PREFA

Volumul de fa se adreseaz studenilor, masteranzilor i tuturor celor care se ocup cu probleme legate de conservarea bunurilor de patrimoniu. Agenii biodeterioratori pot provoca pagube considerabile unor bunuri de patrimoniu, iar pentru combaterea lor i pentru asigurarea condiiilor ecologice optime de conservare a acestor bunuri trebuie s se porneasc de la cunoaterea tiinific a fiecrei specii. n acest volum prezentm unele specii biodeterioratoare din regnurile Monera, Protoctista i Fungi, urmnd ca pe cele din regnurile Plantae i Animalia s le prezentm n volumele urmtoare. Am prins n materialul nostru i unele specii patogene, care pot provoca neajunsuri i chiar boli grave persoanelor care nu respect regulile de igien n timpul lucrului. Specialitii din domeniul conservrii bunurilor de patrimoniu pot lucra n depozite, necropole sau sunt pui n situaia de a face investigaii n locuri puternic contaminate de unii ageni patogeni. Acetia trebuie s contientizeze c pot apare riscuri mari de contaminare cu sporii foarte rezisteni ai unor ageni patogeni, aa c trebuie s respecte cu strictee regulile de igien atunci cnd preleveaz diferite probe, fac observaii ecologice sau prelucreaz tiinific probele. Cursul Biologia n conservarea operei de art st la baza cursului de Etiopatologia operei de art, care urmeaz s apar n curnd. Cunoscnd care sunt presiunile la care sunt supuse bunurile de patrimoniu din ara noastr i ct de mare este nevoia de specialiti care s asigure conservarea acestui tezaur naional, sperm s fie ct mai mare numrul celor care vor mbria meseria de conservatori ai bunurilor de patrimoniu (operei de art). Autorii

REGNUL MONERA

Include toate organismele procariote. Prin procariote nelegem, de fapt, Bacterii. n conceptul de Bacterii vom cuprinde i aa-numitele alge albastre-verzi sau Cyanophyceae, care sunt Cyanobacterii.

BACTERIABacteriile sunt organisme primordiale. Dimensiunile lor variaz ntre 0,125-0,250 m (1 m = 1 = 0,001 mm) la Mycoplasma i peste 500 m la unele bacterii filamentoase. nmulirea bacteriilor se face prin diviziune simpl. Exist i un fenomen de parasexualitate sau protosexualitate. Acest proces const ntr-un transfer de material genetic. Donatorul este considerat mascul, iar primitorul femel. Bacteriile sunt unicelulare. Ele pot forma ns i structuri coloniale. La Beggiatoa i Sphaerotilus coloniile sunt filamentoase. Apariia formelor coloniale reprezint o tendin ctre pluricelularitate. La unele cianobacterii (Nostoc, Anabaena etc.) apare o difereniere structural i funcional a celulelor n cadrul coloniilor. Se stabilesc chiar legturi ntre celule, prin plasmodesme, care fac posibil transferul de nutrieni ntre celulele coloniei. Totui, la procariote nu ntlnim forme pluricelulare. Bacteriile sunt cele mai vechi organisme de pe Terra, cu o vechime de peste 3,8 miliarde de ani. Supravieuirea lor ar putea fi explicat prin dimensiunile mici, metabolismul foarte intens i prin capacitatea de multiplicare rapid. A fost determinat i de diferenierea funcional care a prut i s-a accentuat n timp. O foarte mare parte din timpul geologic Terra a fost populat numai de procariote. Diferenierea ecologic n productori, consumatori i descompuntori a fcut posibil supravieuirea lor. Productorii sunt reprezentai de bacteriile foto- i chemoautotrofe, consumatorii de bacteriile heterotrofe, iar o mare parte dintre bacterii sunt descompuntoare de substane organice. Diferenierea funcional a procariotelor a reprezentat condiia esenial a durabilitii lor. Evoluia a condus, prin apariia eucariotelor, la diferenierea funcional mult mai ampl i mai subtil a organismelor.

Dimensiunile bacteriilorCele mai mici bacterii aparin genului Mycoplasma 125-250 nm, iar cele mai mari pot ajunge pn la 500 m, ca Saprospira grandis. Cele mai mici bacterii sunt cam de dimensiunile unor virusuri mai mari (Poxvirus).

Caracteristicile structurale ale bacteriilorDei bacteriile au fost puse n eviden nc din 1675 de ctre Leeuwenhoek, conceptul de bacterie a prins contur abia n deceniul al aptelea al secolului XX. Stanier a demonstrat c lumea bacteriilor este caracterizat prin unitatea structural comun celula procariot. Forma bacteriilor este determinat genetic i variaz foarte mult, unele elemente structurale constituind criterii taxonomice de difereniere a speciilor i a taxonilor superiori. Dup forma celulelor i a modului lor de grupare dup diviziune deosebim: bacterii sferice (coci), bacterii cilindrice (bacili), bacterii spiralate sau elicoidale, bacterii filamentoase i bacterii ptrate (fig. 1.1). Cocii sunt bacterii sferice, ovoidale sau elipsoidale, unele forme fiind neregulate (fig.1.2.), diametrele celulei fiind oarecum egale. Dup aranjamentul celular n urma diviziunii deosebim mai multe tipuri de coci: - cocul simplu, la care celulele rmn izolate dup diviziune; - diplococul, la care celulele rmn unite dou cte dou (Streptococcus pneumoniae); - streptococul, la care celulele se dispun n lanuri cu lungimi variabile, asemntoare cu iragurile de mrgele (Streptococcus pyogenes); - tetracocul sau tetrada, la care celulele sunt dispuse n grupe de cte patru, n urma a dou diviziuni succesive perpendiculare (Micrococcus tetragenus); - sarcina, la care celulele sunt grupate n cuburi sau pachete de cte 8 celule (Sarcina aurantica); stafilococul, la care celulele se dispun sub form de ciorchine (Staphylococcus aureus). Bacteriile cilindrice se mai numesc bacili i au aspectul unor bastonae. Bacilii pot fi retezai la capete sau rotunjii, putnd avea aspecte diferite: cocobacili atunci cnd sunt rotunjii la capete i au aspect sferic-ovalar; pot avea capetele drepte ca la Bacillus anthracis, sau ascuite, cptnd aspect fusiform, ca la Fusobacterium fusiformis. Dup dispunerea bacililor n spaiu putem deosebim: - bacili simpli, care rmn izolai dup diviziune; - diplobacili cnd sunt grupai cte doi;12

-

streptobacili cnd sunt asamblai n lanuri de diferite lungimi; bacilii se pot dispune i n palisad (ca zbrelele unui gard) sau n rozet.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 14

15 12 13 Fig. 1.1. Tipuri principale de bacterii: 1-2. Micrococcus aureus; 3. M. gonorrhoeae; 4. M. tetragenus; 5. Sarcina ventriculus; 6. Planococcus roseus; 7. Microspira comma; 8. Bacillus anthracis; 9. Myobacterium tuberculosis; 10. Bacterium typhii; 11. B. subtilis; 12. Planosarcina mobilis; 13. Spirillum tenue; 14. Spirochaete plicatilis; 15. S. pallida (dup N. Topal, 1980) (a) (b)

(c) (d) (e)

Fig. 1.2. Variante de aranjare a cocilor, n funcie de planurile de diviziune: a. diplococi; b. streptococi; c. tetrad; d. sarcin; e. stafilococi 13

Bacteriile spiralate sau elicoidale sunt, la rndul lor, de trei tipuri: - vibrionul, care are form de virgul (Vibrio cholerae); - spirilul, n form de spiral rigid cu mai multe spire (Spirillum volutans); - spirocheta, n form de spiral flexibil, care se poate strnge sau relaxa i are mai multe spire (Treponema, Leptospira). Bacteriile filamentoase se aseamn mult cu fungii deoarece formeaz un fel de hife ramificate, dnd aspect de miceliu, aa cum ntlnim la actinomicete (fig. 1.3). La Sphaerotilus natans, filamentul este format din dispunerea celulelor n lanuri, intuite printr-o plac comun.

Miceliu aerian Miceliu de substrat

Fig. 1.3. Reprezentarea schematic a unei seciuni verticale prin centrul unei colonii de Streptomyces coelicolor n momentul maxim al sporulrii. Celulele intacte sunt reprezentate n negru, iar cele n curs de dezintegrare sau complet lizate n alb (dup Zarnea, 1983)

Bacteriile ptrate au forma unor cuburi. Celulele sunt unite printr-o teac. Uneori celulele sunt dispuse neregulat n interior.

Structura celulei procarioteCelula procariotelor are o structur caracteristic. La exterior se gsete un perete celular care nvelete membrana citoplasmatic i care se deosebete prin compoziia chimic de peretele celulozic al celulei vegetale. La exteriorul acestui perete se poate gsi i o capsul. Citoplasma conine un numr mare de ribozomi, care au rol n sinteza proteinelor. Nu se gsesc alte organite, iar nucleul este lipsit de o membran nuclear proprie. Pentru deplasare prezint flageli sau pili (fig. 1.4). innd cont de peretele celular constituenii celulei procariote (bacteriene) pot fi grupai n dou categorii: - extraparietali: - capsula, stratul mucos, glicocalixul, spinii, flagelii, fimbriile i pilii;14

- intraparietali: - membrana plasmatic, mezosomii, citoplasma, nucleoidul, ribosomii, aparatul fotosintetic, sporul, vacuolele, rhapidosomii, magnetosomii, incluziunile.Spor Capsul Perete celular Membran plasmatic Ribosomi Pili Vacuole Incluziune Material nuclear (nucleoid) Citoplasm Mezosom Flageli

Fig. 1.4. Structura unei celule bacteriene tipice (dup C. Mzreanu, 1999)

Peretele celularAcoper membrana citoplasmatic i poate s fie, la rndul su, acoperit de o capsul sau de un strat mucos. Peretele celular reprezint 15-30% din greutatea uscat a celulei bacteriene. Este rigid i asigur forma celulei. Rigiditatea peretelui este dat de prezena unui peptidoglican mureina. Peretele celular este organizat dup cele dou tipuri de bacterii: Gram pozitive i Gram negative. La bacteriile Gram pozitive peretele celular este format dintr-o ptur de murein i acid teicoic n proporii aproape egale, fr delimitri distincte. Urmeaz spaiul periplasmatic i apoi membrana celular citoplasmatic (plasmalema) (fig. 1.5). Acidul teicoic joac rol n activitatea i stabilitatea membranei citoplasmatice. La bacteriile Gram negative peretele celular este mult mai subire, ns cu o structur mai complex: - un nveli extern (manon extern) cu structur tristratificat, gros de 9-13 nm, format din lipoproteine i lipopolizaharide; - urmeaz ptura de murein care este subire i vine n contact mai mult sau mai puin, n funcie de specii, cu nveliul extern;

15

- spaiul periplasmatic, care face legtura cu membrana citoplasmatic (plasmalema). Manonul extern este responsabil de specificitatea antigenic (fig. 1.6).

peretele format din peptidoglican plasmalema

Fig. 1.5. Structura peretelui la bacteriile Gram-pozitive (dup Levin) protein

lipoproteine i lipopolizaharide peptidoglican plasamalema

Fig. 1.6 Structura peretelui la bacteriile Gram-negative (dup Levin)

Peretele celular are rol n meninerea formei normale a celulei i protejarea ei mpotriva factorilor nefavorabili de mediu. Peretele celular particip la diviziunea celulei formnd septul parietal transversal. Unii constitueni ai peretelui celular au rol de receptori pentru fixarea bacteriofagilor. Mycoplasmele sunt lipsite de perei celulari. Ele acioneaz ca parazii intracelulari. Mureina are rol n meninerea formei celulei i asigurarea rigiditii peretelui celular. Mureina este atacat i hidrolizat de lizozim. Dac ntr-o cultur de bacterii adugm lizozim are loc depolimerizarea mureinei, peretele i pierde rigiditatea, iar celulele devin sferice. Bacteriile Gram pozitive tratate cu lizozim pierd peretele celular, iar celula rmne delimitat numai de membrana citoplasmatic. Aceste celule se numesc protoplati. La bacteriile Gram negative lizozimul distruge doar ptura de murein, iar manonul extern rmne intact. i aceste celule bacteriene devin sferice i se16

numesc sferoplaste. Sferoplatii se obin i prin tratarea bacteriilor Gram negative cu penicilin. Spre deosebire de sferoplati, protoplatii se multiplic numai n medii solide, nu i lichide.

