PREZENTACJA Biofilmy w Jaskiniach

BIOFILMY W JASKINIACH

A…MKat

Biotechnology

Free Template from www.brainybetty.com 2

Plan prezentacji• Biofilm: podstawowe pojęcia

• Jaskinie:

- pochodzenie i typy

- osady jaskiniowe

- klimat jaskiń

• Mikroorganizmy w jaskiniach

BiofilmJaskinia


Biofilm• Błony biologiczne (biofilmy) stanowią

trójwymiarowe kolonie mikroorganizmów, które zawarte są w macierzy zewnatrzkomórkowych polimerów (egzopolisacharydów).

• Drobnoustroje wykazują zdolność adhezji do powierzchni stałych, jak również do siebie nawzajem.

• Na procesy tworzenia się biofilmu składają się:

- adhezja- wiązanie- kolonizacja

Staphylococcus aureus biofilm


5 etapów powstawania biofilmu:1. początkowe przywiązanie; 2. nieodwracalne przywiązanie; 3. dojrzewanie I; 4. dojrzewanie II; 5. rozproszenie.

Każdemu etapowi powstawania biofilmu na schemacie odpowiada mikrofotografia powstającego biofilmu P. aeruginosa.

Wszystkie mikrofotografie są przedstawione w tej samej skali.


Przykład bakterii morskich, które mają zdecydowaną tendencję do przylegania do podłoża: powstanie mikrokoloni i błon biologicznych.


Błona biologiczna składająca się z mieszaniny drobnoustrojów.

Duże znaczenie ekologiczne ma właściwość drobnoustrojów wodnych i glebowych do przylegania do ciał stałych. Wykazują one tendencje do adsorpcji na granicy dwóch faz:

ciało stałe – cieczciecz – gaz.

Zjawisko to określa się jako tigmotaksję.


Błony biologiczne są bardzo złożonymi ekosystemami biologicznymi mogącymi składać się z :– konsorcjum bakterii, glonów, i

pobierających pokarm pierwotniaków oraz grzybów.

Stanowią one często bardzo niejednorodną mikroflorę i mikrofaunę.

Drobnoustroje wchodzą w skład biofilmu wypracowały sobie specyficzne strategie przetrwania.

Bacillus subtilis

Glony nitkowate

Candida spp.


W biofilmie można wyróżnić warstwy (od podłoża do powierzchni):

• ciecz

• błona powierzchniowa

• podstawowa błona biologiczna

• podłoże.


Warunki, które mają wpływ na wytworzenie się biofilmu:

– temperatura (otoczenia i panująca w samej błonie);

– ustalone warunki hydrodynamiczne;

– dostępność pokarmu;

– charakterystyka podłoża;

– pH.


Jaskinie

• Jaskinia – naturalna pusta przestrzeń, rodzaj próżni, w skale o rozmiarach umożliwiających jej penetrację przez człowieka.

• Najliczniejsze są jaskinie:– krasowe,

– grawitacyjne,

– tektoniczne,

– lodowcowe,

– wietrzeniowo-erozyjne,

– pseudokrasowe.Jaskinia Niedźwiedzia w Kletnie


Jaskinia Ostrężnicka

Osady zwane namuliskiem zawierają cenny materiał

mineralny i organiczny np. kości zwierząt czy ślady

pobytu człowieka prehistorycznego.


• Osady organiczne powstają w następstwie działalności organizmów żywych, zamieszkujących jaskinie, wykorzystywania jaskiń przez człowieka, a także przenoszenia różnych pozostałości bezpośrednio do jaskiń.

• W jaskiniach panują specyficzne warunki klimatyczne(mikroklimat).

Temperatura, wilgotność, ruch powietrza oraz jego skład gazowy są zależne głównie od morfologii jaskini.


Mikroorganizmy w jaskiniach• Jaskinie stanowią osobliwe środowisko życia dla

organizmów. Przejawia się ono w braku światła, stosunkowo ograniczonej przestrzeni życiowej oraz stabilności warunków klimatycznych, a mimo to jaskinie są nasycone życiem.

• Stanowią one nisze ekologiczna dla wielu gatunków zwierząt. Występują głównie:

– ryby,

– owady,

– rośliny,

– grzyby,

– wodorosty,

– bakterie.


• Świat bakterii jest w jaskiniach słabo zbadany. Pewne jest, iż jest on bardzo różnorodny, a same bakterie odgrywają dużą rolę we wszystkich procesach biochemicznych i geochemicznych.

