Estudio de hongos aislados de la faja pirítica ibérica implicados en la oxidación del manganeso
- Autores: Alfonso José González Muñoz
- Directores de la Tesis: Cesáreo Saiz-Jiménez (dir. tes.), Ana Zélia Miller (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Número de páginas: 175
- Tribunal Calificador de la Tesis: Víctor Hernández Jolín (presid.), Antonio Córdoba Zurita (secret.), Sergio Sánchez Moral (voc.), Juan Carlos Cañaveras (voc.), María del Carmen Florido Fernández (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
En los últimos años se han llevado a cabo diversos estudios en cuevas y minas, demostrando el papel que los microorganismos juegan en el ciclo biogeoquímico del manganeso.
En un túnel excavado en granito en el siglo XVI destinado a la captación de agua para la ciudad de Oporto (Portugal), hoy en desuso, se apreció la existencia de zonas de color negro en sus paredes. El análisis de estas mostró que, en su mayor parte, estaban compuestas por óxidos de manganeso. En el túnel de granito se pudo comprobar, además, la existencia de unas largas estructuras filamentosas ornamentadas recubiertas por una vaina de manganeso, a las que se han denominado filamentos reticulados. Se sabe que están formados por microorganismos ya que en un estudio con el microscopio electrónico de transmisión se pudieron observar las células en el interior de la vaina. Hasta hoy es una incógnita el tipo de microorganismo que interviene en su proceso de formación.
En la cueva de Lascaux (Montignac, Francia) también existían manchas de color negro sobre los sedimentos arcillosos, demostrando que ello era debido a la deposición de óxidos de manganeso biogénico por acción del hongo Acremonium nepalense. Estos datos ponen de manifiesto el interés en estudiar con mayor detalle la síntesis biogénica de óxidos de manganeso.
Uno de los posibles abordajes al tema es la búsqueda de microorganismos capaces de inducir biogénicamente la síntesis de tales óxidos en el ambiente, y a tal fin se consideró oportuno explorar la zona de la Faja Pirítica Ibérica (FPI), donde abundan las minas de manganeso, hoy abandonadas.
Existen cientos de registros y minas de manganeso en la FPI, donde se han explotado estos criaderos durante los siglos XIX-XX con diferente intensidad en función de la demanda mundial de este metal. Estos yacimientos están constituidos por silicatos (rodonita) y carbonatos (rodocrosita) como minerales primarios, produciéndose en la montera óxidos y peróxidos secundarios (pirolusita, psilomelano, wad), que son zonas de enriquecimiento supergénico. La mineralización se presenta en forma de bolsadas. Corresponden a las últimas fases de los episodios volcánicos, situándose a techo de las masas sulfurosas y asociados a emanaciones silíceas póstumas.
La mayor parte o la totalidad de los organismos probablemente poseen manganeso en sus sistemas de transporte, algunos de los cuales han sido caracterizados en bacterias, levaduras y animales. De hecho, el manganeso es un elemento esencial en cantidades traza en virtualmente todos los organismos vivos. Algunas de las participaciones específicas del manganeso en sistemas enzimáticos son conocidas, pero en la mayoría de los casos, el magnesio u otros cationes divalentes pueden sustituir al manganeso.
Muchos organismos oxidan o reducen relativamente altas cantidades manganeso sin asimilarlo. Tales procesos tienen particular importancia en el ciclo del manganeso. De estas transformaciones, las más y mejor estudiadas son las que se refieren a procesos bacterianos, aunque también se han descrito algunos relacionados con hongos y algas.
La oxidación por hongos no es tan conocida como en el caso de bacterias, por lo que es el objeto de esta tesis. En efecto, solo unos pocos autores han investigado el papel de los hongos en el ciclo del manganeso. Los datos confirmados hasta hoy indican que los hongos pueden tanto oxidar el manganeso como solubilizarlo a partir de óxidos de manganeso. En este último aspecto, se ha demostrado la solubilización de MnO2 por hongos del género Aspergillus (A. terreus, A. oryzae) y Penicillium (P. daleae y tres Penicillium spp.).