Membrana citoplasmaticAder la peretele celular i delimiteaz citoplasma la exterior. La microscopul electronic are o structur tristratificat, caracteristic tuturor membranelor celulare. Grosimea membranei este de 7,5-10 nm, este format din 40-70% proteine, 15-40% lipide i 10-20% glucide. Modelul de structur se propune a fi cel imaginat de Singer-Nicolson, 1972 modelul mozaicului fluid (fig. 1.7).

Fig. 1.7. Evidenierea structurii membranei plasmatice, de-a lungul planului central (dup Staehlin i Hull, 1979)

Fosfolipidele formeaz un film fluid, discontinuu, n care plutesc proteine globulare. Glucidele interacioneaz cu proteinele sau cu fosfolipidele. Prin proprietile sale de permeabilitate controleaz ptrunderea i ieirea din citoplasm a diferitelor substane. Sistemele enzimatice, aa-numitele permeaze, asigur ptrunderea unor substane nutritive. Aceste sisteme permit bacteriilor s concentreze n citoplasm cantiti mari de substane. Membrana citoplasmatic prezint numeroase invaginri veziculare, tubulare sau lamelare, care ptrund n citoplasm i care mpreun cu membrana formeaz sistemul membranar unic (unit membrana). Se poate stabili un raport direct ntre suprafaa total a membranei i activitatea metabolic a celulei. Invaginrile membranei poart numele de mezosomi. Se prezint ca nite pungi formate de membrana citoplasmatic i pot conine lamele membranoase, tubuli sau vezicule. Mezosomii conin unul sau mai muli tubuli nrulai n punga pe care o formeaz (fig. 1.8). Mezosomii sunt mai numeroi i mai bine pui n eviden la bacteriile Gram-pozitive, la cele Gram-negative sunt mai greu de observat.17

Mezosomii se formeaz prin invaginarea membranei celulare n zona n care creterea membranei este mai rapid dect a peretelui celular. De mezosomi se fixeaz genomul bacterian. La bacteriile Gram negative mezosomii sunt mai puin dezvoltai. Au forma unor membrane nrulate. La Caulobacter i Achromobacter s-au pus n eviden mezosomi asemntori cu cei de la bacteriile Gram pozitive. Membrana citoplasmatic are rol energetic, coordoneaz creterea i diviziunea celular, iniiaz replicarea cromozomului bacterian i asigur separarea cromozomilor fii prin formarea septului transversal de diviziune.Situs de legare genom Sac mezosomal Mediu extern Citoplasm Cisterna tubului

Membrana protoplastului Perete celular Fig. 1.8. Structura schematic a mezosomului bacterian (dup G. Zarnea, 1983)

CitoplasmaReprezint un sistem coloidal complex, format din proteine, glucide, lipide, ap, sruri minerale i o serie de alte substane care variaz cantitativ i calitativ n funcie de starea funcional i de vrsta celulei. Este o mas hialin, omogen, amorf, intens colorabil care ader strns la membrana citoplasmatic. n citoplasm se gsesc ribozomi i granulaii difereniate. Coninutul n ARN i confer proprieti bazofile. Chiar dac exist cureni citoplasmatici acetia sunt foarte slabi.

Materialul nuclear sau nucleul bacterianNucleul bacterian are o form primitiv de organizare ca urmare a lipsei unei membrane proprii. Datorit lipsei membranei proprii materialul nuclear este numit n mod diferit: nucleoid, nucleosom, material nuclear, nucleoplasm, echivalent nuclear sau chiar nucleu, prin analogii funcionale cu cel de la eucariote. Este mai corect s nu folosim noiunea de nucleu bacterian pentru a nu estompa diferena radical dintre procariote i eucariote. Materialul genetic bacterian nu este protejat de o membran nuclear.18

Materialul nuclear este localizat n regiunea central a celulei. Apare ca o zon mai clar i cu o densitate mai mic dect cea a citoplasmei. Regiunea nuclear este format din fibrile fine cu diametrul cuprins ntre 2,0 i 5,0 nm care fac parte din cromozomul bacterian. Cromozomul bacterian, numit i nucleosom, genofor sau lineom este format dintr-o singur molecul de ADN dublu catenar, care este de 1000 de ori mai mare dect lungimea celulei. Structura cromozomului poate fi diferit, realizndu-se o mpachetare a filamentului de ADN dup modelul Worcel i Burgi (1972) sau Pettijohn (1974). Cromozomul bacterian are un aspect circular, diametrul ajungnd pn la 350 m. Privit n seciune apare format dintr-un numr de 40-100 de bucle mari, care sunt unite la baz prin filamente de ARN. Fiecare bucl apare (n seciune) ca fiind format din bucle superhelice, la care putem pune n eviden helixul format de macromolecula de ADN (fig. 1.9).A pliere formare de superhelice incizie monocatenarreacie parial a DNazei reacie parial a RNazei

B

ARN

D

C

E

Fig. 1.9. Structura cromosomului la bacterii (dup Zarnea, 1983)

Cromozomul bacterian are informaia genetic necesar pentru procesele metabolice de biosintez, cretere i diviziune celular i pentru asigurarea arhitecturii celulei i a evoluiei sale.

RibosomiiSunt formaiuni nucleoproteice intracitoplasmatice cu form stabil. Se caracterizeaz prin constanta de sedimentare la centrifug, msurat n uniti S (Svedberg) i prin capacitatea de a participa la sinteza proteinelor in vitro. La procariote se gsesc n citoplasm, n faza de cretere activ, 1500100000 de particule ribosomale, avnd constanta de sedimentare de 70S (g.m. 3 x19

106 dal). Aceste particule au tendina de a se disocia rapid n dou subuniti mai mici, inegale cu constantele de sedimentare de 30 S i 50 S. Mrimea i stabilitatea ribosomilor este dat de concentraia ionilor de 2+ Mg i K+. Ribosomii 70 S, caracteristici celulelor procariote se disociaz reversibil n prezena unei concentraii reduse de Mg2+, n cantiti stoichiometrice de subuniti 30 S i 50 S, i se reasambleaz atunci cnd concentraia Mg2+ crete, dup relaia: 70 S 30 S + 50 S. Subunitatea mic are trei regiuni: un cap, o baz i o platform. Subunitatea mare are o protuberan central, un peduncul i o creast (fig. 1.10).protuberan central despictur cap platform

baz Subunitate mic cap

+

Subunitate mare protuberan creast central vole

ribosom

platform

+

peduncul

Fig. 1.10. Reprezentarea schematic a subunitilor ribosomale 30 S i 70 S (dup Zarnea, 1983)

Ribosomii au rol esenial n traducerea informaiei genetice, funcionnd ca adevrate uzini de proteine. Pentru aceast activitate cele dou subuniti sunt asociate i combinate cu ARNm i ali componeni. n biosinteza proteinelor ribosomii se asociaz (4-50 ribosomi) i formeaz poliribosomi sau ergosomi, permind ca lanul polipeptidic s creasc n lungime.

Aparatul fotosinteticEste format de un ntreg de structuri membranare particulare care asigur conversia energiei luminoase n energie chimic. La bacterii aparatul fotosintetic este localizat n complexul membranei plasmatice la nivelul unor invaginri, vezicule i sisteme lamelare (fig. 1.11). La bacteriile sulfuroase roii (Thiorhodaceae) aparatul fotosintetic este format din diferite tipuri de structuri:20

- vezicule membranoase simple situate la extremitile celulei; - membrane tubulare ce formeaz o reea tridimensional; - pachete sau fascicule de lamele. La bacteriile sulfuroase roii, Athiorhodaceae aparatul fotosintetic este format din: - vezicule membranare rspndite n citoplasm; - sisteme lamelare simple dispuse n pachete la periferia celulei; - sisteme lamelare complexe dispuse n inele concentrice n jurul celulei. La bacteriile verzi (Chlorobium) se gsete un sistem de vezicule mari fr legturi cu membrana celular.Peretele celular Vezicule Membrane Membrana membranoase tubulare fotosintetic Membrana Vezicula plasmatic

Sistem lamelar Unitate tilacoid extern

a b Vezicule membranoase

c

d Sistem lamelar complex

e

f

Sistem lamelar simplu

g

Fig. 1.11. Structura aparatului fotosintetic la bacterii: a. Chlorobacteriaceae, b., c., d. Thiorhodaceae, e., f., i g. Athiorhodaceae (dup Zarnea, 1983)

Cianobacteriile au aparatul fotosintetic format dup dou tipuri: - o structur similar cu a cloroplastului eucariotelor, fiind format din saci membranoi turtii (tilacoizi), separai de membrana celular. Ficobiliproteinele care capteaz lumina formeaz un irag de granule, numite ficobilisomi ataai pe suprafaa membranei externe a tilacoizilor; - la alte specii (Gloeobacter violaceus) aparatul fotosintetic se aseamn cu cel al bacteriilor verzi o membran cu structur simpl, iar ficobilinele sunt localizate ntr-un strat continuu.21

Vacuolele Apar la nceput ca nite caviti mici, ns se mresc progresiv i sunt mpinse spre poli. Vacuolele formeaz tonoplastul. Sunt delimitate de o membran lipoproteic unistratificat. Deosebim dou tipuri de vacuole: - vacuole cu suc celular, care conin substane organice dizolvate i unele substane minerale; - vacuole cu gaz, ntlnite la bacterii fotosintetizante mai ales la unele bacterii acvatice. Conin probabil i azot rezultat din metabolism sau provenit din aer. Vacuolele cu gaz pot avea rol i n flotaie. Incluziunile Sunt formaiuni inerte care apar n citoplasm mai ales la sfritul perioadei de cretere activ a celulelor. Dup structura lor putem diferenia dou tipuri: - incluziuni nconjurate de membrane (carboxizomii i incluziunile de poli--hidroxibutirat); - incluziuni nenconjurate de membrane (granule de cianoficine, incluziuni de polifosfat, incluziuni parasporale etc.). Incluziunile sunt formaiuni cu importan n activitatea metabolic a celulei bacteriene. Cele mai multe sunt substane de rezerv. Rhapidosomii Sunt particule ribonucleoproteice care apar sub form de bastonae situate intra- sau extracelular. Apar sub forma unor structuri tubulare submicroscopice, cu un canal central n care ptrunde substana de contact electronopac. Conin proteine i ARN, cu o structur helical, sunt lipsite de toxicitate i neinfecioase pentru alte bacterii. Au fost comparai cu microtubulii de la eucariote. Magnetosomii sunt incluziuni care conin fier i sunt rspunztori de fenomenele de orientare i migrare sub influena cmpurilor magnetice slabe.

Constituenii extraparietali ai celulei bacterieneCapsula i stratul mucos n anumite condiii de mediu unele bacterii pot sintetiza, un material macromolecular gelatinos, vscos care poate difuza n mediul nconjurtor. Putem deosebi diferite forme de structur: - Microcapsul, cu o grosime de 0,2 m, n care substana mucoid alctuiete un strat foarte fin n jurul celulei bacteriene; - Capsul sau macrocapsul, cu grosimi mai mari de 0,2 m, care se prezint ca o formaiune distinct i nvelete fiecare celul sau o pereche de celule;22

- Stratul mucos, apare ca o mas amorf, care se dispune n jurul celulei bacteriene; - Zooglea (masa zoogleic) leag ntre ele, prin fibrile extracelulare, mai multe celule, formnd colonii mucilaginoase. Capsula nu este o component structural constant i esenial a celulei deoarece una i aceeai specie poate prezenta sau nu capsul. La Diplococcus pneumoniae tulpinile capsulate sunt patogene deoarece nu sunt fagocitate, iar cele necapsulate sunt lipsite de patogeneitate i fagocitabile. Glicocalixul Este format dintr-o mas de filamente polizaharidice ataate de lipopolizaharidele de pe suprafa. Poate cpta aspectul unei psle situate la suprafaa celulei. Servete la fixarea bacteriilor pe diferite substraturi. Flagelii sau cilii Unele bacterii prezint organite speciale cu ajutorul crora pot s se deplaseze: cili sau flageli. Numrul i poziia lor variaz. n funcie de numrul de cili i de poziia lor putem deosebi diferite tipuri de bacterii: - monotriche, cu un singur cil polar (Vibrio chlolerae, Pseudomonas spinosa); - amfitriche, cu cte un cil la fiecare pol (Bacillus megaterium); - lofotriche, cu cte un smoc de cili la un pol sau la ambii (Pseudomonas cyanogenes); - peritriche, cu cili pe toat suprafaa celulei (Proteus vulgaris). Flagelii sunt alctuii din 3 structuri principale (G. Zarnea, 1983): - corpul bazal, care funcioneaz ca un motor rotativ al crui ax de transmitere (bastonaul) este conectat cu filamentul helical printr-un crlig, care servete ca articulaie flexibil; - crligul (articulaia flexibil) care face legtura ntre axul de transmitere al motorului i al filamentului flagelului; - filamentul helical extracelular care asigur micarea (fig. 1.12). Pilii i fimbriile Sunt apendice filamentoase neflagelate, ajutnd la transferul cromozomului bacterian n conjugare. Au rol i de receptori specifici de fagi. Servesc la realizarea fenomenului de conjugare prin realizarea punii de legtur dintre cele dou celule. Fimbriile sunt apendice filamentoase vizibile doar la microscopul electronic, dispuse pericelular, uni- sau bipolar, alctuite din molecule de fimbrilin. Au origine intracelular, ca i pilii, deoarece dup ndeprtarea peretelui celular rmn legate de protoplati i sferoplati. Au rol n activitatea respiratorie i n creterea suprafeei de absorbie a substanelor nutritive.23

