνες. Όπου υπήρχε χρυσός, τα σωματίδια βρίσκονταν συχνά κοντά σε συστάδες βακτηριακών κυττάρων ενσωματωμένες σε βιοφίλμ — την προστατευτική, κολλώδη επίστρωση που δημιουργούν τα βακτήρια για να ζουν σε κοινότητες.

Μικροβιακά αποτυπώματα

Η ανάλυση DNA των βιοφίλμ αποκάλυψε συγκεκριμένες ομάδες βακτηρίων που συνδέονται με τις βελόνες που περιείχαν χρυσό. Βακτηριακές ομάδες όπως τα P3OB-42, Cutibacterium και Corynebacterium βρέθηκαν πιο συχνά στις βελόνες με επιβεβαιωμένα σωματίδια χρυσού.

«Αυτό υποδηλώνει ότι αυτά τα συγκεκριμένα βακτήρια που σχετίζονται με την ερυθρελάτη μπορούν να βοηθήσουν στη μετατροπή του διαλυτού χρυσού σε στερεά σωματίδια μέσα στις βελόνες», εξηγεί η δρ. Lehosmaa.
«Αυτή η γνώση είναι πολύτιμη, γιατί ο εντοπισμός τέτοιων βακτηρίων στα φύλλα των φυτών θα μπορούσε να διευκολύνει την αναζήτηση κοιτασμάτων χρυσού.»

Πώς τα μικρόβια στα δέντρα δημιουργούν χρυσό

Ο χρυσός μέσα στο έδαφος μπορεί να κινηθεί σε διαλυτή, μορφή ιόντων μέσω του νερού. Μέσα σε μια βελόνα, τα μικροπεριβάλλοντα που δημιουργούνται από τα βιοφίλμ μπορούν να αλλάξουν τη τοπική χημεία, μεταβάλλοντας τις συνθήκες έτσι ώστε ο διαλυμένος χρυσός να γίνεται λιγότερο διαλυτός και να αρχίζει να σχηματίζει έτσι μικροσκοπικά σωματίδια.

Συχνά, τα φυτά, απομονώνουν τα μέταλλα ώστε να πραγματοποιούνται ανεμπόδιστα οι ζωτικές διεργασίες. Τα μικρόβια, από την άλλη, επωφελούνται από την προστασία που προσφέρει το βιοφίλμ και μπορεί, στην πορεία να δεσμεύουν ιχνοστοιχεία.

«Η πρόσφατη έρευνά μας παρέχει προκαταρκτικές αποδείξεις για το πώς ο χρυσός μετακινείται προς τους βλαστούς των φυτών και πώς μπορούν να σχηματιστούν νανοσωματίδια χρυσού μέσα στις βελόνες,» εξηγεί η δρ. Lehosmaa.

«Στο έδαφος, ο χρυσός υπάρχει σε διαλυτή, υγρή μορφή. Μεταφερόμενος από το νερό, εισχωρεί στις βελόνες της ερυθρελάτης. Εκεί, τα μικρόβια του δέντρου μπορούν να κατακρημνίσουν αυτόν τον διαλυτό χρυσό, μετατρέποντάς τον ξανά σε στερεά, νανοσωματίδια.»

Αποκρυπτογραφώντας τα μοτίβα

Δεν περιείχαν όλα τα δέντρα χρυσά νανοσωματίδια – κάτι απολύτως λογικό. Τα δέντρα αξιοποιούν διαφορετικούς υδροφόρους ορίζοντες και το μικροβίωμά τους διαφοροποιείται από κλαδί σε κλαδί.

Οι βελόνες με τον περισσότερο χρυσό, τείνουν να φιλοξενούν λιγότερους τύπους βακτηρίων, αλλά συνολικά, οι μικροβιακές κοινότητες δεν διαχωρίζονταν σε δύο εντελώς ξεχωριστές ομάδες. Ορισμένες «ενδεικτικές» ομάδες ήταν πιο συχνές στο περιβάλλον όπου είχε ανιχνευτεί χρυσός.

Η συνύπαρξη των χρυσών κηλίδων , των βακτηριακών κυττάρων και των βιοφίλμ υποδηλώνει την μικροβιακή εμπλοκή, αλλά δεν αποτελεί μια ζωντανή απεικόνιση ενός μεμονωμένου βακτηρίου που μειώνει τον χρυσό σε πραγματικό χρόνο.

Η ακριβής σχέση αιτίας–αποτελέσματος αυτής της διεργασίας θα απαιτήσει στοχευμένα πειράματα που παρακολουθούν τη μετατροπή βήμα-βήμα.

Συνέπειες της μελέτης

Βιογεωχημικοί ερευνητές ήδη λαμβάνουν δείγματα φυτών για να εντοπίσουν τι υπάρχει κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Η νέα διάσταση είναι η μικροβιακή προσέγγιση μέσα στα φύλλα και τις βελόνες.

