 |
Distinction of chemical precipitations from microbial structures in geological formations
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124636 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Jáger, Viktor |
| Title in Hungarian |
Kémiai kicsapódások és mikrobiális struktúrák elkülönítése földtani mintákban |
| Title in English |
Distinction of chemical precipitations from microbial structures in geological formations |
| Keywords in Hungarian |
biomimetikus, Liesegang, kémiai kicsapódás, mikrobiális, mintázat, fraktál |
| Keywords in English |
biomimetic, Liesegang, chemical precipitation, microbial, pattern, fractal |
| Discipline |
| Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences) | 85 % | | Ortelius classification: Mineralogy | | Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences) | 15 % |
|
| Panel |
Earth sciences 1 |
| Department or equivalent |
Szentagothai Research Centre (University of Pécs) |
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2020-10-31 |
| Funding (in million HUF) |
15.216 |
| FTE (full time equivalent) |
2.14 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Hidrotermás tevékenységek és oxidációs folyamatok hatására gyakran képződnek olyan kémiai kicsapódások, amelyek nemlineáris rendszerekben jönnek létre, így hasonlítanak biológiai formákra. A földtani kutatás szempontjából a biogén és abiogén struktúrák elkülönítése igen fontos, hiszen egy abiogén kémiai mintázat félreismerése és biogén eredet leírása adott esetben téves következtetéseket von maga után. Amikor Schopf et al., (2002) a Nature-ben közölte hogy megtalálták a Föld legősibb életnyomát, melyek 3,5 milliárd éves kékalgák ichnofosszíliái, Brasier et al., (2002) a Nature ugyanabban a számában publikálva az általa újravizsgált és Schopf et al., (2002) által közölt formációkat, kiderítette hogy a mikrofosszíliáknak vélt formák pusztán abiogén struktúrák melyek hidrotermálisan átalakult kőzetekben találhatóak.
A kutatás lényegi kérdése a biogenicitás-abiogenicitás eldöntése hasonló formavilágú struktúrák esetében, amilyenek a sztromatolitok/kémiai sztromatolitok; kőzetüvegben található bakteriális mikrocsövek/savak oldóhatásaként keletkező üregek; valamint különböző, bakteriális sejt-méretű fonalas, ágas-bogas, gyöngyfüzér-szerű, csavart, stb. formák. Ezen struktúrák elemzése, laboratóriumi létrehozása, bizonyítottan biogén struktúrákkal való matematikai modellezésen keresztül megvalósított összehasonlítása a cél.
Brasier, M.D., Green, O.R., Jephcoat, A.P., Kleppe, A.K., Van Kranendonk, M.J., Lindsay, J.F., Steele, A., Grassineau, N.V., 2002. Questioning the evidence for Earth’s oldest fossils, Nature 416, 76–81.
Schopf, J.W., Kudryavtsev, A.B., Agresti, D.G., Wdowiak, T.J., Czaja, A.D., 2002. Laser-Raman imagery of Earth’s earliest fossils, Nature 416, 73–76.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás egyik alaphipotézise, hogy az esetek többségében pusztán morfológiai kritériumok nem elegendőek a különböző mikrobiális eredetűnek vélt nyomfosszíliák biogenicitásának eldöntéséhez. Brasier et al., (2002) megemlíti, hogy a fonalas struktúrák biológiai eredetére vonatkozóan addig nem tudunk biztosan felelni, amíg az
összes, abiogén képződési lehetőséget ki nem zárjuk. Cockell (2011) lényegében hasonló kijelentést tesz, amikor megállapítja hogy a bazaltos kőzetüvegben lévő mikrobiálisnak tartott fúrási nyomok eredete addig kétséges míg a mikrobiális bontásért felelős mikroorganizmust nem mutatják ki. Egyik alapvető kérdés a biogén sztromatolitok és kémiai sztromatolitok, valamint bizonyosan mikrobiális struktúrák és kísérleti úton előállított biomimetikus struktúrák fraktálanalízissel (számítógépes modellezés) és geokémiai módszerekkel történő elkülönítése, valamint olyan kísérleti módszerek keresése, mely alapján az összehasonlító geokémiai adatokat statisztikai adatok is alátámasztják.