Spinii sau spiculele bacteriene sunt apendice pericelulare, rigide, tubulare prezente la unele bacterii Gram negative. Sunt alctuite dintr-un filament rsucit helical astfel c formeaz o structur tubular. Sunt legai de suprafaa membranei externe a peretelui celular.Corp bazal Corp bazal Membran

Membran

Flagel Microtub dublu Microtub central dublu B

Flagel

A Fig. 1.12. Flagelii i cilii la eucariote: A structura flagelului; B seciune prin cilii De la Protozoare (Tetrahy mena)

Sporul bacterianLa unele bacterii forma vegetativ se poate transforma, n condiii neprielnice, ntr-un spor. Sporul este o formaiune intracelular, metabolic inactiv, refringent nzestrat cu caliti de rezisten la temperaturi extreme, uscciune, radiaii, substane chimice etc. La bacterii putem diferenia 4 tipuri de spori: Endosporul sau sporul propriu-zis este o formaiune intracelular refringent i rezistent la factorii de mediu. Celula bacterian care formeaz un endospor se numete sporangiu. Artrosporul este o formaiune intracelular cu o rezisten mai mic dect a endosporului. Se formeaz n urma fragmentrii celulei vegetative. Chlamidosporul sau microchistul se formeaz prin ngroarea peretelui celulei vegetative i acumularea substanelor de rezerv. Celula este mai rezistent, dar nu are caracteristicile unui spor adevrat. Gonidia este o formaiune intracelular sferic provenit din fragmentarea coninutului celular i condensarea lui. Se formeaz mai multe gonidii, iar prin ruperea peretelui celular (a gonidangiului) se elibereaz n mediu.24

Structura sporuluiEste mai mult sau mai puin asemntoare la toate bacteriile i prezint tunicile sporale, constituite din trei straturi diferite suprapuse (fig. 1.13): exina la exterior, intina la interior i un strat mijlociu care le separ. Reprezint 20-30% din greutatea uscat i conin 80% din proteinele sporale.perete celular exin strat intermediar intin cortex membrana sporoplasmei sporoplasma

citoplasma celulei Fig. 1.13. Structura sporului bacterian (dup C. Mzreanu, 1999)

Sub nveliul sporal se gsesc: - cortexul situat sub tunica intern sporal, conine acid dipicolinic care d termorezisten i reprezint 10-20% din greutatea uscat; - membrana sporoplasmei, care este membran citoplasmatic a celulei; - sporoplasma, care reprezint 60-70% din greutatea uscat a sporului. Este citoplasma celular cu coninutul su caracteristic (ribosomi, nucleoplasma). ADN-ul sporal reprezint 35-54% din cantitatea existent n celula vegetativ. Se gsete i ARN ribosomal, dar lipsete ARN mesager. La unele bacterii la suprafaa sporului se poate gsi i un strat extern mucos, numit exospor (exosporium) (fig. 1.14), cu o structur simpl sau complex (format din mai multe straturi bine conturate).exospor stratul peticelor ]ncruciate stratul cu scobitori stratul de sub nveli membrana extern a presporului cortex peretele celulei germinate

membrana inetrn a presporului poriune central a sporului

Fig. 1.14. Reprezentarea schematic a straturilor sporilor maturi de Bacillus cereus. Sgeile duble indic planurile de clivare cel mai des ntlnite dup ngheare-fracturare (dup Aronson i Fitz-James, 1976) 25

SporogenezaTransformarea celulei bacteriene n spori reprezint sporogeneza. Putem deosebi 6-7 stadii (fig. 1.15). Stadiul I (durata 0-1,5 ore): cei doi nucleoizi formai n urma unei diviziuni nucleare fr diviziunea celulei se contopesc; Stadiul II (durata 1,5-2,5 ore) filamentul de cromatin se separ formnd doi cromozomi: unul migreaz spre un pol, unde va fi nchis printr-un sept pentru a forma sporul; Stadiul III (durata 2,5-5 ore) formarea protoplastului sporal care se acoper cu o membran dubl, rezultat din creterea membranei celulare a sporangelui; Stadiul IV (durata 4,5-6 ore) are loc formarea peretelui celular peptidoglicanic, al viitoarei bacterii iar cortexul sporal devine refringent. ncepe sinteza acidului dipicolinic; Stadiul V (durata 6-7 ore) formarea nveliurilor sporale prin depozitarea de proteine i cistin; Stadiul VI (durata 7-8 ore) are loc maturarea sporului, i asigurarea rezistenei acestuia; Stadiul VII corespunde eliberrii sporului. Germinarea sporului Se realizeaz n trei faze: activarea, iniierea germinrii i creterea postgerminal. Activarea nu este nsoit de modificri morfologice observabile. Ca ageni activatori intervin unii factori ai mediului.

perete membrana septum celular plasmatic ADN membrane prespor peptidoglican nveliul endosporului endospor liber Fig. 1.15. Procesul de sporogenez la bacterii (dup C. Mzreanu, 1999)

26

Iniierea germinrii se caracterizeaz prin apariia unor modificri morfologice: - se mrete volumul cu circa 20%; - se pierde refringena; - cortexul i tunicile se tumefiaz; Creterea postgerminal necesit prezena unor substane nutritive i obinerea proceselor de biosintez. Se sfrete n momentul n care celula vegetativ rezultat intr n prima diviziune. Dezintegrarea structurilor sporale se face gradat i se desvrete n faza de cretere.

CLASIFICAREA BACTERIILORSubregnul Monera este mprit n dou subregnuri: Arachaea i Eubacteria

Subregnul ARCHAEACuprinde bacterii ancestrale care triesc n medii extreme i care rezist la condiii neprielnice. Prezint acid muramic n structura peretelui celular i nu formeaz peptidoglicani. Au fost numite Archaebacteria. n diviziunea Mendosicutes sunt cuprinse dou ncrengturi: Euarchaeota i Crenarchaeota. ncrengtura EUARCHAEOTA Aici sunt ncadrate bacteriile metanogene si cele halofile. Se deosebesc ntre ele prin caracteristici structurale i funcionale, ns au la baz secvene similare de ARNr. Bacteriile metanogene populeaz lumea apelor de canalizare, se gsesc n unele sedimente marine, n tractusul digestiv al unor mamifere rumegtoare i n intestinul unor insecte xilofage. Cele mai multe specii produc gaz metan (gazul de balt), de unde le vine i numele. Methanobacterium ruminantum, triete ca endosimbiont n stomacul rumegtoarelor. Metanolobus vulcani populeaz craterele vulcanice abisale. Bacteriile halofile triesc n ape cu concentraii foarte mari de sruri minerale Halobacterium salinarium. Natronobacterium pharaonis triete n ape alcaline extreme, soda lakes, la un pH de 9,5.27

ncrengtura CRENORCHAEOTA (Termoacidophile) Bacterii care triesc n apele sulfuroase din abisurile oceanice, n unele hot springs, n sursele geotermale, n unele gheizere fierbini, n conurile vulcanice submarine nc active etc. Sulpholobus triete n apele fierbini la 90 C i la un pH de 1 sau 2. Thermoplasma conine un ADN mbrcat n proteine bazice asemntoare proteinelor histonice de la eucariote. Speciile acestui gen sunt considerate ca fiind ancestori ai eucariotelor prin structura nucleocitoplasmei. Pyrobolus triete n ape fierbini la 113 C.

Subregnul EUBACTERIAAici sunt ncadrate celelalte bacterii. n diviziunea Gracilicutes sunt cuprinse bacterii Gram-negative cu un perete celular complex structurat care conine peptidoglican i acid muramic. ncrengtura PROTEOBACTERIA (Bacterii purpurii) grupeaz bacterii clasificate dup ARNr 16S i dup aspectul morfologic. Prezint mai multe grupe de bacterii notate cu literele greceti , , i . Unele specii sunt deosebit de importante fiind ntlnite n apele cu o mare ncrctur organic, n intestinul unor animale i chiar la om: Escherichia, Salmonella, Shigella, Enterobacter etc. Proteobacteriile sunt foarte heterogene. Unele bacterii coloniale oxideaz fierul sau magneziul. Gluconobacter i Acetobacter oxideaz etanolul la acid acetic, iar unele bacterii chemolitoautotrofe reduc azotaii compui (Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus) sau oxideaz amoniacul la nitrii (Nitrosomonas, Nitrospira, Nitrosolobus). Thiobacillus oxideaz sulfurile, iar Thiobacillus ferrooxidans oxideaz compuii feroi. ncrengtura SPIROCHAETAE cuprinde bacterii rsucite n spiral: leptospire, spirochete i pillotine. Unele specii de Leptospira triesc ca parazii n tubii renali ai mamiferelor. Treponema pallidum este agentul patogen al sifilisului, iar Borrelia recurentes provoac febra recurent la om i la animale. ncrengtura CYANOBACTERIA Cianobacteriile au o larg rspndire n ecosistemele terestre, umede i acvatice. Triesc la suprafaa solurilor, a stncilor, pe scoara copacilor, pe construciile din piatr i din lemn deteriornd substratul pe care se fixeaz. Multe specii produc biodeteriorarea unor obiecte de patrimoniu. Se localizeaz pe diferite straturi expuse n aer liber, fie c sunt din lemn, piatr, marmur sau alte suporturi minerale. Mult vreme au fost considerate alge i numite alge albastre sau alge albastre-verzi. Sunt unele dintre cele mai vechi organisme capabile de28

fotosintez. Se gsesc resturi fosile din straturile precambriene, mai vechi de dou miliarde de ani. Prezena clorofilei a, a ficocianinei, a ficoeritrinei, a carotenoizilor i a alloficocianinei a condus la plasarea lor n lumea algelor. Lipsa unui nucleu adevrat, a plastidelor i a reproducerii sexuate probeaz ns apartenena lor de lumea bacteriilor, deci a procariotelor. Cyanobacteriile au celulele alungite, globulare sau turtite, care triesc izolat sau sunt grupate n colonii formate din filamente aciculare numite trichome (trichociti) (fig. 1.16).

Fig. 1.16. Trichocitii de la Rivularia dura

Celulele pot prezenta un perete de protecie de natur celulozic, impregnat la unele specii cu substane minerale. Celulele pot fi nvelite de o capsul sau teac gelatinoas, care prezint importan nu numai n protecie, ci i n formarea coloniilor (fig. 1.17). Teaca gelatinoas poate prezenta diferii pigmeni precum: albastru, brun, rou, violet, verde, galben-auriu etc. Celulele nu prezint flageli, iar micarea poate fi asigurat prin oscilaii frecvente, care produc un proces de alunecare.

