Палеозойские кремнисто-железистые отложения колчеданоносных районов Урала содержат текстурно-структурные признаки, указывающие на роль микроорганизмов при их формировании. Описаны нитчатые, палочковидные, сферические и трубчатые бактериальные формы микронного размера, минерализованные гематитовым, гематит-кремнистым и кремнистым материалом. По морфологии доминируют нитевидные формы. Постоянным спутником бактериоморфных структур являются аутигенные апатит, Mn-кальцит, оксиды титана, иллит и минералы редких земель (фосфаты и карбонаты). Идентификация структур ископаемых бактерий, основанная на размере, форме, реликтам клеточного строения, распределении в колониях и сравнении с аналогичными железистыми отложениями со¬временных гидротермальных систем и колчеданных месторождений других регионов мира, позволяет предположить, что микробиальные структуры представлены минерализованными железобактериями Leptothrix ochracea и Gallionella ferruginea, коккоидальными формами, сероокисляющими Thiobacillus Ferrooxidans и гигантскими Beggiatoa-подобными организмами. Эти наблюдения свидетельствуют о бактериальном биокатализе процесса гальмиролиза сульфидов и гиалокластов при формировании железистых отложений.

Статья поступила в редакцию 21.08.2024 г., после доработки 11.10.2024 г., принята к печати 25.10.2024 г.

Ключевые слова: микробиальные структуры, минерализованные биопленки и гликокаликс, кремнисто-железистые отложения, колчеданные месторождения.

Финансирование. Полевые работы проводились в рамках государственного задания по госбюджетной теме № 122031600292-6, минералогические исследования обеспечивались финансированием по проекту РНФ № 22-17-00215.

Благодарности. Автор благодарит к.г.-м.н. О.П. Шиловского за фотографии, полученные с помощью электронного микроскопа.

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов, связанных с рукописью.

Вклад автора. Разработка концепции, исследование, аналитические работы, написание черновика рукописи, визуализация, редактирование финального варианта рукописи.

Для цитирования: Аюпова Н.Р. Микробиальное разнообразие в кремнисто-железистых отложениях колчеданных месторождений Урала: обзор. Минералогия, 10(4), 41–59. DOI: 10.35597/2313-545X-2024-10-4-2.

Н.Р. Аюпова, Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН, г. Миасс, Челябинская обл., 456317 Россия; aupova@mineralogy.ru

1. Аюпова Н.Р. Масленников В.В., Котляров В.А., Масленникова С.П., Данюшевский Л.В., Ларж Р. (2017) Минералы селена и индия в зоне субмаринного гипергенеза колчеданной залежи Молодежного медно-цинково-колчеданного месторождения, Южный Урал. Доклады Академии наук, 473(2), 190–194.
2. Аюпова Н.Р., Масленников В.В. (2005) Гальмиролититы Узельгинского рудного поля. Миасс, Институт минералогии УрО РАН, 199 с.
3. Аюпова Н.Р., Масленников В.В., Шиловских В.В. (2022) Аутигенная титановая минерализация как отражение гальмиролиза карбонатно-сульфидно-гиалокластитовых осадков на колчеданоносных полях Урала. Литосфера, 22(6), 847–858.
4. Бактериальная палеонтология / Ред. Розанов А.Ю. (2021) М., РАН, 124 с.
5. Богданов Ю.А., Лисицын А.П., Сагалевич А.М., Гурвич Е.Г. (2006) Гидротермальный рудогенез океанского дна. М.: Наука, 527 с.
6. Зайков В.В. (2006) Вулканизм и сульфидные холмы палеоокеанических окраин. На примере колчеданонсоных зон Урала и Сибири. М., Наука, 429 с.
7. Зайкова Е.В. (1991) Кремнистые породы офиолитовых ассоциаций (на примере Мугоджар). М., Наука, 134 с.