Brasier, M.D., Green, O.R., Jephcoat, A.P., Kleppe, A.K., Van Kranendonk, M.J., Lindsay, J.F., Steele, A., Grassineau, N.V., 2002. Questioning the evidence for Earth’s oldest fossils, Nature 416, 76–81.
Cockell, C.S., 2011. Biological volcanic rock weathering.: Encyclopaedia of Geobiology. Reiter, J., Thiel,V., (Ed.). Springer, 143-147.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A geomikrobiológia viszonylag új diszciplína a földtudományok területén, ahol minden új felfedezésnek és bizonyítéknak fontos jelentősége van. Az extraterresztrikus kutatások esetében kifejezetten az egyik legfontosabb feladat az volna hogy a biogén struktúrákat hasonló, de abiogén struktúrákkal hasonlítjuk össze, ami eddig számos esetben elmaradt. Az extrém körülmények között élő baktériumok tevékenységének egykori nyomainak felismerése szintén óriási jelentőségű a környezeti feltételek vizsgálatában és magának az élet keletkezésének kérdésében is. Azonban a téma jelentősége nemcsak tudományosan, hanem gazdasági szempontból is jelentős, ugyanis a bakteriális közreműködés számos ércesedés létrejöttében nagy szerepet játszott, így ezen ércekben kimutatott bakteriális nyomfosszíliák hasonló struktúrájú, de abiogén kémiai kicsapódásoktól való megkülönböztetése kulcsfontosságú feladat ércföldtani kutatások szempontjából. Ebből a szempontból a hazai földtani képződményeinknek a vizsgálata és más földtani képződménnyel, illetve recens képződménnyel való összehasonlítása nemzetközi szinten is nagy jelentőségűnek mondható, amivel összehasonlító szempontokat figyelembe véve csak nagyon kevesen foglalkoztak a világon. A várható eredmények komolyabb nemzetközi érdeklődésre tarthatnak számot, amire a pályázatíró egy korábbi cikke (Jáger et al., 2012) is bíztató példa, valamint doktori dolgozata, melyben a Kárpát-medencéből elsőként írt le bakteriális kőzetelbontási jelenségeket és biomimetikus struktúrákat átalakult bazaltos szubvulkáni üvegből, és vasércből.
Jáger, V., Molnár, F., Buch, D., Koděra, P. (2012). The connection between iron ore formations and “mud-shrimp” colonizations around sunken wood debris and hydrothermal sediments in a Lower Cretaceous continental rift basin, Mecsek Mts., Hungary. Earth-Science Reviews Volume 114, Issues 3–4, 250-278.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Földtani folyamatok során, különösen a kőzetek repedéseibe hatoló alacsony hőmérsékletű oldatáramlások és oxidációs folyamatok hatására gyakran képződnek olyan kémiai kicsapódások, amelyek önszerveződő rendszereket hoznak létre, így hasonlíthatnak bakteriális formákra. A földtani kutatás szempontjából a biogén és pusztán kémiai képződmények elkülönítése igen fontos, hiszen egy kémiai mintázat félreismerése és biogén eredet leírása adott esetben téves következtetések sorát vonja maga után. Jelen kutatás lényegi kérdése a mikrobiális eredetű és nem mikrobiális, vagyis pusztán kémiai kicsapódások során létrejött struktúrák elkülönítésének lehetőségei kísérletek, műszeres anyagvizsgálatok és matematikai módszerek segítségével. Ilyen struktúrák, melyeket mikróbák és kémiai kicsapódások vagy oldások egyaránt létrehozhatnak, a sztromatolitok/kémiai sztromatolitok; kőzetüvegben található bakteriális mikrocsövek/savak oldóhatásakánt keletkező üregek; bakteriális sejt-méretű fonalas, ágas-bogas, gyöngyfüzér-szerű, csavart formák, melyek tehát egyaránt keletkezhetnek biológiai, különösen bakteriális tevékenység közreműködésével és sok esetben biológiai közreműködés nélkül is, kémiai kicsapódásként.