Fig. 1.17. Bacterii capsulo-gelatinoase 29

Talul este primitiv (arhetal) i poate fi liber, flotant sau poate fi fixat pe un substrat. Protalul este format la ordinul Pleurocapsales din filamente telomice (care se dezvolt dintr-o celul iniial, apical). Pot fi diferite tipuri de ramificaii: adevrate, cnd o celul se mparte printr-un perete paralel cu axul filamentului, ca la Stigonema i la Haplosiphon, fals, cnd filamentul se mparte transversal, iar alungirea sa este mai rapid dect a tecii; falsa ramificaie se datoreaz unei diviziuni n trichomii fii, care nu se separ fiind inui mpreun de teaca trichomilor mam. Ei perforeaz teaca i dau aparena de ramificaii. Protalurile pot conine celule speciale, heterociti (celule vegetative cu perei difereniai) (fig. 1.18). nmulirea se realizeaz prin diviziune binar i prin fragmentarea filamentelor n uniti mai mici numite hormogoane. Multe specii formeaz spori.1 2 h h ac Fig. 1.18 Heterocitii: 1. Anabaena circinalis, 2. Gloeotrichia natans, 3. Partea bazal a unui Filament cu heterocist i o celul alungit la Gloeotrichia salina ac=achinet, h=heterocist (dup Fott, 1963) 3 ac h

Cele mai multe specii sunt acvatice, sunt ns i multe specii terestre, care triesc pe diferite tipuri de soluri, pe ziduri, pe stnci de calcar sau pe gresii. Pot fi specii epilitice sau endolitice. Dau natere la asociaii vegetale mpreun cu unele alge, muchi i licheni formnd aa-numitele bioderme vegetale. Aceasta determin biodeteriorarea substratului ca urmare a secreiei unor acizi (oxalic, aspartic, gluconic, citric etc.). Sporii pot fi unicelulari (coccospori) sau pluricelulari (hormospori). Dup modul de formare deosebim: endospori, care se formeaz n interiorul celulei mam; exospori, care se formeaz printr-o serie de diviziuni transversale ale celulei mam i se elimin prin vrful acesteia; heterocitii, care sunt celule cu o membran groas, cu coninut omogen; hormosporii (hormogoanele), sunt fragemente de filamente pluricelulare fixate printr-o membran comun, care se desprind de tot i formeaz o nou colonie (fig. 1.19); achineii, care sunt formai dintr-o grupare de celule acoperite de o membran groas, pluristratificat, care asigur rezisten la condiiile nefavorabile.30

h h hc

h

hc 1 fv het 2 ft Fig. 1.19. Hormospori. 1. Pulvinularia suecica, 2. Amphithrix violacea, 3. Westiella lanosa, 4. Lyngbya contorta. ft=filamente trtoare, fv=filamente verticale, h=hormogoane, hc=hormociti, het=heterociti (din Chadefaud, 1960) 4 3

Ordinul Chroococcales Cuprinde forme unicelulare sau coloniale, la care nu exist deosebire ntre vrf i baz. Prezint arhetal i coccospori. La unele specii ncep slabe diferenieri cu pseudofilamente scurte, liniare sau tubuloase. Familia Chroococcaceae Talul este unicelular, format din celule sferice nedifereniate sau forme coloniale cu celulele, de asemenea, nedifereniate, fr o dispunere strict liniar a celulelor. Celulele sunt unite printr-o teac gelatinoas amorf sau stratificat. Gloeocapsa Ktzing Specii coloniale ce se pot dezvolta n mas. Coloniile sunt formate din 2-8 celule nconjurate de nveliuri gelatinoase suprapuse, incolore sau colorate n galben, brun, albastru sau rou. Sunt specii de ap dulce, ns pot tri i pe soluri umede sau uscate, pe ziduri sau pe alte suporturi. Pe ziduri formeaz mase gelatinoase de culoare verde-albstruie. Gloeocapsa ralfasiana, G. chroococcoides (fig. 1.20.B). Chroococcus Ngeli Specii formate din celule sferice, grupate n colonii de 4, 8, 16 celule, nconjurate de o membran gelatinoas incolor sau glbuie. Sunt specii de ap dulce, dar triesc i n turbrii, n ape termale i pe diferite tipuri de soluri sau pe roci umede.31

Chroococcus turgidus (fig. 1.20.A)

A Fig. 1.20. A. Chroococcus turgidus; B. Gloeocapsa ralfsiana

B

Ordinul Pleurocapsales Cuprinde cianobacterii coloniale, cu colonii libere sau fixate, cu taluri nefilamentoase sau filamentoase. Celulele sunt nconjurate de o membran gelatinoas. nmulirea se realizeaz prin endospori. Familia Hyellaceae (Pleurocapsaceae) Cuprinde alge filamentoase uni- sau pluriseriate, cu cretere apical. Uneori formeaz o structur parenchimatoas. Celulele tinere se transform n sporociti ce vor forma endospori. Pleurocapsa Thuret & Hauck Specii endolitice, care formeaz cruste neregulate pe pietre. Baza filamentelor ptrunde n substrat (rizoizi endolitici) iar din acetia se ridic filamente uni- sau pluriseriale. Pleurocapsa rivularis, Pleurocapsa gelatinosa, Pleurocapsa fuliginosa (fig. 1.21)

A

B

Fig. 1.21. A. Pleurocapsa fuliginosa: partea superioara cu endospori i seciune transversal B. Pleurocapsa gelatinosa (Cynodermatium gelatinosum)

32

Ordinul Nostocales Cuprinde specii la care trichomii au sau nu heterociti. n mod obinuit teaca gelatinoas lipsete. n situaia n care exist o teac, aceasta cuprinde unul sau mai muli trichomi. Cnd nu se formeaz heterociti se pot forma hormogoane sau spori (hormospori). Familia Nostocaceae Trichomii sunt drepi sau ndoii, uneori spiralai, reunii n mnunchiuri plutitoare sau formnd colonii gelatinoase. Teaca gelatinoas este bine difereniat, sau este greu vizibil. Coloniile pot fi sferice, semisferice sau gelatinoase. Heterocitii sunt intercalari, mai rar terminali sau bazali. Nostoc Vaucher Prezint specii acvatice de ape stagnante sau curgtoare, ns i specii tericole, edafice sau de nisipuri. Se fixeaz pe ziduri umede, pe garduri sau pe statui formnd aa-numita verzeal a zidurilor. Trichomii formeaz colonii gelatinoase, de obicei macroscopice, mai rar microscopice. Nostoc minutum (fig. 1.22), Nostoc punctiforme f. populorum, Nostoc flagelliforme. Cylindrospermum Ktzing Cuprinde specii acvatice i terestre. Se fixeaz pe soluri umede sau uscate, pe nisipuri. Trichomii sunt drepi sau ndoii, fr teac gelatinoas sau rar cu o teac gelatinoas. Adesea se formeaz psle cu margini neregulate. Sporii sunt terminali, n contact direct cu heterocitii (fig. 1.23. 1 i 2). Cylindrospermum majus, Cylondrospermum licheniforme.B

A

B

C

Fig. 1.22. A. Nostoc minutum, B. Nostoc flagelliforme, C. Nostoc punctiforme f. populorum 33

Familia Scytonemataceae Specii cu filamente simetrice, cu pseudostratificaii de dou feluri: unilaterale i bilaterale. Trichomii sunt cte unul sau mai muli ntr-o teac gelatinoas. Scytonema Agardh Un gen de specii acvatice, dar i cu specii care triesc fixate pe malul praielor etc. Prezint o pseudoramificaie predominant dubl. Stratele tecii gelatinoase deseori cu aspect de plnie. Trichomii au celulele difereniate la capete, care se lesc sau aceeai grosime cu cele de la mijloc. Heterocitii sunt bazali sau intercalari. Scytonema mirabile, Scytonema ocellatum (fig. 1.23, 3 i4)

A 1

B

2

Fig. 1.23. 1. Cylondrospermum majus: A - spori echinulai; B - spor neted; 2. Cylondrospermum licheniforme

3 3. Scytonema mirabile 4. Scytonema ocellatum

4

Tolypothrix Ktzing Specii care pot tri n ape dulci sau salmastre, stttoare sau curgtoare, pe soluri umede, pe stnci, ziduri sau alte suporturi. Speciile tericole prefer suporturile calcaroase. Filamente puternic ramificate, cu aspect de tufi. Teaca gelatinoas este puternic, omogen sau stratificat. Prezint o pseudostratificaie simpl.34

Straturile tecii gelatinoase nu au niciodat aspect de plnie, n mod obinuit sunt paralele. Tolypothrix tenuis (fig 1.23.5) Plectonema Thuret Specii care triesc n ape dulci, salmastre, marine, n ape stttoare sau n izvoare i praie. Se fixeaz pe diferite suporturi (pietre, plante submerse, cochilii, copaci czui n ape), dar i pe soluri, pe diferii supori, n sere. Trichomii sunt simetrici, cu acelai aspect i de aceeai grosime pe toat lungimea. Creterea este uniform, intercalar. Pseudoramificaia simpl sau dubl. Plectonema gracillinium, P. radiosum, P. notatum

5 Fig. 1.23.5. Tolypothrix tenuis

Familia Rivulariaceae Filamente i trichomi asimetrici. Baza lor este nvelit de o teac gelatinoas este uneori ramificat. Ramuri false, de tip simpodial, cu cte un heterocist bazal. Trichomii sunt mai ngroai la mijloc, unde exist zona meristematic (intercalar) i subiai la vrf i la baz. Rivularia (Rath.) Specii de ape dulci, salmastre sau marine, n special n apele bogate n calcar. Se fixeaz pe plante, pe valvele molutelor, pe fundul lacurilor, uneori pe solurile umede. Unele specii din zonele calcaroase se impregneaz puternic cu calcar contribuind la formarea tufurilor calcaroase. Sporii lipsesc ntotdeauna. Rivularia dura, Rivularia bulbata Familia Oscillatoriaceae Specii care prezint filamentele neramificate sau pseudoramificate, uneori spiralate. Teaca gelatinoas poate lipsi sau este prezent i cuprinde 1, 2 sau mai muli trichomi.35

Oscillatoria Vaucher Speciile triesc n ape, pe soluri, n medii poluate, sedimente etc. Trichomii sunt drepi sau divers i neregulat ndoii, foarte rar de forma unei spirale regulate, foarte lax. Nu au teac gelatinoas. Oscillatoria amphiba, Oscillatoria tenuis (fig. 1.24)

A

B

Fig. 1.24. A. Oscillatoria amphiba, B. Oscillatoria tenuis

Spirulina Turpin Specii de ap dulce, rar se fixeaz pe soluri umede. Trichomii sunt solitari sau formeaz pelicule fr teac gelatinoas. Trichomii au posibilitatea de micare rsucindu-se n jurul axului longitudinal. Trichomii sunt scuri, rsucii n spirale regulate cu mai mult de 1-2 ture; de obicei netrangulai n dreptul pereilor transversali ai celulelor, perei ce pot fi mai greu sau mai uor vizibili. Spirulina gracilis, Spirulina laxa, Spirulina albida Phormidium Ktzing Specii de ape dulci, salmastre sau marine. Unele specii se fixeaz pe zidurile umede, printre muchi, pe stnci etc. Teaca gelatinoas este puternic i rezistent, deseori aproape fluid i difuz. Phormidium favosum, Phormidium lividum, Phormidium orientale Lyngbya Agardh n apele dulci, salmastre sau marine. Unele specii triesc pe soluri sau sunt epifite (fixate pe diferite alge). Filamentele libere sau reunite n mnunchiuri sau psle fr aspect de tufiuri, fiind unite ntr-o teac gelatinoas. Lyngbya lutea, Lyngbya limnetica, Lyngbya majuscula, Lyngbya muralis (fig. 1.25).