8. Масленников В.В. (1999) Седиментогенез, гальмиролиз и экология колчеданоносных палеогидротермальных полей (на примере Южного Урала). Миасс, Геотур, 348 с.
9. Масленников В.В., Аюпова Н.Р. (2007) Кремнисто-железистые породы Узельгинского колчеданоносного поля (Южный Урал). Литосфера, 2, 106–129.
10. Масленников В.В., Зайков В.В. (1991) О разрушении и окислении сульфидных холмов на дне Уральского палеоокеана. Доклады АН СССР, 319(6), 1434–1437.
11. Al-Hanbali H., Sowerby S., Holm N.G. (2001) Biogenicity of silicifed microbes from a hydrothermal system: relevance to the search for evidence of life on earth and other planets. Earth Planetary Scince Letters, 191, 213– 218. DOI: 10.1016/S0012-821X(01)00421-6
12. Alt J.C. (1988) Hydrothermal oxide and nontronite deposits on seamounts in the Eastern Pacifc. Marine Geology, 81, 227–239. https://doi.org/10.1016/0025-3227(88)90029-1
13. Alt J.C., Mata P. (2000) On the role of microbes in the alteration of submarine basaltic glass: A TEM study. Earth and Planetary Science Letters, 181, 301–313. https://doi. org/10.1016/S0012-821X(00)00204-1
14. Anderson C.R., Pedersen K. (2003) In situ growth of Gallionella bioflms and partitioning of lanthanides and actinides between biological material and ferric oxyhydroxides. Geobiology, 1, 169–178. https://doi. org/10.1046/j.1472-4669.2003.00013.x
15. Ayupova N.R., Maslennikov V.V, Artemyev D.A., Melekestseva I.Yu., Belogub E.V. (2024) The fate of “immobile” Ti in hyaloclastites: an evidence from silica– iron-rich sedimentary rocks of the Urals Paleozoic massive sulfde deposits. Minerals 14(9), 939. https://doi. org/10.3390/min14090939
16. Ayupova N.R., Maslennikov V.V., Tessalina S.G., Shilovsky O.P., Sadykov S.A., Hollis S.P., Danyushevsky L.V., Safna N.P., Statsenko E.O. (2017) Tube fossils from gossanites of the Urals VHMS deposits, Russia: authigenic mineral assemblages and trace element distributions. Ore Geology Reviews, 85, 107–130. https://doi.org/10.1016/j. oregeorev.2016.08.003
17. Banerjee N.R., Furnes H., Muehlenbachs K., Staudigel H., de Wit M. (2006) Preservation of 3.4–3.5 Ga microbial biomarkers in pillow lavas and hyaloclastites from the Barberton Greenstone Belt, South Africa. Earth and Planetary Sciences Letters, 241, 707–722. doi:10.1016/j. epsl.2005.11.011
18. Banerjee N.R., Izawa M.R.M., Sapers H.M., Whitehouse M.J. (2010) Geochemical biosignatures preserved in microbially altered basaltic glass. Surface and Interface Analysis, 43, 452–457. https://doi.org/10.1002/sia.3577
19. Binns R.A., Scott S. D., Bogdanov Y.A., Lisitzin A.P., Gordeev V.V., Gurvich E.G., Finlayson E.J., Boyd T., Dot-ter L.E., Wheller G.E., Muravyev K.G. (1993) Hydrothermal oxide and gold rich sulfate deposits of Franklin Seamount, western Woodlark Basin, Papua New Guinea. Economic Geology, 88, 2122–2153.
20. Boyd T., Scott S.D. (2001) Microbial and hydrothermal aspects of ferric oxyhydroxides and ferrosic hydroxides: the example of Franklin Seamount, Western Woodlark Basin, Papua New Guinea. Geochemical Transactions, 7. doi: 10.1039/b105277m.
21. Constantinou G., Govett G.J.S. (1973) Geology, geochemistry, and genesis of Cyprus sulfde deposits. Economic Geology, 68, 843–858.