Por todo ello, se procedió a analizar las minas de manganeso abandonadas existentes en la FPI, y concretamente las localizadas en la cuenca minera de Huelva. De aquí se seleccionaron siete antiguas minas (Pepito, Cobullos, Poderosa, Soloviejo, San Platón, Peña del Hierro y Concepción) que fueron objeto de muestreos en dos épocas y años diferentes.
Las muestras fueron inoculadas en placas de Petri con diferentes medios de cultivo, aislándose progresivamente cepas fúngicas de las muestras que mostraron su capacidad para desarrollarse en medios ricos en manganeso, lo que permitió comprobar la capacidad de oxidación del manganeso por los hongos aislados.
Tras la identificación de posibles cepas fúngicas oxidantes de manganeso, se procedió a caracterizar los hongos mediante técnicas de análisis molecular y a confirmar la capacidad de oxidación mediante técnicas instrumentales (FESEM) que permitieron conocer la composición química de los precipitados formados por la actividad fúngica.
Asimismo se procedió a realizar una comparación entre los óxidos de manganeso formados por los hongos con óxidos de manganeso (birnesita) de origen sintético, poniendo a punto un método diferente de obtención del mineral con mayor rapidez.
De las investigaciones efectuadas en esta tesis se pueden extraer las siguientes conclusiones:
1. En las dos campañas de muestreos realizadas en la Faja Pirítica Ibérica se aislaron 32 cepas de hongos en cultivos puros, de las cuales solo 12 de ellas mostraron reacción positiva en medio AY-Mn.
2. Cuando se estudiaron las cepas al microscopio electrónico de barrido de emisión de campo solo cinco de ellas mostraron claramente la capacidad de oxidar manganeso y depositarlo sobre sus hifas, más otra cepa, que resultó dudosa: Pseudopithomyces chartarum y que requiere posteriores estudios para poder confirmar su implicación en el proceso.
3. Las cepas que mostraron una clara oxidación del manganeso fueron: Bartalinia robillardoides, dos cepas de Acrostalagmus luteoalbus, Drechslera avenae, Paraphaeosphaeria sp. y Acremonium nepalense. La capacidad de oxidar manganeso en este último hongo ya era conocida y se ha empleado en esta tesis como especie modelo.
4. Bartalinia robillardoides, Acrostalagmus luteoalbus y Drechslera avenae no han sido descritos en la literatura científica como oxidantes del manganeso, por lo que representan nuevas aportaciones al ciclo biogeoquímico de manganeso.
5. Los cinco hongos que se mostraron capaces de oxidar el manganeso, lo hicieron de manera diferente, a juzgar por la estructura del óxido de manganeso observable al microscopio electrónico de barrido de emisión de campo: (i) Depósito de óxido de manganeso en forma de agregados esféricos sobre la superficie de las hifas.
(ii) Precipitación de óxido de manganeso en forma de placas sobre la superficie de las hifas, llegando a recubrirlas total o parcialmente.
(iii) Proceso mixto, donde junto al depósito de agregados esféricos sobre la superficie de las hifas también se depositan placas de mineral.
(iv) Precipitación de óxido de manganeso en forma de masas de morfología irregular con superficies aplanadas.
6. En base a las morfologías descritas por otros autores y a las observadas en nuestras cepas de hongos se puede sugerir que los hongos estudiados han oxidado el Mn(II) a birnesita en los casos de Acrostalgmus luteoalbus, Drechslera avenae y Acremonium nepalense. Las hifas mineralizadas de Bartalinia robillardoides tienen semejanza con las de hongos que precipitan birnesita triclínica. Por otra parte, Paraphaeosphaeria sp. parece precipitar birnesita y todorokita conjuntamente.
7. Se ha puesto a punto un nuevo método de obtención de birnesita sintética, que precipita inmediatamente, frente a los 3-5 días de otros métodos publicados. Esta birnesita es comparable a las descritas en la literatura y puede servir de modelo para estudios sobre la oxidación biogénica del manganeso.