36

Fig. 1.25. Lyngbya (Symploca) muralis (din Bourrelly i Fott, 1963)

Microcoleus Desmazires Cuprinde specii terestre i acvatice. Populeaz n soluri umede, n special n soluri srate sau poluate. Se fixeaz pe diferite suporturi. Filamentele sunt solitare sau grupate. Teaca gelatinoas este moale, mucilaginoas. Microcoleus paludosus Dintre genurile de cianobacterii cu semnificaie important n biodeteriorarea unor bunuri de patrimoniu menionm genurile Nostoc, Gloeocapsa, Anabaena, Lyngbya etc. care sunt frecvent ntlnite pe diferite construcii, statui etc. Genul Nostoc prezint numeroase specii acvatice, tericole, fixate pe sol, pe nisip, pe stnci i pe ziduri. Celulele sunt cuprinse ntr-o mas gelatinoas. ntre speciile mai comune menionm: Nostoc comune, N. minutum, N. punctiforme, N. populorum etc. Se fixeaz pe zidurile cu igrasie, pe statuile construite din lemn, piatr, ghips, marmur etc. Zidul de la Biserica Trei Ierarhi din Iai, mai ales, n partea de nord este acoperit cu o bioderm vegetal grosier. n aceast bioderm speciile de Nostoc sunt prezente. Bioderma vegetal format este rspunztoare, n mare parte, de degradarea calcarului de Albeti folosit la aceast construcie. Statuile din Parcul Copou sunt, de asemenea, acoperite de specii de Nostoc. Genul Rivularia prezint specii de ape dulci, salmastre i marine, precum i unele specii care triesc pe stncile calcaroase sau dolomitice umede. Intr n structura biodermei vegetale care se instaleaz pe zidurile cu igrasie, pe statui i pe diferite construcii din piatr sau lemn. Rivularia dura i R. bullata pot fi ntlnite adesea ca ageni biodeterioratori ai unor bunuri de patrimoniu. Genul Phormidium cuprinde specii acvatice i terestre. Populeaz stncile, zidurile umede, trunchiurile copacilor i construciile din lemn sau din piatr cu37

mult umiditate. Trichomii (ramificaii sub form de spini ale talului) prezint cte o teac gelatinoas. Ei se pot uni i forma psle gelatinoase sau de diferite consistene i duriti. ntre speciile mai comune menionm: Phormidium favosum, Ph. papyraceum, Ph. interruptum etc. Speciile de Phormidium pot provoca pagube unor obiecte de patrimoniu care sunt expuse n natur i sunt umede, precum i zidurilor afectate de igrasie. ncrengtura SAPROSPIRAE Cuprinde bacterii Gram-negative sau aerobe, care se mic prin alunecare. Au o nutriie organochemoheterotrof. Saprospira este aerob i triete n medii bogate n substane organice, iar Cytophaga descompune agarul, celuloza i chitina. Flexibacter metabolizeaz zaharurile, iar Herpetosiphon descompune celuloza. Aceste bacterii au un rol important n realizarea circuitului bio-geochimic al unor substane organice. ncregtura CHLOROFLEXA (Bacterii fototrofe nesulfuroase) Cuprinde bacterii nesulfuroase, verzi i fototrofe, care au fost descoperite n 1900 n nite hot spring din abisurile oceanice. Chloroflexus este caracteristic pentru aceast ncregtur. Conine bacterioclorofil i pigmeni carotenoizi alfa i beta asemntori cu cei de la cianobacterii, alge i plante. Face fotosinteza folosind ca donori de hidrogen H2S i H2. ncrengtura CHLOROBIA (bacterii verzi, sulfuroase, anoxigenice) Cuprinde specii fotolithoautotrofe care i iau energia folosind lumina, CO2 i donori de hidrogen precum H2S, H2 sau chiar H2O. Depind de sursele de sulf. Chlorobium este un gen tolerant la temperaturi extreme (ridicate sau sczute) i la salinitate. Diviziunea TENERICUTES Cuprinde bacterii fr perete celular (care se numesc obinuit Mycoplasme). Nu sintetizeaz peptidoglican. Talul prezint filamente i vezicule legate ntre ele. ncrengtura APHRAGMABACTERIA (Mycoplasma) Lipsind peretele celular membrana protejeaz celula. Aceasta nu poate sintetiza nici acid diaminopimelic, nici acid muramic. Este impermeabil pentru ap i pentru unele substane. Speciile de Mycoplasma produce pneumonia la om i la animalele domestice.38

Diviziunea FIRMICUTES Cuprinde procariote Gram-pozitive, heterotrofe. Peretele este puternic i durabil ncrengtura ENDOSPORA Cuprinde bacterii Gram-pozitive, care formeaz endospori sau spori pe hife. Sunt heterotrofe sau chemosintetizante, aerobe, anaerobe sau facultativ anaerobe. Aici ncadrm unele genuri foarte cunoscute precum: Bacillus, Lactobacillus, Streptococus i altele. Sunt multe specii fermentative cu importan economic. ncrengtura PIRELLULAE Grupeaz bacterii obligat parazite. Pirelulla i Planctomyces au un perete puternic, fr peptoglicani. Chlamidia este un parazit care i ncepe ciclul vital cu aa-numiii corpi elementari, care duc o via latent i care intrnd n celula gazdei formeaz structuri reticulate din care apoi se formeaz noi corpi elementari. ncrengtura ACTINOBACTERIA (Actinomicetes, Actinomycota) Bacteriile au talul format dintr-o reea de filamente numite micelii. Multe specii sunt saprofite n sol, altele sunt parazite la plante, la animale sau om. Specii ale genului Streptomyces au capacitatea de a sintetiza streptomicin i ali antibiotici. ncrengtura DEINOCOCCI Sunt bacterii Gram-pozitive nalt rezistente la radiaii i la temperaturi extreme, heterotrofe i aerobe. Deinococcus radiodurans rezist la radiaii foarte puternice. ncrengtura THERMOTOGAE Cuprinde bacterii care populeaz aa-numitele hot vents, la temperaturi de peste 90 C. Rezistena este oferit de unii acizi grai cu lanuri foarte lungi.

39

BIODEGRADAREA BACTERIANBacteriile au rol principal n degradarea substanelor organice de orice natur. Ele asigur circuitul bio-geo-chimic din natur, fr de care viaa n-ar fi posibil. Totui, atunci cnd anumite bunuri de patrimoniu, de mare valoare cultural i/sau istoric cad prad procesului de biodegradare i se pot produce pagube irecuperabile. De aceea se pune problema conservrii bunurilor de patrimoniu, a protejrii lor mpotriva proceselor de biodegradare. BIODEGRADAREA BACTERIAN A CELULOZEI

Structura celulozeiCeluloza reprezint cea mai abundent materie organic sintetizat n natur. Plantele ierboase conin pn la 15% celuloze, iar plantele lemnoase peste 50%. Se consider c n natur se formeaz circa 4x1010 tone/an de celuloz. n mod obinuit celulele vegetale prezint la periferia plasmalemei un perete solid de protecie de natur celulozic. Dac urmrim structura unui trunchi de lemn difereniem la exterior scoara, dup care urmeaz floemiul i combiul. Partea lemnoas are la exterior aa-numitul alburn, iar n interior duramenul. Se mai pot observa, n seciune transversal, inelele de cretere, razele medulare etc. (fig. 1.26). ntr-o seciune prin esutul lemnos putem pune n eviden vasele conductoare i dispoziia inelelor de cretere i a razelor medulare (fig. 1.27).Seciune transversal Seciune transversal

Seciune tangenial

Seciune radial

Seciune radial

Seciune tangenial

Fig. 1.26. Structura macroscopic a lemnului (dup Caneva i col., 1997)

Fig. 1.27. Structura esutului lemnos (dup Caneva i col., 1997)

40

Peretele celular are o structur primar i una secundar. Se gsete la periferia plasmalemei i are o structur complex. n structura peretelui celular deosebim urmtoarele: - o lamel mijlocie comun cu celelalte celule; - peretele primar care apare ca o carcas individual subire; - peretele secundar care este format din trei sau patru straturi (fig. 1.28). Microfibrilele de celuloz formeaz aranjamente particulare fiind inserate ntr-o urzeal extensiv. Pereii secundari au, n mod obinuit trei, trei straturi bine delimitate. Straturile S1 i S3 sunt subiri, cu fibrilele dispuse pe aceeai direcie, iar stratul mijlociu, S2, mai gros cu fibrilele dispuse pe alt direcie. n unele structuri peretele poate avea mai multe straturi, cu o structur helicoidal. Pereii sunt formai dintr-o succesiune de planuri de microfibrile paralele, a cror orientare difer de la un strat la altul. n peretele secundar al celulelor izodiametrice, cum ar fi scleridele, se pot diferenia peste 100 de pturi succesive de fibrile celulozice mai mult sau mai puin asemntoare ca structur dar cu orientare diferit. La traheide i la fibrele de sclerenchim stratul S1 este format din 4-6 lamele cu orientare diferit. S2 are grosimea cea mai mare, fiind format din 30-150 lamele, care au filamentele dispuse helicoidal. S2 reprezint circa 74-84% din structura peretelui, S3 are o structur simpl i uneori poate lipsi.c b a 2 1 4

3

Fig. 1.28. Structura peretelui la celula vegetal: 1. lamel median; 2 perete primar; 3 perete secundar: a. - stratul S1; b. stratul S2; c. stratul S3; 4 coninut celular i plasmalema (dup Caneva i col., 1997)

Celuloza este un polimer linear alctuit din uniti repetate de celobioz. Celuloza natural are circa 5,0 m lungime. Structura primar a celulozei este simpl deoarece la hidroliz elibereaz un singur monomer -glucoza, unitatea de baz fiind celobioza. Modelul de41

legtur covalent C1-C4 las liberi hidroxilii purtai de ceilali carboni ai glucozei (fig. 1.29).

A

B

Fig. 1.29. Structura chimic a celulozei (A) i a hemicelulozei (B)

Structura cristalin a aranjamentului molecular explic faptul c celuloza este birefringent n lumina polarizat i c defract razele x i electroni. Se consider c 100 de molecule individuale de celuloz sunt legate i formeaz o protofibr sau o fibril elementar. Protofibrila are o lungime de 100 A, limea de 40 A i grosimea de 30 A. Este format din molecule de celuloz unite ntre ele prin puni de H. Dei punile de H sunt destul de slabe, fiind multe dau consisten protofibrilei (fig. 1.30). Prin unirea a 205 protofibrile se formeaz o microfibril; prin asocierea a 250 de microfibrile se formeaz o fibril, iar prin unirea a 1500 de fibrile se asigur structura unei fibre de celuloz.

Fibr elementar de celuloz Polioze Lignin

Fig. 1.30. Reprezentarea grafic a modului de organizare ultrastructural a componenilor pereilor celulelor lemnului (dup Fengel, 1971) 42

Microfibrila are o structur particular. Dup Cowling (1975) microfibrila ar avea dimensiuni cuprinse ntre 50 A x 100 A n seciune transversal, o zon central numit core, format din fibre moleculare de celuloz dispuse ordonat i o teac paracristalin de protecie (fig. 1.31).

Regiune cristalin

Regiune paracristalin

Fig. 1.31. Reprezentarea schematic a structurii microfibrilelor de celuloz (dup Cowling, 1975)

Moleculele de celuloz sunt formate din poriuni extinse, netede, de form foarte ordonat, corespunznd regiunilor cristaline, care alterneaz cu zone mai puin ordonate numite paracristaline (amorfe). Zona amorf este cel mai uor de atacat de agenii fizici i chimici. n unele structuri moleculare de celuloz formeaz o reea de catene pliate dispuse sub form de panglic rsucit n spiral (fig. 1.31). Degradarea celulozei de ctre microorganismele celulozolitice se realizeaz cu greu, datorit urmtorilor factori: - structura ordonat i cristalin a celulozei, care i confer rezisten la degradare; - prezena ligninei n structura fibrelor de celuloz, avnd rolul unei bariere fizice; - numrul limitat al situsurilor de atac. Rata degradrii celulozei n condiii de laborator este de 0,026%/zi n culturile pure de microroganisme celulozolitice i de 0,066%/zi n culturile mixte. Se pare c organismele necelulozolitice au rol n deprtarea unor produi toxici rezultai n urma degradrii. Degradarea biologic a celulozei se produce n dou trepte:43

-

o treapt nehidrolitic, C1 care const n dezagregarea catenelor de celuloz; o treapt hidrolitic, atunci cnd intervin enzimele hidrolitice Cx, exo-endoglucanazice, care determin hidroliza polimerului la unitile sale de construcie. C1 Cx Celuloza reactiv glucozidaz Celobioz Glucoz

Celuloza nativ

Activare (dezagregarea) fibrilelor

hidroliz (endo- i exoglucanaze)

Peretele celulelor vegetale sufer degradri bacteriene fiind descompus att celuloza ct i lignina (fig. 1.32).

Fig. 1.32. Atacul bacteriilor asupra peretelui celular la conifere (dup Giacchi)

Celulazele bacteriene. Bacteriile produc unele endoglucanaze cu aciune slab asupra celulozei cristalizate. Dup Ramasamy i Verachtert (1980) endoglucanaza extracelular descompune celuloza la catene oligozaharidice lungi. Aceste catene sunt introduse n spaiile periplasmatice ce rup catenele lungi i le transform n catene oligozaharidice scurte. Oligozaharidele scurte sunt degradate de -glucozidaza periplasmatic la celobioz i de aici pn la glucoz.