22. Davidson G.J., Stolz A.J., Eggins S.M. (2001) Geochemical аnatomy of silica iron exhalites: evidence for hydrothermal oxyanion cycling in response to vent fuid redox and thermal evolution (Mt. Windsor Subprovince, Australia). Economic Geology, 96, 1201–1226. DOI: 10.2113/gsecongeo.96.5.1201
23. Dekov V.M., Petersen S., Garbe-Schonberg C.D., Kamenov G.D., Perner M., Kuzmann E., Schmidt M. (2010) Fe-Si-oxyhydroxide deposits at a slow-spreading centre with thickened oceanic crust: the Lilliput hydrothermal feld (9°33’S, Mid-Atlantic Ridge).
24. Chemical Geology, 278, 186– 200. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2010.09.012
25. Duhig N.C., Davidson G.J., Stolz J. (1992) Microbial involvement in the formation of Cambrian sea-foor silica-iron oxide deposits, Australia. Geology, 20, 511–514.
26. Edwards C.T., Pufahl P.K., Hiatt E.E., Kurtis K.T. (2012) Paleoenvironmental and taphonomic controls on the occurrence of Paleoproterozoic microbial communities in the 1.88 Ga Ferriman Group, Labrador Trough, Canada. Precambrian Research, 212–213, 91–106. http://dx.doi. org/10.1016/j.precamres.2012.04.020.
27. Edwards K., Rogers D., Wirsen C.O., McCollom T.M. (2003) Isolation and characterization of novel psychrophilic, neutrophilic, Fe-oxidizing, chemolithautotrophic and  proteobacteria from the deep sea. Applied and Environmental Microbiology, 69, 2906–2913. DOI: 10.1128/ AEM.69.5.2906-2913.2003
28. Emerson D., Moyer C.L. (2002) Neutrophilic Fe-oxidizing bacteria are abundant and play a major role in Fe-oxide deposition at the Loihi Seamount Hydrothermal Vents and Play a Major Role in Fe Oxide Deposition. Applied and Environmental Microbiology, 68(6), 3085–3093. doi: 10.1128/AEM.68.6.3085-3093.2002.
29. Emerson D., Weiss J.V. (2004) Bacterial Iron Oxidation in Circumneutral Freshwater Habitats: Findings from the Field and the Laboratory. Geomicrobiology, 21(6), 405–414.
30. Espejo R.T., Escobar B., Jedlicki E., Uribe P., Badilla-Ohlbau A. (1988) Oxidation of ferrous iron and elemental sulfur by Thiobacillus Ferrooxidans. Applied and Environmental Microbiology, 54, 1694-1699.
31. Fisk M.R., Storrie-Lombardi M.C., Doug¬las S., Popa R., McDonald G., Di Meo-Savoie C. (2003) Evidence of biological activity in Hawaiian subsurface basalts. Geochemistry, Geophysics Geosystems, 4(4). doi: 10.1029/2003GC000387.