Αν συγκεκριμένα μικρόβια συνδέονται με σωματίδια χρυσού, η ανίχνευση αυτών των βακτηρίων θα μπορούσε να βελτιώσει τις φυτο-βασισμένες έρευνες. Αυτό σημαίνει λιγότερες τυφλές γεωτρήσεις, μικρότερη όχληση στο περιβάλλον και μεγαλύτερες πιθανότητες να βρεθούν οι σωστοί στόχοι.

Η προσέγγιση αυτή δεν αντικαθιστά τη γεωφυσική ή την παραδοσιακή γεωχημεία, αλλά προσθέτει ένα ακόμη επίπεδο αποδεικτικών στοιχείων. Σε περιοχές όπου η πρόσβαση είναι δύσκολη ή τα περιβαλλοντικά ζητήματα κρίσιμα, αυτό το επιπλέον στοιχείο μπορεί να αποδειχθεί πολύτιμο.

Η ίδια βιολογία που καθορίζει τη συσσώρευση μετάλλων στις βελόνες μπορεί να βοηθήσει και στην απομάκρυνση μετάλλων από το νερό. Τα υδρόβια φυτά και τα μικρόβιά τους βρίσκονται στην πρώτη γραμμή της έκθεσης σε μέταλλα σε ρυάκια κοντά σε ορυχεία.

Αν τα βιοφίλμ και οι φυτικοί ιστοί ωθούν τα διαλυμένα μέταλλα να σχηματίσουν σωματίδια, αυτή η χημεία θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε συστήματα επεξεργασίας νερού.

«Τα μέταλλα μπορούν, για παράδειγμα, να κατακρημνιστούν μέσα στους ιστούς των βρύων. Η μελέτη της βιομεταλλοποίησης μας επιτρέπει επίσης να διερευνήσουμε πώς τα βακτήρια και τα μικρόβια που ζουν σε υδρόβια βρύα μπορούν να βοηθήσουν στην απομάκρυνση μετάλλων από το νερό», περιγράφει η δρ. Lehosmaa για μια άλλη υπό εξέλιξη μελέτη.

Ανάγκη για περισσότερες απαντήσεις

Τα φυτά είναι holobionts – ομάδες που αποτελούνται από τον ξενιστή και τους μικροοργανισμούς του. Οι συνεργάτες αυτοί, καθοδηγούν το πώς κινούνται τα θρεπτικά συστατικά και τα ιχνοστοιχεία, πώς αντιμετωπίζεται η καταπόνηση και, σε περιπτώσεις όπως αυτή, πώς σχηματίζονται τα μέταλλα μέσα στους ιστούς.

Στις ερυθρελάτες της Λαπωνίας, τα μικρόβια φαίνεται να βοηθούν στον εγκλωβισμό μικροσκοπικών τεμαχίων χρυσού σε μια ασφαλή, στερεή μορφή.  Αυτό το μικροσκοπικό εύρημα μέσα στη βελόνα παρέχει ενδείξεις τόσο για τη γεωλογική σύνθεση του υπεδάφους όσο και για πιθανά πρακτικά εργαλεία που θα μπορούσαμε να εφαρμόσουμε στην επιφάνεια.

Καθοριστικής σημασίας θα είναι οι άμεσες, χρονικά καθορισμένες δοκιμές. Αν δείξουμε μικροοργανισμούς να παίρνουν διαλυτό χρυσό και να σχηματίζουν νανοσωματίδια υπό ελεγχόμενες συνθήκες, η υπόθεση θα ενισχυθεί.

Νέες μελέτες θα πρέπει να πραγματοποιηθούν σε περισσότερα δέντρα, εκτός από την ερυθρελάτη και σε σε ένα σύνολο φυτών σε διάφορα κοιτάσματα και τύπους πετρωμάτων. Οι επιστήμονες θα παρακολουθήσουν τις εποχές, θα χαρτογραφήσουν τις διαδρομές των υπόγειων υδάτων, και στη συνέχεια θα συνδέσουν τα μικροβιακά αποτυπώματα με τα σήματα του χρυσού, με τρόπο που θα μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι ομάδες έρευνας.

Έτσι λειτουργεί η επιστήμη — ακολουθείς μια σαφή πορεία από την προσεκτική παρατήρηση σε μια αξιόπιστη μέθοδο.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, το μονοπάτι περνά από ένα σημείο που παρέμενε για πολύ καιρό στην αφάνεια: Τις μικρές γειτονιές όπου τα κύτταρα του φυτού και τα μικροβιακά βιοφιλμ, διαμορφώνουν τους κανόνες της χημείας.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Environmental Microbiome.