44

Celuloza endoglucanaz extracelular oligozaharide lungi endoglucanaz periplasmatic oligozaharide scurte -glucozidaz periplasmatic Celobioz -glucozidaz periplasmatic glucoz Bacterii celulozolitice Clostridium cellulovorans, C. cellulolyticum, C. thermocellum bacili Gram-pozitivi anaerobi sporulai, prezeni n intestinul animalelor i chiar i al omului; Cellulomonas fini, C. fermentans, C. uda, bacterii Gram-variabile, mezofile, nesporulate; Bacterii care triesc n rumenul ierbivorelor i determin digerarea celulozei din produsele vegetale: Butyriovibrio fibrisolvens, Ruminococcus albus, R. flavevaciens. Sunt i alte specii de bacterii care produc celuloze: Bacteroides cellulosolvens, Erwinia chrysanthemum, Streptomyces lividans, Acetivibrio cellulolyticus. BIODEGRADAREA LIGNINEI Dup cum consider Crawford, degradarea biologic a ligninei este una dintre componentele cele mai importante ale circuitului carbonului i oxigenului n biosfer. Lignina este cel de al doilea produs organic din natur dup celuloz. Se gsete att n lamela median dintre celule, ct i n structura peretelui celular secundar. mpreun cu hemicelulozele formeaz o matrice n jurul fibrelor de celuloz. Lignina asigur rigiditate i rezisten la presiunile mecanice ale structurilor lemnoase. Este un polimer aromatic tridimensional, insolubil n ap,45

alctuit din fibre fenil-propan formate prin unirea a trei tipuri de alcooli: p cumarilic, coniferilic i sinapilic. Lignina gimnospermelor conine predominant structuri de tip coniferilic, iar cea a angiospermelor de tip sinapilic. Bacteriile care degradeaz lignina pot aciona liber asupra ligninei din structurile vegetale, sau pot aciona n simbioz cu unele insecte xilofage. Mai multe specii de bacterii aerobe degradeaz lignina: Pseudomanas fluorescens, P. acidovorans i diferite specii de Bacillus, Flavobacterium, Acinetobacter, Aeromonas, Arthrobacter. Streptomyces viridosporus, S. flavovirens i S. setonii produc alterri oxidative asemntoare celor produse de fungi. Dintre fungii ligninolitici menionm reprezentani ai Basidiomycetelor, aparinnd unui numr important de familii precum: Agaricaceae, Corticiaceae, Hydnacea, Polyporaceae i Telephoraceae. Dintre Ascomycetes: Ustilina vulgaris i Xylaria polymorpha. Phanerochaete chrysosporium (Sporotrichum pulverulentum) degradeaz lignina din peretele celular lemnos. Atacul este asemntor cu al putregaiului brun, ns este continuat pn la degradarea componentelor majore ale lemnului. Sunt degradate att lignina ct i polizaharidele (celuloza s.a.). Activitate ligninazic prezint i speciile: Coriolus versicolor, Poria subacida, Polyporus abietinus, Pleurotus ostreatus etc. Nilsson i Daniel (1985) au probat c bacteriile degradeaz lemnul producnd diferite tipuri de leziuni, distrugnd lamelele mijlocii dintre celule i fibrele de celuloz. Unele bacterii, numite erosion bacteria degradeaz lemnul pornind din lumenul celulelor, iar altele tunneling and cavitation bacteria ptrund n peretele celular i formeaz tunele (galerii). Dintre fungii care degradeaz lignina menionm Agaricaceae, Corticiaceae, familiile: Hydnaceae, Polyporaceae, Telephoraceae din Basidiomycetes i unele genuri dintre Ascomycetes, precum Sphaerioles, Ustelina, Xylaria etc. BIODEGRADAREA BACTERIAN A HEMICELULOZELOR Hemicelulozele reprezint polizaharide vegetale necelulozice. Se gsesc localizate n peretele secundar al celulelor vegetale, alturi de celuloz i lignin. mpreun cu pectinele asigur cimentarea microfibrilelor de celuloz. Hemicelulozele pot aprea la 5-25% din greutatea uscat a plantei.46

Sunt polizaharide care, prin tratarea cu acizi minerali elibereaz, la cald, pentoze, hexoze i acizi uronici. Formeaz polimeri lineari constituii dintr-o singur peptoz (pentozani) sau hexoz (hexozani). Pentozanii pot fi xilani sau arabani, iar hexozanii pot fi manani sau galactani. Hemicelulozele care conin acizi uronici se numesc poliuronidice, iar cele care nu au aceti acizi se numesc celulozani. Cel mai important celulozan este xilanul. Arabanii se gsesc la plantele superioare asociai cu substanele pectice din peretele celular primar. Mananii se pot asocia cu glucoza formnd glucomanani sau cu galactoz, dnd galactomanani. Galactanii formeaz arabinogalactani sau galactomanani intrnd n structura esuturilor vegetale. Degradarea enzimatic a hemicelulozelor se desfoar n dou etape: 1. Descompunerea moleculelor mari polizaharidice, la moleculele mai mici, oligozaharide (xiloz, xilobioz, xilotrioz n cazul xilanului); 2. Descompunerea oligozaharidelor i folosirea lor ca surs de carbon i de energie. Hemicelulozele sunt de dou tipuri: xilanazele, care sunt enzime cu activiti de tip endo- deoarece secondeaz legturile 1,4 din interiorul catenei polizaharidice, iar altele sunt de tip exo- deoarece atac polimerul la nivelul extremitilor libere elibernd monomeri sau dimeri. Dintre bacteriile care degradeaz hemicelulozele menionm speciile de: Achromobacter, Bacillus, Cytophaga, Pseudomonas, Sporocytophaga, Streptomyces etc. Degradarea hemicelulozelor are loc, n faza iniial, deosebit de rapid, dup care se desfoar mai lent. BIODEGRADAREA VOPSELELOR Biodegradarea vopselelor poate avea loc chiar n ambalajele n care se gsesc, sau n situaia n care sunt n pelicul pe un suport. n cazul n care se gsesc n ambalaje pot avea loc decolorri, produceri de gaze n urma unor procese de fermentaie i modificarea unor proprieti fizice sau chimice, cu efecte negative asupra folosirii lor. Vopselele care se gsesc n pelicul pe diferite suporturi (lemn, pnz, fresc etc.) pot suferi diferite alterri care conduc la apariia unor fisuri, desprinderea de pe substrat prin formarea unor vezicule sau are loc virarea culorii. Dintre bacteriile care determin deteriorarea vopselelor menionm: Alcaligenes sp., Bacillus cereus, B. mycoides, Flavobacterium invizibile, Micrococcus albus , M. candidus, Sarcina flava etc.47

Dintre fungii care provoac biodeteriorarea vopselelor menionm genurile: Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Cephalosporium, Fusarium, Helminthosporium, Pullularia, Phoma, Paecilomyces etc. Efectul biodegradrii se manifest chiar i asupra culorilor de ap sub aciunea speciei Pseudomonas aeruginosa. Biodegradarea vopselelor este grav atunci cnd sunt atacate picturile unor mari maetri. BIODEGRADAREA MICROBIAN A STICLEI Mult vreme s-a crezut c sticla este degradat exclusiv de factori fizici i chimici. Cercetrile moderne au probat c are loc i o biodegradare a sticlei. Vitralii vechi de sute de ani prezint numeroase guri i rugoziti care sunt efectul atacului unor bacterii. Date experimentale aduc dovezi c diferite specii de bacterii formeaz colonii pe suprafaa obiectelor de sticl i determin degradarea substratului provocnd guri mai mici, sau mai mari, n funcie de mrimea coloniei i de timpul n care acioneaz. Fixarea microorganismelor trebuie s fie asociat cu impuritile care se fixeaz pe sticl i nu sunt terse. n procesul de metabolism se produc diferii acizi care determin descompunerea substratului de sticl. Alturi de diferite specii de bacterii biodegradarea sticlei poate fi determinat i de unele ciuperci din genurile: Aspergillus, Penicillium, Alternaria, Cladosporium, Pullularia, Monilia etc. MICROORGANISMELE CHITINOLITICE Chitina este un polimer care se aseamn n ceea ce privete structura cu celuloza, ns se deosebete prin prezena azotului n compoziia sa. Este un polimer de N acetil glucozamin. Unitile de N glucozamin sunt dispuse linear. Chitina se gsete, n primul rnd, n scheletul artropodelor, dar i n peretele celular al fungilor, n unele alge i n corpul unor nematode, anelide i molute (gastropode, cefalopode). Bacteriile chitinolitice terestre se gsesc n special n sol: Streptomyces fradiae, S. griseolus, Nocardia, Micromonospora, Bacillus chitinobacter, B. chitinovorus, B. chitinophagum. Bacteriile chitinolitice acioneaz n funcie de condiiile locale. Cele mai rspndite i mai active sunt actinomicetele: Streptomyces fradiae, S. exfoliatus,48

Nocardia, Micromonospora. Acestora li se adaug i Bacillus chitinobacter, B. chitinovorus, Bacterium chitinophagum etc. Fungii chitinolitici mai importani aparin genurilor Aspergillus, Mucor, Penicillium, Fusarium, trichoserma etc. ALTERAREA MICROBIAN A ROCILOR Urarea tare ca piatra pare s nu aib o ncrctur prea optimist atunci cnd se pune problema alterrii microbiene a rocilor. Dac termitele pot pune la pmnt o construcie de lemn impozant fr mcar s le simim prezena, casele de piatr par a dura o venicie. Pn nu de mult s-a considerat c degradarea rocilor i a zidurilor se datoreaz doar factorilor abiotici, fizico-chimici. Se consider c alterarea rocilor este un proces chimic dependent de natura substratului, de porozitatea lui, de accesibilitatea apelor subterane, de pH, de microclimat etc. Rocile sunt supuse la dou procese de degradare evidente: - eroziunea, adic fragmentarea rocilor n buci mici i particule minerale; - coroziunea, adic dizolvarea mineralelor i dispersarea lor sub form de soluie i de corpusculi n suspensie. Este adevrat c aceste procese se produc i n condiii de sterilitate, n schimb n prezena microorganismelor ritmul degradrii rocilor se realizeaz mult mai rapid. Microorganismele (bacterii, alge i fungi) acioneaz att la suprafaa rocilor, ct i n profunzimea lor. Hueck (1968) considera c microbiota poate avea aciune degradativ asupra rocilor atunci cnd acioneaz n numr mare, i cnd se coreleaz cu factorii de mediu. Se presupunea c pentru degradarea biologic a rocilor este necesar ca mai nti pe suprafaa rocilor s se instaleze microorganisme autotrofe, care s asigure un suport organic pentru instalarea i aciunea celor heterotrofe. Se pare ns c aceast condiie nu este obligatorie. Este suficient ca doar unele substane organice moarte particulate sau n soluie s ajung pe suprafaa rocilor pentru a nlesni fixarea i aciunea unor microorganisme heterotrofe. Microorganismele heterotrofe se pot instala n diferite fisuri ale rocilor sau chiar pe suprafaa neted atunci cnd, unele substane organice sunt aduse de ape de precipitaie, de praf, de rdcinile plantelor etc. Numai microfungii gsesc medii prielnice dezvoltrii n astfel de microhabitate.49

Sporii unor fungi precum Trichoderma, Sporotrichum, Penicillium, Cephalosporium, Botrytis, Mucor, Monilia etc. Au fost gsii pe suprafaa rocilor, unde existnd un aport chiar redus de substane organice ncep s germineze, s se dezvolte i s se nmuleasc. Odat instalate microorganismele i creeaz un mediu prielnic pentru popularea spaiilor cucerite. Prin proliferare microbiota se comport asemenea unor ageni biochimici prin mecanisme diferite: - secreia de acizi care atac elementele minerale din roci (Fe, Mg, Al, K), care vor fi folosite n diferite procese metabolice; - prin mbogirea mediului cu acizi organici care conin grupri carboxil (-COOH), hidroxil (OH) sau amino (NH2) care provin din diferite procese metabolice; - prin apariia unor compui de tipul Al2O3, FeO, SiO2, Fe2O3, K2O, Na2O, CaO, MgO care faciliteaz instalarea unor organisme, care prin procese de descompunere (n urma morii) vor conduce la instalarea unor alge, ciuperci, briofite, licheni i formarea unei bioderme vegetale cu aciune biodeteriorativ ridicat. Microbiota are efecte degradative mult mai accentuate dect factorii fizico-chimici. Thiobacillus oxideaz fierul fieros (Fe2+) la fier feric (Fe3+) mult mai rapid. n 3 zile oxideaz 200 ppm, n timp ce aceeai cantitate se oxideaz sub aciunea factorilor fizico-chimici n 2 ani. Degradarea provocat de microorganisme nici nu necesit mcar contactul direct cu roca. Produse de secreie pot fi eliminate n mediu i ajung pe diferite ci la roci. Silverman i Munoz (1970) probeaz c microfungii pot provoca procese de alterare a rocilor precum: granitul, bazaltul, andezitul, gradiolitul, solubiliznd pn la 31% Si, 11% Al, 64% Fe, 59% Mg. Solubizarea poate fi realizat de acidul oxalic i acidul 2 cetogluconic. Rocile bazate pe silicai conin o mare cantitate de fosfai puin solubili, inaccesibili plantelor, care sub aciunea microbiotei sunt eliberai i pot fi folosii de acestea. Degradarea microbian a rocilor calcaroase i a gresiei se realizeaz prin intervenia cianobacteriilor, a unor alge roii i alge verzi (Gomontia). Microfungii n asociaie cu unele alge i bacterii accelereaz procesul de biodegradare a rocilor. Fungii singuri sau n asociere cu o serie de alge endolitice acioneaz activ i degradeaz rocile, n special pe cele cu ciment carbonatat datorit capacitii lor de a sintetiza i elimina acizii organici. Astfel ptrund cu uurin printre fisuri naintnd i determinnd biodegradarea activ a rocilor sedimentare. Asocierea cu bacteriile i cu algele care prefer astfel de medii ridic eficiena acestor microorganisme. n astfel de medii au fost puse n eviden multiple forme de acizi precum acizii citric, butiric, acetic, propionic, gluconic, 250