32. Fortin D., Ferris F.G., Scott S.D. (1998) Formation of Fe-silicates and Fe-oxides on bacterial surfaces in samples collected near hydrothermal vents on the Southern Explorer Ridge in the northeast Pacifc Ocean. American Mineralogist 83, 1399–1408. doi: 10.2138/am-1998-11-1229
33. Furnes H., Muehlenbachs K., Tumyr O., Torsvik T., Xenophontos C. (2001) Biogenic alteration of volcanic glass from Troodos ophiolite, Cyprus. Journal of the Geological Society 158, 75–8
34. Ghiorse W.C. (1984) Biology of iron- and manganese-depositing bacteria. Annual Review of Microbiology, 38, 515–550. doi: 10.1146/annurev.mi.38.100184.002503
35. Goodfellow W.D., Franklin J.M. (1993) Geology, mineralogy, and chemistry of sediment-hosted clastic massive sulfdes in shallow cores, Middle Valley, Northern Juan de Fuca Ridge. Economic Geology, 88, 2037–2068. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.88.8.2037
36. Grenne T., Slack J.F. (2003) Bedded jaspers of the Ordovician Lokken ophiolite, Norway: seafoor deposition and diagenetic maturation of hydrothermal plume-derived silica-iron gels. Mineralium Deposita, 38, 625–639. doi: 10.1007/s00126-003-0346-3
37. Grenne T., Slack J.F. (2005) Geochemistry of jasper beds from the Ordovician Lokken Ophiolite, Norway: origin of proximal and distal siliceous exhalites. Economic Geology, 100, 1511–1527. doi: 10.2113/100.8.1511
38. Halbach M, Koschinsky A, Halbach P. (2001) Report on the discovery of Gallionella ferruginea from an active hydrothermal feld in the deep sea. InterRidge News, 10, 18–20
39. Hallbeck L., Pedersen K. (1995) Benefts associated with the stalk of Gallionella ferruginea, evaluated by comparison of a stalkforming and non-stalk-forming strain and bioflm studies in situ. Microbiol Ecology, 30, 257–268. DOI: 10.1007/BF00171933
40. Hanert H.H. (2002) Bacterial and chemical iron oxide deposition in a shallow bay on Palaea Kameni, Santorini, Greece: microscopy, electron probe microanalysis, and photometry of in situ experiments. Geomicro-biology Journal, 19, 317–342. DOI: 10.1080/0149045029 0098405
41. Hannington M.D., Galley A.G., Herzig P.M., Petersen S. (1998) Comparison of the TAG mound and stockwork complex with Cyprus-type massive sulfde deposits. In Herzig P.M. et al. (Eds.) Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientifc Results. 158, 389–415.
42. Hein J.R., Clague D.A., Koski R.A., Embley R.W., Duhnam R.E. (2008) Metalliferous sediment and a silica– hematite deposit within the Blanco Fracture Zone, Northeast Pacifc. Marine Georesources & Geotechnology, 26, 317– 339. DOI: 10.1080/10641190802430986
43. Hekinian R., Hoffert M., Larque P. , Chemine J.L., Stoffers P., Bideau D. (1993) Hydrothermal Fe and Si oxyhydroxide deposits from South Pacifc intraplate volcanoes and East Pacifc Rise axial and off-axial regions. Economic Geology, 88, 2099–2121.
44. Herzig P.M., Hannington M.D., Scott S.D., Maliotis G., Rona P.A., Thompson G. (1991) Gold-rich sea-foor gossans in the Troodos Ophiolite and on the Mid-Atlantic Ridge. Economic Geology, 86, 1747–1755. http://dx.doi. org/10.2113/gsecongeo.86.8.1747.
45. Holm N.G. (1987). Possible biological origin of banded iron-formations from hydrothermal solutions. Original of life and evolution of the biosphere, 17, 229–250.
46. Iizasa K., Kawasaki K., Maeda K., Matsumoto T., Saito N., Hirai K. (1998) Hydrothermal sulfde-bearing Fe-Si oxyhydroxide deposits from the Coriolis Troughs, Vanuatu backarc, southwestern Pacifc. Marine Geology, 145, 1–21. DOI: 10.1016/s0025-3227(97)00112-6
47. Jambor J.L., Dutrizac J.E. (1998) Occurrence and constitution of natural and synthetic ferrihydrite, a widespread iron oxyhydroxide. Chemical Reviews, 98 (7), 2549–2585.
48. Juniper S.K., Fouquet Y. (1988) Filamentous iron-silica deposits from modern and ancient hydrothermal sites. Canadian Mineralogy, 26, 859–869.
49. Kalogeropoulos S.I., Scott S.D. (1983) Mineralogy and geochemistry of tuffaceous exhalites (tetsusekiei) of the Fukazawa mine, Hokuroku district, Japan. Economic Geology Monograph, 5, 412–432.
50. Kalogeropoulos S.I., Scott S.D. (1989) Mineralogy and geochemistry of an Archean tuffaceous exhalite: the Main Contact Tuff, Millenbach mine area, Noranda, Quebec. Canadian Journal of Earth Sciences, 26, 88–105.
