Біологія
Технології
Біологія
Технології

Вчені ідентифікували мікробний склад бетону

Американські вчені дослідили мікробні угруповання, які властиві різним типам бетону. Досліди показали, що найпоширенішими є бактерії Proteobacteria, Firmicutes та Actinobacteria, хоча загалом біорізноманіття бетонної мікрофлори зазнає сезонних змін, зумовлених погодними умовами. Результати можуть посприяти розробленню мікробіологічного тесту, основаного на використанні бактерій як біоіндикаторів пошкодження бетонних споруд. Відповідна стаття опублікована в журналі mSystems.

Зразки бетонних циліндрів, використані в дослідженні. University of Delaware

Зразки бетонних циліндрів, використані в дослідженні. University of Delaware

У бетоні живуть мікроби?

Бетон — сьогодні найпоширеніший будівельний матеріал. Будівельники усього світу полюбили його за міцність, хорошу витривалість до різних погодних умов, коливань температури та відносну дешевизну. У складі будівель бетон створює нам комфортне середовище, але він зовсім не такий гостинний іншим організмам, зокрема мікроскопічним. Бетон жорсткий та сухий, а до того ж має високу солоність та лужність, яка перевищує показники більшості природних середовищ, тому мікроби, які забажали жити в цьому матеріалі, повинні здолати багато викликів. Наприклад, уникнути спричинених бетонними умовами порушення метаболізму, нестабільності мембран та ДНК тощо. Та все ж такі мікроорганізми, що пристосовані жити в бетоні, існують. І вчені з Делаверського університету зайнялися їх вивченням. Це не просто наукова цікавість, дослідження мікробних угруповань у бетоні може допомогти зрозуміти, як зробити будівлі стійкішими до руйнування.

Як вивчали бетонних мікробів?

Дослідники приготували сорок циліндрів із бетону різного типу. Частина із них були виготовлені зі звичайного бетону, який схильний до руйнування внаслідок лужно-силікатної реакції. У такому разі в матеріалі формується гель, що за наявності вологи набрякає та спричиняє тріщини й руйнування бетону. Натомість частина інших зразків була зроблена із суміші, що має вищу стійкість до лужно-силікатної реакції. Вчені зробили на цьому наголос, оскільки різний хімічний склад бетону може впливати на різноманіття мікробного угруповання, яке в ньому поселяється.

Усі зразки вчені тримали на даху протягом приблизно двох років, де вони піддавалися різним погодним умовам. Орієнтовно кожні шість тижнів вчені зносили по одному бетонному циліндру та вивчали мікробів у його зрізах.

Що дізналися нового про бетонних мікроорганізмів?

ДНК-аналіз показав, що найпоширенішими мікробами обох типів бетону є бактерії Proteobacteria, які складають приблизно 50 відсотків мікробного угруповання. За ними слідують Firmicutes, Actinobacteria, Cyanobacteria, Bacteroidetes, Acidobacteria, Planctomycetes та менш ніж 0,5 відсотків припадає на інших мікроорганізмів. Більшість бактерій, ймовірно, походить із первинних матеріалів бетонної суміші, як-от гравію. Тож різноманіття бактерій із часом змінювалося, з тенденцією до збіднення, але з сезонними зростаннями кількості видів у тепліші літні місяці. Вчені припускають, що зростання спричинені збільшенням доступності поживних речовин, пов'язаним зі сприятливішими умовами. Поки що науковці не впевнені, чим харчуються виявлені мікроби, але такою поживою можуть бути мертві клітини інших мікробів.

Із дослідження вчених також випливає, що із лужно-силікатною реакцією можуть бути пов'язані бактерії деяких таксонів, яких частіше знаходили в стандартному, менш стійкому до руйнування бетоні: Arcobacter, Modestobacter, Salinicoccus, Rheinheimera, Lawsonella та Bryobacter. Це не означає, що ці мікроби пошкоджують матеріал, радше потрісканий бетон створює для них сприятливіше середовище для життя. Хоча потрібно провести більше досліджень, автори сподіваються, що в майбутньому за мікробіологічним дослідженням бетонних споруд можна буде ще до явних проявів виявляти серед них ті, що почали руйнуватися. Це дозволить вчасно вжити заходів, щоб зробити мости, естакади, дороги тощо безпечнішими та довговічнішими. Також не виключено, що певні види бактерій можна буде використовувати навіть для відновлення бетону. Наприклад, ті, що виробляють карбонат кальцію, підхожий для заповнення пор та тріщин.