cetogluconic, uronici, poliuronici, formic, la care putem aduga diferii acizi lichenici cnd acetia intr n diferite asociaii i chiar acizi humici. Microorganismele chimiolitotrofe acioneaz i asupra rocilor din construcii. La fundaia unor cldiri, ziduri i diferitelor tipuri de construcii piatra se dezagreg i devine pulverulent ca urmare a aciunii bacteriilor din specia Sporovibrio desulfuricans, care reduce sulfaii din zid i din sol. Specii ale genului Desulfovibrio provoac alterarea rocilor din construcii prin solubilizarea metalelor n condiii de anaerobioz. Specii ale genurilor Nitrosomonas i Nitrobacter provoac alterarea rocilor prin intermediul nitrailor de Na, K, Ca, Mg etc. n condiii de umiditate. Thiobacillus perooxidans atac rocile calcaroase producnd SO2 , ceea ce are ca 4 efect transformarea carbonatului de calciu n sulfat de calciu (gips). Este cunoscut faptul c oxidarea Fe2+ i a S0 se poate realiza fr intervenia bacteriilor, ns procesul se realizeaz deosebit de ncet, n timp ce Thiobacillus ferooxidans accelereaz reacia de 200.000 pn la 500.000 de ori. Acest bacil are un rol foarte important n procesul de biosolubilizare fiind folosit n practic n unele mine. Thiobacillus ferrooxidans mpreun cu alte specii de bacterii chimiolitotrofe precum T. thiooxidans, T. oryanoporus, Leptosirillum ferrooxidans degradeaz pirita (FeS2) i calcopirita (CuFeS2). n izvoarele termale i n hornurile abisale Sulfolobus acidocaldarius i S. brierleyi degradeaz sulful nativ i ali compui ai sulfului. Pare incredibil i greu de acceptat c bacteriile se pot lega de regiunile unui anumit minereu i c pot intra n interaciune. Nu este vorba doar de o interaciune, ci de un substrat pe care bacteriile l introduc n mediul lor de via. Fenomenele de eroziune a cristalelor de sulf (S0) n vecintatea zonelor de legare a bacteriilor probeaz aciunea lor asupra reelei cristaline. Biodegradarea rocilor, a metalelor i a oricror substraturi se realizeaz sub aciunea microorganismelor, a algelor, a ciupercilor, a lichenilor i chiar a unor plante superioare. Trebuie ns s nelegem c fixarea organismelor i realizarea interrelaiilor dintre ele i dintre ele i substrat se petrece dup un anumit algoritm. Roca sau substratul anorganic sau organic care este supus biodegradrii nu poate fi n nici un moment germ free. Nu se poate deoarece n atmosfer, n ap, pretutindeni se gsesc bacterii, sporii de ciuperci, alge, muchi etc. Substratul are capacitatea de fixare a prafului i a microorganismelor chiar i atunci cnd este foarte uscat. Umiditatea favorizeaz nu numai fixarea unor microorganisme, spori etc., dar ieirea lor din starea de anabioz (nchistare, diapauz). Se realizeaz la nceput o structur care este numit biofilm (pelicul biologic, film biologic). Bacteriile au diferite structuri care permit adeziunea lor pe un anumit51

substrat. Sintetizeaz diferite tipuri de polizaharide care sunt exudate i care, avnd o mare capacitate de adeziune permit realizarea filmului biologic. Astfel substratul solid se acoper cu o pelicul activ chiar i n situaia n care substratul nu are fisuri, fiind perfect neted. Celulele bacteriilor chemolitotrofe ncep procesul de biosolubilizare a substratului (roci, metale, sticl etc.). Filmul biologic poate fi format de bacterii chemolitotrofe, ns poate fi format i de ctre alge, sau de asocieri ntre bacterii, alge i fungi. Realizarea filmului biologic reprezint, poate, etapa cea mai important a algoritmului care determin procesul de biodeteriorare. Biofilmul format de unele bacterii heterotrofe poate fi foarte variat i depinde foarte mult de natura substratului. CIRCULAIA AZOTULUI N NATUR Mineralizarea azotului organic din sol se datoreaz bacteriilor. Bacteriile nitrificatoare pot fi primii colonizatori ai suprafeelor sntoase i curate. O dat fixate, avantajate fiind i de o oarecare umiditate, ncep procesul de descompunere. Bacteriile care oxideaz NH3 (nitrit bacteriile sau nitrosobacteriile) cum ar fi Nitrosomonas europaea, Nitrosococcus nitrosus, N. mobilis, Nitrosospira briensis, Nitrosolobus multiformis, Nitrosovibrio tenuis au o activitate deosebit de intens. Bacteriile care oxideaz nitriii (nitrat bacteriile) sunt reprezentate de Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira. Nitrat bacteriile sau bacteriile nitrificatoare se gsesc pretutindeni, n ap, n sol, n sistemul de epurare a apelor, n depozitele de composit etc. Bacteriile nitrificatoare au nevoie de oxigen. Capacitatea bacteriilor nitrificatoare de a forma cantiti mari de nitrai n anumite condiii este cunoscut de mult vreme. Se consider c unele zcminte de salpetru de India (NO3K), sau de salpetru de Chile (NaNO3) sunt realizate de bacterii. Nitraii se formeaz i pe pereii beciurilor, grajdurilor locuite de animale i chiar n unele cldiri. Denitrificarea este un proces biologic efectuat n exclusivitate de bacterii. Const n reducerea dezasimilatorie a oxizilor (oxidul nitric NO i oxidul nitros N2O) i ai nitratului NO3 , i nitritului NO . 2 Principalele bacterii denitrificatoare sunt: Alcaligenes faecalis, A. denitrificans, A eutrophus, Bacillus azotoformans, Chromobacterium violaceum, C. lividum, Neisseria sicca, Paracoccus denitrificans, P. pentosaceum, Presudomonas aeorogenes, Thiobacillus denitrificans. Aceste bacterii se gsesc pretutindeni.52

Bacteriile au principalul rol n circulaia azotului n natur. Ele folosesc azotul n toate formele existente. Unele au capacitatea de a asimila azotul atmosferic (N2), altele, formele oxidate (NO, N2O) sau formele lor reduse. Reducere asimilatorie N organic Fixare N2 Reducere dezasimilatorie

NH4+

NH2OH

N2

N2O

NO

NO2-

NO3-

Nitrificare ROLUL BACTERIILOR N REALIZAREA CIRCUITULUI SUBSTANELOR N NATUR Un rol important au bacteriile i n circulaia fierului n natur. Bacteriile care oxideaz fierul feros (Fe2+) la fier feric (Fe3+) asigurnd precipitarea ca hidroxid feric aparin genurilor: Sphaerotilus, Toxothrix, Leptothrix, Hyphomicrobium, Pedomicrobium, Siderocapsa, Metallogemium, Ochrobium etc. Cel mai mult Fe din biosfer este prezent sub forma oxidat (feric). Reducerea lui n mediile naturale este efectuat de bacteriile heterotrofe din genurile: Alcaligenes, Bacillus, Clostridium, Proteus i de ctre unii microfungi. Bacteriile heterotrofe au capacitatea de a coloniza cu uurin multe substraturi. n acest fel putem nelege de ce bunurile de patrimoniu sunt supuse permanent pericolului de deteriorare. Alturi de bacterii se fixeaz i diferite specii de ciuperci sau chiar de alge. Este cunoscut frecventul atac al bacteriilor heterotrofe asupra picturilor (icoane, picturi murale, fresce). Bacterii Gram pozitive aparinnd genurilor: Bacillus, Brevibacillus, Micrococcus, Clostridium, Frankia, Geodermatophilus, Blastococcus, Staphylococcus, Streptomyces, sau Gram negative precum Pseudomonas, Acinetobacter atac frecvent diferite obiecte de patrimoniu. Au fost puse n eviden i unele specii de Archaebacteria aparinnd genurilor Halomonas i Halococcus.53

Natura substratului este esenial n fixarea i activitatea microorganismelor. Se formeaz ecosisteme caracteristice. Aplicnd principiile ecologice putem vorbi de bioskene n care funcioneaz perfect astfel de ecosisteme bazate pe diferite specii de microorganisme. Dac o plac dentar pe care se fixeaz diferite specii de bacterii autohtone reprezint o biosken, tot aa, o icoan, un obiect oarecare dintre bunurile de patrimoniu reprezint o biosken cu o semnificaie biodeteriorativ important. Putem diferenia astfel diferite tipuri de bioskene formate din bacterii: Pe substraturi bogate n celuloz se pot fixa: Cytophaga, Cellulomonas, Cellvibrio, Sporocytophaga, Flavobacterium, Achromobacter; Pe substraturi bogate n substane proteice se fixeaz bacterii chemoproteolitice: Bacillus, Bacteroides, Sarcina, Nocardia, Streptomyces; Substraturile bogate n sulf atrag numeroase specii de sulfobacterii: Desulfovibrio, Thiobacillus, Beggiatoa; Pe substraturile bogate n substane minerale se pot fixa o serie de organisme foto-autotrofe (cianobacterii i alge): Chroococcus, Gloeocapsa, Lyngbya, Nostoc, Oscillatoria, Scytonema, Chlorella, Pleurococcus, Chlorococcum, Scenedesmus, Cladophora etc. (fig. 1.33).

Fig. 1.33. Biosken format pe sculptur fisurat

Bacteriile feroxidante formeaz bioskene pe substraturile bogate n fier: Crenathrix, Gallionella, Leptothrix, Siderocapsa, Siderosphaera, Sphaerotillus. n aceeai msur diferite specii de fungi pot forma bioskene existnd nenumrate specii care se fixeaz i formeaz pelicule biologice care degradeaz mediul: Specii de Penicillium albicans, P. avellaneum, P. canescens, P. chrysogenum, P. citrinum, P. crustaceum, P. luteum, P. nigricans, P. roseopurpureum, P. violaceum etc. se fixeaz pe substrat alturi de bacterii i de alge. Pe diferite opere de art au fost identificate bioskene, pe materialele din structura acestora, realizate de diferite specii de Fusarium. Este vorba de54

Fusarium fusaroides, F. graminearum, F. moniliforme, F. roseum, F. sambucinum, F. solani etc. Aceste specii atac hrtia, cartonul, pasta de celuloz, fibrele textile, pergamentul, pielea tbcit, chiar i lemnul, ceara, cauciucul i masele plastice. Alturi de speciile de Fusarium pot aciona diferite specii de Aspergillus, accelernd procesul de biodegradare a unor bunuri de patrimoniu (Pl. 4). Specii precum Aspergillus candidus, A. carneus, A. clavatus, A. flavus, A. niger, A. ochraceus, A. proliferans, A. repens i multe alte specii formeaz asocieri deosebit de periculoase pentru bunurile de patrimoniu. Pelicula biologic se poate ngroa mult n natur. Prezentam un anumit algoritm n desfurarea procesului de biodeteriorare. Colonizarea unui substrat de ctre bacteriile heterotrofe se poate realiza cu mult uurin, deoarece acestea au capacitatea de a sintetiza unele substane cu rol adeziv. Din momentul n care substratul a fost deja colonizat, ca urmare a aciunii microorganismelor, acesta ncepe s devin mult mai vulnerabil la aciunea unor ageni biodeterioratori. Am ntlnit multe cri atacate de bacterii i de ciuperci. Crile erau acoperite de pete caracteristice atacului streptomicetelor (fig. 1.34), n structura hrtiei degradate ca urmare a atacului (Pl. III, IV). De asemenea, pergamente de mare valoare biodeteriorate ca urmare a atacului unor mucegaiuri. Numeroase fresce afectate de umiditate au fost acoperite de micelii fungice care au provocat un proces de biodeteriorare greu de nlturat (fig. 1.35, Pl. X).