• Jednak wiele bakterii jest przystosowanych do życia w górotworze, w którym tlen jest zazwyczaj nieobecny (np. warunków beztlenowych). Te wykorzystują inne typy oddychania, najczęściej redukcji azotanów lub utlenionych form żelaza i manganu lub siarczanów. Wszystkie te bakterie są heterotrofami, czyli wymagają organicznego podłoża do oddychania, wzrost i podział komórek. Inne bakterie , chemotroficzne, mogą uzyskać energię z utleniania związków nieorganicznych substratów, takich jak siarkowodór i metan. Niektóre bakterie są autotroficzne, mające możliwość konwersji nieorganicznych form węgla (takich jak dwutlenek węgla czy wodorowęglan rozpuszczony w krasowych wodach podziemnych) do węgla organicznego, niezbędnego do wzrostu komórek.

• Zakres środowiska naturalnego w jaskiniach dostępnego dla bakterii, jest ogromny. Ich działalność została określona na głębokości kilkuset metrów, głęboko w osadach zbiorników wewnątrz jaskiń.

• Aktywność drobnoustrojów ma kluczowe znaczenie dla powstania i rozwoju większości jaskiń wapiennych. Dwutlenek węgla, niszczący skały wapienne, pochodzi głównie z oddychanie mikroorganizmów glebowych (i korzeni roślin). Atmosfera zawiera jedynie 0,035% CO2, Wpływ bakterii glebowych w tym zakresie wynika z podziału największych fragmentów jaskini wapiennych (w tropikach, gdzie cieplejsze gleby są bardziej wydajne) na zróżnicowane sezonowo „partie” jaskiń krasowych, chemizm wiosennych wód strefy umiarkowanej, ze względu na różną sezonową aktywność drobnoustrojów glebowych.

• W osadach jaskini, aktywność drobnoustrojów wykazano przy rozkładzie materii organicznej w osadach detrytusowych, wymytych z systemu jaskiń . Organizmy te są podobne do występujących w gruntach, jak również są to populacje bakterii prawdopodobnie wprowadzonych w osady powierzchniowe z „zewnątrz” . Te mikroby są ważne z powodu ich zdolności do rozkładania złożonych powierzchni na bazie materiałów organicznych w osadzie, a tym samym stanowią podstawę podziemnych łańcuchów pokarmowych.


• Redukcja i utlenianie azotu pochodzącego ze złóż azotanów w jaskiniach. Źródłem azotu może być miejscowe guano lub jony amonu wypłukane przez perkolacje z poziomów glebowych pokrywających jaskinie . Wykazano obecność bakterii, takich jak Nitrosomonas spp., Nitrobacter spp.

• Żelazo i mangan najczęściej podlegają reakcjom redox w środowisku naturalnym, które mogą być mikrobiologicznie pośredniczone. Większość żelaza i manganu znajdujacych się w jaskiniach powstało w wyniku mikrobiologicznego utleniania rozpuszczalnych form Mn (II) i Fe (II), napływających z wodą do osadu nierozpuszczalnych form Mn (IV) i Fe (III) w wodorotlenkach. Mikroorganizmy, zdolne do takich reakcji, stwierdzono również w złożach gliny w jaskiniach.

• System drobnoustrojów, który otrzymał największą uwagę w krasowych jaskiniach stanowią redukujące i utleniające siarkę gatunki. Stabilne gatunki w warunkach powierzchni ziemi wykorzystują siarczan, ale w warunkach beztlenowych szeroki zakres drobnoustrojów jest w stanie uzyskać energię za pomocą siarczanu do utleniania substancji organicznych (oddychanie beztlenowe), zwykle redukując siarczan do siarkowodoru. Ten proces został udokumentowany dla jaskiń z kilku środowisk. Większe zróżnicowanie badań opisuje utlenianie w strefie krasowej poziomów wodonośnych, gdzie siarkowodór może być utleniony. Reakcja ta stanowi bardzo ważne źródło energii i ponownie, wiele bakterii utleniających siarkę jest przystosowanych do korzystania z niego. Oksydacyjna część tego cyklu ma również zdolność do wytwarzania kwasów, które mogą być zaangażowane w rozwój znaczącej wtórnej porowatości materiału skalnego i rozwój jaskini. Jednym z przykładów jest Cueva de Villa Luz, Meksyk. Szczególnie ciekawym przypadkiem jest odkrycie wcześniej zamkniętego systemu jaskiń w Rumunii Movile Cav, gdzie stworzył się cały ekosystem, w oparciu o chemoautotrficzne drobnoustroje tworzące „maty”. Maty te zdobywają energię przez utlenianie siarkowodoru z wód termalnych i mogą przyczynić się do wzrostu węgla nieorganicznego. Ten ekosystem został całkowicie pod ziemią, jest całkowicie niezależny od powierzchniowych produktów fotosyntezy materii organicznej.


