Некоторые виды бактерий достаточно выносливы, чтобы выжить в самых неблагоприятных условиях, в том числе и в бетоне, как показывает новое исследование. В этом сухом негостеприимном строительном материале микробы могут не только выживать, но и процветать.
Исследование показывает, что бактерии могут давать ранние предупреждения о вызываемых сыростью щелочно-кремнеземных реакциях (или «бетонном раке»), которые могут привести к структурным дефектам. В дальнейшем мы могли бы даже использовать бактерии для ремонта повреждений мостов и дорог.
В то время как предыдущие исследования уже установили, что бактерии могут делать свои дома из бетона, здесь ученые хотели поближе взглянуть на то, какие микробы присутствовали и как их сообщества могут изменяться с течением времени.
Микробиолог из Университета Делавэра Джули Мареска держит один из бетонных цилиндров, которые она и ее студенты использовали для изучения бактериальных сообществ, живущих в бетоне. Фото: Kathy F. Atkinson and courtesy of Anders Kiledal.
«На самом деле вообще ничего не было известно о микробах в бетоне», - говорит микробиолог Джули Мареска из Университета Делавэра. «Это наиболее часто используемый строительный материал в мире, но мы просто ничего не знаем о том, что там живет».
«Он находится во влажной среде, в канализационных системах, сваях мостов, и мы знаем, что микробы на поверхностях могут его разрушить. Но что там внутри и делает ли это что-нибудь? Может ли это что-нибудь нам сказать?».
Мареска и ее коллеги использовали для исследования 40 образцов бетонных цилиндров, каждый размером с литровую бутылку. В некоторых использовалась стандартная бетонная смесь, склонная к разрушительным реакциям щелочи и кремнезема, в то время как в другие использовалась измененная формула, разработанная для защиты от этих реакций.
Сорок бетонных цилиндров были помещены на крышу лаборатории Спенсера в Университете Делавэра, чтобы увидеть, как изменения времени и температуры повлияют на бактериальные сообщества внутри них. Периодически отбирались образцы ДНК, затем эти образцы секвенировались и анализировались. Фото: Kathy F. Atkinson and courtesy of Anders Kiledal.
После регулярного наблюдения в течение двух лет на крыше лаборатории, наиболее распространенными бактериями, обнаруженными при анализе образцов ДНК, были Proteobacteria, Firmicutes и Actinobacteria. Исследователи говорят, что около 50-60 процентов бактерий, вероятно, происходят из сырья, особенно из гравия.
Команда заметила, что разнообразие бактерий со временем снизилось, хотя некоторые типы бактерий «подпрыгивали» при смене сезонов - возможно, это указывает на то, что доступность источников пищи также менялась.
Исследователи взяли образцы ДНК из бетонных цилиндров. Фото: Kathy F. Atkinson and courtesy of Anders Kiledal.
«Что они едят?», - спрашивает Мареска. «Возможно, они поедают трупы других микробов. Если нечего есть, некоторые из них могут образовывать споры или образовывать спящие клетки и ничего не делать, пока не пойдет дождь, а затем съедят столько, сколько смогут, и снова войдут в спячку».
Бактерии, обнаруженные в двух типах бетона, практически не различались, хотя некоторые типы микробов, по-видимому, предпочитали стандартную смесь. Исследователи надеются, что дальнейшие исследования могут могут помочь нам идентифицировать потенциально нестабильные структуры только по их бактериям, еще до того, как появятся какие-либо трещины.
Осколки бетонных цилиндров позволили провести более тщательный анализ внутренних условий. Фото: Kathy F. Atkinson and courtesy of Anders Kiledal.
В отчете США за 2020 год более 45 000 из 618 456 мостов страны были указаны как находящиеся в «плохом» состоянии - не самая утешительная мысль, если у вас забронирована поездка. Как мы недавно убедились, обрушение бетона может быть фатальным.
Поскольку некоторые бактерии могут производить карбонат кальция, который подходит для заполнения трещин и пор бетона, есть надежда, что эти микроорганизмы могут быть использованы для ремонта зданий и инфраструктуры, хотя до такого применения еще далеко.
«Насколько нам известно, микробы не повреждают бетон», - говорит Мареска. «Микробы не поедают фундамент. Мы надеемся использовать их для информации и, возможно, для помощи в ремонте».
Исследование было опубликовано в журнале mSystems.
Источник: Science Alert / University of Delaware