Fig. 1.34. Cri afectate de atacul bacteriilor i ciupercilor

Fig. 1.35. Fresc afectat de bacterii i fungi 55

Suprafee mari de piatr acoperite de alge iniiaz procesul de biodeteriorare. Se asociaz alge albastre (cianobacterii) alturi de alge verzi (Pl. V, VI, VII). Putem gsi bioskene formate din alge albastre aparinnd genurilor: Chroococcus, Oscillatoria, Phormidium, Plectonema, alturi de specii de Chlorococcum, Navicula i Gloeocystis dintre alge (fig. 1.36), la care se adaug i bacterii.

Fig. 1.36. Biosken format de alge

Pe zidurile unor lcae de cult au fost gsite asociaii formate de bacterii heterotrofe cum ar fi: Streptomyces albus, S. aureocolorigens, S. cinereoruber, S. griseoalbus alturi de specii de Aphanocapsa, Chlorogloea, Synechocystis i de fungi din genurile Acremonium, Aspergillus, Cladosporium, Penicillium, Pullularia, Verticillium. Asocierile de specii biodeteriogene pot deveni deosebit de heterogene. Multe specii de muchi (Briophyte) se localizeaz pe rocile populate de bacterii i de alge, n coloniile crora s-au fixat i multe particule de praf. Colonizarea briofitelor depinde mult i de natura substratului. Cercetrile au probat c n diverse arii arheologice romane s-au fixat unele specii de muchi precum: Grimnia pulvinata, Barbula convoluta, Dydimodon vinealis, Bryum donianum, Brachythecium velutinum etc. Lichenii se asociaz cu uurin. Flora lichenic este caracteristic (Pl. III). ntre speciile care au fost frecvent ntlnite putem meniona pe: Parmelia scabrosa, Pertusaria leucosoria i Lepraria flava. Asociaii de bacterii, alge, muchi i licheni dau natere unor formaiuni numite bioderme vegetale (Pl. V, VI). Bioderma vegetal este ntreinut att de speciile pioniere, care colonizeaz suportul ct i de umiditatea care se menine i de praful care este fixat i reinut cu uurin (fig. 1.37). Putem ilustra la nesfrit cazuri de monumente expuse n mediu pe care s-a format o bioderm vegetal care acoper mari suprafee. Diferite pri ale monumentelor pot fi acoperite dominant de alge, de licheni sau de muchi i n suficiente cazuri se instaleaz i plante superioare: Lecanora muralis poate acoperi suprafee mari, talul fiind56

foarte bine fixat. De asemenea Lecanora sulphurea, Petractis clausa i Verrucaria baldensis.

Fig. 1.37. Bioderma vegetal de pe un monument de art

BIODETERIORAREA MATERIALELOR ORGANICE Practic nu exist substane organice de origine biologic care s nu fie supuse procesului de biodeteriorare, ceea ce asigur circuitul bio-geo-chimic al substanelor. Unele substane organice produse artificial nu sunt biodegradabile sau sunt foarte greu biodegradabile. Dou aspecte importante apar aici. Biodeteriorarea substanelor organice este benefic atunci cnd acestea se afl n natur sub form de deeuri, deoarece intr n circuitul bio-geo-chimic micornd procesul de poluare. Este cunoscut faptul c multe produse organice sintetice nefiind biodegradabile ne produc necazuri foarte mari fiind rspndite pretutindeni i producnd poluare prin suprasaturarea mediului. Pe de alt parte biodegradarea substanelor organice de natur biologic provoac deteriorarea rapid a unor bunuri de patrimoniu de mare valoare, impunnd msuri energice pentru evitarea biodegradrii i conservarea acestora.

57

Paola Mandrioli, Giulia Caneva i Cristina Sabbioni (2003) realizeaz o sintez privind agenii biodeterioratori i substratul material supus biodeteriorrii. Alterarea biologic (biodegradarea) materialelor organice Grupul sistematic Genurile implicate Pagube provocate Hrtie Bacterii autotrofe Cruste negre, patinare, Thiobacillus, Desulfovibrio, Nitrosomonas, Nitrosovibrio, exfolieri, pulverizare Nitrosococcus, Nitrosospora, Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira Bacterii heterotrofe Bacillus, Nocardia, Streptomyces Deuteromycetes Cladosporium, Alternaria, Pete, patinare, scobituri Stachybotrys, Aspergillus, (gropie) Penicillium, Phoma Alge Chlorella, Chlorococcum, Chlorophyceae Haematococcus, Scenedesmus, Patinare, filme biologice, schimbarea culorilor i a Stichococcus, Ulothrix, consistenei Chroococcus, Gloeocapsa, Lyngbya, Nostoc, Oscillatoria, Scytonema, Myxosarcina Licheni Acarospora, Aspicilia, ncrustaii, exfolieri, Caloplaca, Candelariella, gropie Diploschistes, Lecanora, Lecidea, Verrucaria, Xanthoria Muchi i plante ncrustaii, eroziuni de Eurrhinchium, Eucladium, superioare suprafa, spongieri i Parietaria, Hedera, Fiscus, detari Capporis, Cymbalaria, Sonchus, Anthirrianum, Ailanthus, Ulmus, Robinia, Rubus Lemn Bacterii heterotrofe Pseudomonas, Achromobacter, Eroziuni, schimbri n Cytophaga, Sporocytophaga, caracteristicile mecanice. Sorangium, Vibrio, Cellvibrio, Cellfalcicula Fungi Coriolus, Fomes, Pholiota, Basidiomycetes Pleurotus, Polystictus, Serpula, Poria, Coniophora,58

Ascomycetes Deuteromycetes

Bacterii heterotrofe Fungi Ascomycete Zygomycetes Deuteromycetes Bacterii heterotrofe Fungi Deuteriomycetes Bacterii heterotrofe Fungi Deuteromycetes Ascomycetes Bacterii heterotrofe Fungi

Chaetomium, Xylaria Hypoxylon, Alternaria, Coniothyrium, Humicola Stemphylium, Stysanum, Chlorociboria, Aspergillus, Aureobasidium, Fusarium, Penicillium, Trichoderma. Fibre de origine vegetal Sporocytophaga, Cellvibrio, Cellfalcicula, Microspora, Clostridium Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Memnoniella Stachybotrys, Stemphylium, Chaetomium Neurospora, Mucor, Rhizopus Myrothecium, Penicillium, Scrophulariops Fibre de origine animal Bacillus, Proteus, Pseudomonas, Streptomyces Aspergillus, Fusarium, Trichoderma Trichophyton, Microsporum Pergament i piele Bacillus, Proteus, Pseudomonas, Sarcina, Bacteroides, Clostridium Aspergillus, Fusarium, Cladosporium, trichoderma, Penicillium Scrophulariopsis Paecilomyces, Ophiostoma, Neurospora Materiale sintetice Pseudomonas, Nicardia, Brevibacterium, Arthrobacter, Cellulomonas, Streptomyces Chaetomium, Aspergillum,

Putregai alb, brun sau rou, pete, pigmentaii, schimbri n caracteristicile mecanice

Eroziuni, pete, decolorri, pierderi n caracteristicile mecanice Eoroziuni superficiale sau profunde, pete, decolorri, pigmentaii, pierderi n caracteristicile mecanice.

Pete, decolorri, eroziuni, pierderi n caracteristicile mecanice Pete, decolorri, eroziuni, pierderi n caracteristicile structurale Pete, decolorri, eroziuni, pierderi n caracteristicile structurale Eroziuni, pete, decolorri, ntriri, pierderi ale caracteristicilor structurale i ale integritii

Schimbri n caracteristicile fizice i chimice Schimbri n59

Ascomycetes

Penicillium Trichoderma, Cladosporium

caracteristicile chimice, pigmentaii, pete Pagube provocate Eroziuni, pete, opacifiere Patinri, eroziuni Eroziuni, ncrustaii, opacifieri, iridiscen, gropie Eroziuni Patinri

Biodeteriorarea materialelor anorganice Grupul sistematic Genurile implicate Sticl Bacterii eutrofe Nespecifice Alge Nespecifice Fungi Nespecifici Licheni Diploicia, Pertusaria, Lepraria, Verrucaria, Xanthoria Metale Bacterii autotrofe Alge Nespecifice Nespecifice AUTOTROFIA

Autotrofe sunt organismele capabile s triasc i s creasc pe medii lipsite de substane organice i s sintetizeze substane organice caracteristice. Microorganismele autotrofe sintetizeaz, pornind de la CO2 ca surs unic de carbon i azot (N) sub form de NH3, nitrat sau chiar N2 (azot molecular), diferite sruri minerale i ap, o serie de substane organice. n funcie de sursa de energie folosit organismele autotrofe pot fi: - fotoautotrofe care folosesc lumina ca energie; - chimioautotrofe care obin energia necesar n oxidarea unor compui anorganici redui, ca NH3, nitrii, compui ai S, Fe sau H2. Microorganismele chemolitotrofe obligate obin energia necesar pentru cretere i pentru asimilarea C prin oxidarea specific (n absena luminii) a unor compui anorganici ai S, ai ionilor NH4 i fier feros sau a H molecular; Microorganismele fotolitotrofe obligate utilizeaz energia luminoas, asociat cu oxidarea compuilor redui ai S sau H2. Hidrogen bacteriile sunt bacterii chemolitoautotrofe aerobe. Utilizeaz hidrogenul gazos ca donator de electroni (avnd oxigenul ca acceptor de hidrogen) i fixeaz CO2 pentru sinteza de substane organice necesare creterii. Hidrogen-bacteriile au enzime caracteristice hidrogenaze ca enzime activatoare de hidrogen. Oxidarea hidrogenului la ap produce suficient ATP pentru a permite sinteza de material celular. Hidrogen-bacteriile sunt grupate n 3 categorii:60

1. Bacterii care oxideaz hidrogenul aerob: Alcaligenes eutrophus, Pseudomonas facilis, Xantobacter autotrophicus, Nicardia autotrofica; 2. Bacteriile care oxideaz monoxidul de carbon, care cresc folosind CO ca unic surs de C i energie. 3. Bacterii autotrofe care cresc n mediul mineral, la ntuneric, n atmosfera de hidrogen, CO2 i O2. Rhodopseudomonas capsulata. Bacteriile sulfoxidante Obin energia din oxidarea sulfului elementar i a diferiilor compuilor organici. Incapacitatea lor de a crete pe orice substrat organic s-ar datora fie formrii i acumulrii unui metabolit toxic, de la substratul organic netolerat, fie aciunii anumitor aminoacizi care inhib creterea. Unele bacterii sulfoxidante pot cupla oxidarea compuilor organici ai sulfului cu alte procese: Thiobacillus ferrooxydans este o bacterie sulf- i feroxidant capabil s oxideze sulful elementar, H2S, N2S2O3, precum i Fe+2 la Fe+3; Thiobacillus denitrificans, o bacterie sulfoxidant i dinitrificatoare oxideaz S0, H2S i N2S2O3 n aerobioza i nitraii n anaerobioz. Bacteriile sulfoxidante produc acid sulfuric i fier feric (Fe+3) n condiii asociate cu coroziunea conductelor, a diferitelor structuri metalice i a betoanelor. Thiobacillus tioparus: H 2 S + 2O2 H 2 SO4 Thiobacillus denitrificans: 6 KNO 3 + 5S 0 + 2 H 2 O 3K 2 SO 4 + 2 H 2 SO4 + 3 N 2 Thiobacillus ferrooxidans: 4 FeSO4 + O2 + 2 H 2 SO4 2 Fe2 (SO4 )3 + 2 H 2 O Bacteriile sulfat reductoare Sunt strict anaerobe i utilizeaz sulfatul ca acceptor final de electroni, n oxidarea anaerob a unor substraturi organice. Determin acumularea unor mari cantiti de H2S n mediile naturale. Desulfovibrio desulfuricans, Desulfomonas pigra, Desulfotomaculum nigricans, unele dintre cele mai vechi forme de via aprute pe pmnt, utilizeaz ca surs de energie un numr restrns de compui, produi finali ai unor fermentaii: lactatul, malatul sau etanolul. Puterea lor reductoare este folosit la reducerea sulfatului la H2S. Prin aciunea lor determin coroziunea conductelor i blocarea apelor de injecie n sondele de petrol, coroziunea sistemelor de nclzire. Efectele lor s