• Snottites są koloniami jednokomórkowych ekstremofilnych bakterii. Zwisają one ze ścian i sufitów jaskiń i są podobne do małych stalaktytów, jednak w konsystencji są bardziej śluzowate.

• Bakterie czerpią energię z chemosyntezy związków siarki, w tym H2S i ciepłego roztworu wody kapiącej z góry, w celu produkcji kwasu siarkowego. Z tego powodu kapiący z nich roztwór jest bardzo kwaśny (pH zbliża = 0), posiadający właściwości podobne do kwasu akumulatorowego (kwasu siarkowego)

• Snottites oraz inne organizmy, niedawno zwróciły uwagę naukowców badających toksyczne środowisko siarkowych jaskiń Cueva de Villa Luz Tabasco znajdujących się w Meksyku.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9d/Snottite.jpg


Jaskinia Frasassi we Włoszech

• Biofilmy, które są określane jako “snottites” tworzą się w wyjątkowo kwaśnym środowisku (pH 0-1), w jaskiniach bogatych w siarkę. Formują się one, przede wszytskim, na ścianach jaskiń w wyniku utleniania siarki, przez acidofile utylizujące H2S( g ), znajdujący się w atmosferze jaskiń.

• Badanie próbek zebranych w jaskini pozwoliło ustalić, że jej środowisko zdominowane jest przez Acidithiobacillus thiooxidans, w mniejszym stopniu przez Thermoplasmatales i bakterie Acidimicrobium. Taksony rzadko obejmują grzyby pleśniowe czy też protisty.

• Analiza genomu Acidithiobacillus wykazała ich zdolność utleniania siarki i ścieżkę zapisu węgla, jak również mechanizmy absorpcji azotu i fosforu. Szczepy wyizolowanych autotroficznych Acidithiobacillus , korzystających z tiosiarczanu i siarki elementarnej potwierdzają, że gatunki te są producentami surowców, obniżających wartość pH poniżej wartości 0,2, i wydalających zewnątrzkomórkowe polimery. Biofilm strumieni był zdominowany przez nitkowate γ-proteobacteria z rodzaju Beggiatoa, jak i Thiothrix o podobnych komórkach, zawierających liczne fragmenty siarki.




Jaskinia Blowing Cave


Próbka z nalotu wewnątrz Blowing Cave filtrowana przez membranę 0,45 mikronów,

inkubowana przez 5 dni w temperaturze 20 stopni C.


Bakterie pigmentowe: płytka z bliska, różowe kolonie na lewo i obok

zielonych kolonii glonów, które znajdują się w środku.


Płytka z bliska, jest to kolonia, która rozciąga się wokół glonów i krawędzi płytki.

Widocznych jest wiele niepigmentujących bakterii, występujących na przemian z glonami.


Jaskinia Meacham Cave



Jaskinia Lechuguilla Cave



Źródła

Pulina M., Andejczuk W.: Wielka Encyklopedia Geografii Świata ,t. XVII: Kras i jaskinie

Szewczyk R.: Polska: fascynujący świat podziemi

Ciężkowski W.: Jaskinia Niedźwiedzia w Kletnie

(red) Zyska B., Żakowska Z.: Mikrobiologia materiałów

Vlasceanu L., Sarbu S.: Acidic Cave-Wall Biofilms Located in the Frasassi Gorge, Italy

Meyer K.: Microbiology and Geochemistry of Acidic Cave Biofilms in the Frasassi Caves, Italy

Messer A.: Snottites, other biofilms hasten cave formation

Northup D., Lavoie K.: MICROBES IN CAVES


Ilustracje

• Bacillus subtilishttp://micro.org.pl/lib/exe/detail.php/grupa8:life-bacillus-subtilis-bg.jpg?id=grupa8%3Aindex&cache=cache

• Glony nitkowatehttp://www.holendry.republika.pl/img/glony_nitkowate_m.jpg

• Candida spp.http://www.doctorfungus.org/mycoses/images/koh_thrush_c_albicans.jpg

• Jaskinia Niedźwiedzia w Kletniehttp://www.stronie.pl/turystyka/jaskinia.jpeg

• Jaskinia Ostrężnicka http://janow.pl/fotki/ostreznicka02.jpg

• Biofilmhttp://www.pitt.edu/~biohome/Dept/Img/graphics/hatfull/biofilm.jpg

• Jaskiniahttp://www.sktj.pl/epimenides/prv/fras1p.jpg

• Staphylococcus aureus biofilmhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e4/Staphylococcus_aureus_biofilm_01.jpg

• Catheter biofilmhttp://webs.wichita.edu/mschneegurt/biol103/lecture22/catheter_biofilm.gif


Dziękujemy za uwagę!

Documents

PREZENTACJA Biofilmy w Jaskiniach