51. Kasama T., Murakami T. (2001). The effect of microorganisms on Fe precipitation rates at neutral pH. Chemical Geology, 180, 117–128. https://doi.org/10.1016/ S0009-2541(01)00309-6
52. Kennedy C.B., Scott S.D., Ferris F.G. (2003) Characterization of bacteriogenic iron oxide deposits from Axial Volcano, Juan de Fuca Ridge, north-east Pacifc Ocean. Geomicrobiology, J.20, 199–214. https://doi. org/10.1080/01490450303873
53. Kohler B., Singer A., Stoffers P. (1994) Biogenic nontronite from marine white smoker chimneys. Clays and Clay Minerals, 42, 698–701.
54. Konhauser K. (2006). Introduction to Geomicrobiology. Maldon, Oxford, Carlton, Blackwell Publishing, 425 p.
55. Konhauser K.O., Ferris F.G. (1996) Diversity of iron and silica precipitation by microbial mats in hydrothermal waters, Iceland: Implications for Precambrian iron formations. Geology, 24(4), 323–326.
56. Krajewski K.P., Cappellen P.V., Trichet J., Kuhn O., LuCas J., Martin-Algarra A., Prevot L., Tewari V.C., Gas-par L., Knight R.I. (1994) Biological processes and apatite formation in sedimentary environments. Eclogae Geologicae Helvetiae, 87, 701–746.
57. Little C.T.S., Glynn S.E.J., Mills R.A. (2004) Four-Hundred-and-Ninety-million year record of bacteriogenic iron oxide precipitation at sea-foor hydrothermal vent. Geomicrobiology Journal, 21, 415–429. doi: 10.1080/01490450490485845
58. Lowenstam H.A. (1981) Minerals formed by organisms. Science, 211, 1126–1131.
59. Lowenstam H.A., Weiner S. (1989). On Biomineralization. New York, Oxford University Press, 324 p.
60. Lupton J.E., Delaney J.E., Johnson H.P., Tivey M.K. (1985) Entrainment and vertical transport of deep-ocean water by buoyant hydrothermal plumes. Nature, 316, 621–623.
61. Maslennikov V.V., Ayupova N.R., Herrington R.J., Danyushevskiy L.V., Large R.R. (2012) Ferruginous and manganiferous haloes around massive sulphide deposits of the Urals. Ore Geology Reviews, 47, 5–41. https://doi. org/10.1016/j.oregeorev.2012.03.008
62. Maslennikov V.V., Ayupova N.R., Safna N.P., Tseluyko A.S., Melekestseva I.Yu., Large R.R., Herrington R.J., Kotlyarov V.A., Blinov I.A., Maslennikova S.P., Tessalina S.G. (2019) Mineralogical features of orediagenites in the Urals massive sulfde deposits, Russia. Minerals,9(3), 150. https://doi.org/10.3390/min9030150
63. Maslennikov V.V., Cherkashov G.A., Firstova A.V., Ayupova N.R., Beltenev V.E., Melekestseva I.Yu., Artemyev D.A., Tseluyko A.S., Blinov I.A. (2023) Trace element assemblages of pseudomorphic iron oxyhydroxides of the Pobeda-1 hydrothermal feld, 17°08.7’ N, Mid-Atlantic Ridge: the development of a halmyrolysis model from LA-ICP-MS data. Minerals, 12(19). DOI: 10.3390/min13010004
64. Mills R.F., Elderfeld H. (1995) Rare earth element geochemistry of hydrothermal deposits from the active TAG Mound, 26°N Mid-Atlantic Ridge. Geochimica Cosmochimica Acta, 59(17), 3511–3524. https://doi. org/10.1016/0016-7037(95)00224-N.