A kutatás olyan fontos tudományos problémákhoz szolgáltathat információt mint az élet keletkezése, a biológiai és kémiai rendszerek hasonlósága, valamint a gazdasági szempontból is fontos ércképződési feltételek tisztázása.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In low temperature hydrothermal systems, often forms periodic chemical precipitations imply nonlinear self organizing system. These structures are similar with biological forms. In geological formations, the idendifications of similar abiogenic or biogenic structures is essential, because of false identification of these structures result incorrect results. When Schopf et al., (2002) published in Nature, that they found the earliest microfossils in the World, which are 3,5 billion old fossils, Brasier et al., (2002) revealed and published in the same issue of the journal of Nature, that these fossils are abiogenic precipitations formed due to hydrothermal recristallizations.
The focus of recent study is distinction between similar microbial and abiogenic structures in geological formations, with the help of mathematical modeling, chemical and geochemical experiments. These similar structures are stromatolites/chemical stromatolites; biogenic microtunnels/abiogenic microtunnels in volcanic glass; other bacterial cell sized microfossils/biomimetic structures.
Brasier, M.D., Green, O.R., Jephcoat, A.P., Kleppe, A.K., Van Kranendonk, M.J., Lindsay, J.F., Steele, A., Grassineau, N.V., 2002. Questioning the evidence for Earth’s oldest fossils, Nature 416, 76–81.
Schopf, J.W., Kudryavtsev, A.B., Agresti, D.G., Wdowiak, T.J., Czaja, A.D., 2002. Laser-Raman imagery of Earth’s earliest fossils, Nature 416, 73–76.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Main hypothesys of the work, that purely morphological criteria is not enough sufficient to identify microbial/biomimetic structures. About Brasier et al., (2002), the origin of filamentous microstructures can not be answered, until we exclude all of abiogenic forming possibility. Cockell (2011) made a similar statement, when ascertained that microbial origin of microtunnels in basaltic glass is uncertain until the microbe which is responsible for the tunneling is not be detected from the glass. In recent study, main question is the possibility of distinction between biomimetic/biogenic structures, e.g biogenic stromatolites and purely chemical stromatolites produced in laboratory, and distinction between other microbial structures from periodic chemical precipitations with the help of fractal analysis (computer modeling), chemical and geochemical methods and experiments.
Brasier, M.D., Green, O.R., Jephcoat, A.P., Kleppe, A.K., Van Kranendonk, M.J., Lindsay, J.F., Steele, A., Grassineau, N.V., 2002. Questioning the evidence for Earth’s oldest fossils, Nature 416, 76–81.
Cockell, C.S., 2011. Biological volcanic rock weathering.: Encyclopaedia of Geobiology. Reiter, J., Thiel,V., (Ed.). Springer, 143-147.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Geomicrobiology is a relative new discipline among geosciences, where every new discovery has essential importance. For extraterrestrial researches, it is very important task to distinct possibly biogenic forms from abiogenic chemical precipitations, which is in many cases behindhand. Ichnofossils and biomimetic structures found in extreme environments also has huge importance not only to investigate those habitats, but also to reveal the origin of life. This topic also has a great importance in ore forming processes. Distinction between abiotic chemical precipitations and real microbial ichnofossils in several ore-type has major international significance. A good example for this is the author’s earlier pubication in this topic (Jáger et al., 2012), and his PhD thesis, where he firstly publicate microbial molding from basaltic glass in Hungary and biomimetic forms from iron-ores.
Jáger, V., Molnár, F., Buch, D., Koděra, P. (2012). The connection between iron ore formations and “mud-shrimp” colonizations around sunken wood debris and hydrothermal sediments in a Lower Cretaceous continental rift basin, Mecsek Mts., Hungary. Earth-Science Reviews Volume 114, Issues 3–4, 250-278.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
During geological processes, particularly in low temperature fluid flow in the cracks of the rocks, often forms chemical precipitations that look alike microbial structures. From the perspective of geological researches, it is very important to distinct that kind of biogenic and similar abiogenic forms. In recent study this question will be testing with mathematical methods, geochemical investigations and experiments. Such structures that can be formed via microbiological and purely chemical way are the followings: stromatolites/chemical tromatolites; microtunnels in volcanic glass/purely chemical dissolution cavities and precipitations; other bacterial cell sized forms, such as globules, filaments etc. This research would be contribute to the big question: how life was formed, to the distinction of biomimetic and microbial structures. But in several ore-type we can find chemical structures that are similar to microbial structures. Thus distinction between microbial/biomimetic forms is essential question not only in scientific perspective but also in the case of ore forming processes.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