65. Perner M., Seifert R., Weber S., Koshinskiy A., Shmidt K., Strauss H., Peters M., Haase K., Imhoff J.F. (2007) Microbial CO2 fxation and sulfur cycling associated with low-temperature emissions at the Lilliput hydrothermal feld, southern Mid-Atlantic Ridge (9 degrees S). Environmental Microbiology 9(5),1186–1201. DOI:10.1111/ j.1462-2920.2007.01241.x
66. Phoenix V.R., Konhauser K.O. (2008) Benefts of bacterial biomineralization. Geobiology, 6, 303–308. DOI: 10.1111/j.1472-4669.2008.00147.x.
67. Revan M.K., Genc Yu., Delibas O., Maslennikov V.V., Ayupova N.R., Zimitoglu O. (2019) Mineralogy and geochemistry of metalliferous sedimentary rocks from the Upper Cretaceous VMS deposits of the Eastern Pontides (NE Turkey). Turkish Journal of Earth Sciences, 28, 299– 327. doi: 10.3906/yer-1805-31.
68. Robertson A.H.F., Boyle J.F. (1983). Tectonic setting and origin of metalliferous sediments in the Mesozoic Tethyan ocean: In Rona P., et al. (Eds.) In: Hydrothermal Processes at Seafoor Spreading Centres: NATO Adv. Res. Inst., 595-664.
69. Sagemann J., Bale S.J., Briggs D.E.G., Parkes R.J. (1999) Controls on the formation of authigenic minerals in association with decaying organic matter: an experimental approach. Geochimica Cosmochimica Acta, 63, 1083–1095.
70. Schwertmann U., Murad E. (1983) Effect of pH on the formation of goethite and hematite from ferrihydrite. Clays Clay Minerals, 31(4), 277–284.
71. Singer P.C., Stumm W. (1970) Acid Mine Drainage: The Rate-Determining Step. Science, 167, 1121–1123. http:// dx.doi.org/10.1126/science.167.3921.112.
72. Slack J.F., Foose M.P., Flohr M.J.K., Scully M.V., Belkin H.E. (2003) Exhalative and subseafoor replacement processes in the formation of the Bald Mountain massive sulfde deposit, northern Maine. In: Goodfellow WD, van Staal CR, McCutcheon SR, Thomas MD (eds) Volcanogenic massive sulfde deposits of the Bathurst district, New Brunswick, and northern Maine. Economic Geology Monograph, 11, 513–547.
73. Thorseth I.H., Furnes H., Tumyr O. (1995) Textural and chemical effects of bacterial activity on basaltic glass: an experimental approach. Chemical Geology, 119, 139–160. DOI: 10.1016/0009-2541(94)00098-S
74. Torsvik T., Furnes H., Muehlenbachs K., Thorseth I., Tumyr H.O. (1998) Evidence for microbial activity at the glass-alteration interface in oceanic basalts. Earth and Planetary Science Letters, 162, 165–176. DOI: 10.1016/ S0012-821X(98)00164-2
75. Warren L.A., Ferris F.G. (1998) Continuum between sorption and precipitation of Fe(III) on microbial surfaces. Environmental Science & Technology, 32, 2331–2337.
76. Westall F., de Wit M.J., Dann J., van der Gaast S., de Ronde C.E.J., Gerneke D. (2001) Early Archean fossil bacteria and bioflms in hydrothermally-infuenced sediments from the Barberton greenstone belt, South Africa. Precambrian Research, 106, 93–116. DOI: 10.1016/S0301-9268(00)00127-3
77. Yang B., Zeng Zh., Qi H., Wang X., Ma Y., Rong K. (2015) Constraints on Biotic and Abiotic Role in the Formation of Fe-Si Oxides from the PACMANUS Hydrothermal Field. Ocean Science journal, 50(4), 751-761. http://dx.doi.org/10.1007/s12601-015-0067-4.
78. Zierenberg R.A., Schiffman P. (1990) Microbial control of silver mineralization at a sea-foor hydrothermal site on the northern Gorda Ridge. Nature, 348, 155–157.