В-третьих, благодаря своим микроскопическим размерам они могут проникать в мельчайшие невидимые глазу трещины и поры.
И в-четвертых, грибы, как и другие микроорганизмы, вырабатывают ферменты способные разрушать и перерабатывать органический материал в два счета.
Наиболее выраженной способностью синтезировать целлюлозолитические ферменты обладают микроскопические грибы родов Alternaria, Trichoderma, Chaetomium, Aspergillus, Penicillium, Cladosporium и др. Различные виды целлюлозоразрушающих грибов способны расти и продуцировать целлюлозу лишь в определенных температурных пределах, чаще всего при плюс 28-30 °С [14, c. 319]. Из них к аэробным грибам относятся представители родов Fusarium, Chaetomium, а также отдельные виды - Trichoderma viride, Aspergillus fumigatus, Botry'tis cinerea, Rhizoctonia solani, Myrothecium verrucaria. В разрушении целлюлозы участвуют и хитридиомицсты, среди которых много паразитов [11, c. 320].
Сильнейшими агрессивными метаболитами микроорганизмов являются органические кислоты. Они вызывают быструю и глубокую деструкцию органических и неорганических материалов. Биоповреждение материалов и изделий плесневыми грибами происходит также за счет механического разрушения разрастающимся мицелием.
Из культур плесневых грибов удалось выделить более 40 различных органических кислот. Грибы рода Penicillium выделяют главным образом лимонную и глюконовую кислоты, Aspergillus - лимонную, глюконовую и щавелевую, а Mucor - янтарную, фумаровую и щавелевую.
Обычно один и тот же вид гриба способен синтезировать разнообразные родственные кислоты. В зависимости от количества синтезируемых кислот все грибы можно разделить на три группы:
а) выделяющие в среду относительно большое количество органических кислот (например, Aspergillus niger);
б) продуцирующие небольшие количества кислот (большинство видов грибов - Penicillium, Trichoderma);
в) выделяющие в среду ничтожно малые количества кислот (например, Mucor sp., Alternaria tenuis).
Основными деструкторами шерсти царства грибов являются такие виды как Aspergillus sp., Penicillium sp., Cladosporium sp., Ulocladium sp., Alternaria sp. [15, c. 150].
4. Материалы и методы исследования
Для того, чтобы полноценно изучить вопрос о воздействии абиотических и биотических факторов среды на сохранность археологического текстиля и дерева, данные, полученные в ходе работы с теоретическим материалом, следует проверить на практике, исследовав:
а) почвенную среду и ее свойства;
б) климатические факторы среды, способствующие деградации материала;
в) состав микробиоты почв, разрушающую текстиль и дерево.
На данный момент в виду некоторых обстоятельств, мы можем провести только два почвенных анализа, позволяющих подтвердить или же опровергнуть гипотезы, предполагаемые в теоретической части курсовой работы. Это определение кислотности почв с помощью дистиллированной воды и ph-метра и определение органического вещества по методу И. В. Тюрина.
Метод Тюрина основан на окислении органического вещества раствором двухромового калия в серной кислоте и последующем определении трехвалентного хрома, эквивалентного содержанию органического вещества, на фотоэлектроколориметре [16, c. 50]. Анализы будут проведены в химической лаборатории в стенах Торайгыров Университета с использованием вышеизложенных реагентов и химического оборудования.
Для изучения климатических факторов среды были использованы эвристические методы анализа и сравнения данных температурного режима за последние несколько лет. Данные были взяты из архивов сайта Gismeteo [17].
С микробиологическим анализом обстояло все намного интереснее. Для проведения такого исследования было отобрано четыре пробы с разных материалов:
а) две пробы почвы с костей взрослого человека, на которых были найдены остатки шелковой ткани из кургана № 15;
б) пробы дерева из грунтового блока, взятого из кургана № 14;
в) проба почвы, в которой были найдены остатки неразложившегося текстиля из кургана № 1.
Для культурной диагностики микробиоты среды использовался один из стационарных методов культивирования микроорганизмов - посев. Для него были подготовлены четыре чашки Петри, питательная среда на основе агара, с добавлением глюкозы и поваренной соли, микробиологическая петля, горелка для обработки петли и поверхностей и дистиллированная вода.
Посев производился методом штриха, после чего чашки с заселенной культурой средой убирались в термостат при температуре плюс 37 °С на 3-4 дня.
В дальнейшем выявленные колонии грибов и бактерий будут зафиксированы на стекле и окрашены по Грамму, а затем рассмотрены под микроскопом и идентифицированы. На данный момент идентификация колоний возможно только посредством органолептического метода.
5. Изучение влияния абиотических факторов среды Кенжекольского района на сохранность органических артефактов, найденных в могильнике Байдала
5.1 Изучение почвенных проб, взятых из курганного могильника Байдала Кенжекольского района
Для того, чтобы более подробно изучить роль почв в влияние абиотических факторов среды на сохранность органического археологического материала, мной были взяты и исследованы две пробы почв с грунтового блока, привезенного в Margulan Centre для подробного изучения деревянной конструкции из кургана № 14.
Если рассматривать подробнее сам блок (рисунок 4), то можно увидеть, что почва неоднородная, присутствуют включения серого цвета.
Рисунок 4 - Места взятия проб с грунтового блока
Проба №1. Окрас почвы светло-серый, даже белесый, что по треугольнику цветов С. А. Захарова дает нам понять, что в составе почв присутствуют такие вещества, как диоксид кремния (Si02). Подобная почва в блоке располагается не повсеместно, мозаично.
На ощупь грунт кажется теплым, слегка пылит, хорошо растирается в ладони, что уже указывает на то, что это супесчаная или песчаная почва.
Частицы почвы не связаны друг с другом, масса грунта обладает сыпучестью.
При рассмотрении почвы под микроскопом, можно сделать вывод, что в ее механическом составе преобладает мелкий песок, средняя величина которого 0,562 мм, глинистые частицы практически отсутствуют. В минеральном составе преобладают окислы, в частности белый и голубой кварц, частицы полевого шпата (рисунок 5).
Рисунок 5 - Минералогический состав пробы № 1
Что касается химических свойств данного включения, Ph его составляет 9.18. Сильнощелочная среда является лимитирующим фактором для большинства микроорганизмов и характеризуется хорошими условиями сохранения дерева, тканей растительного происхождения и культурного шелка.
В дальнейшем в ходе исследования станет известно, что виновником появления такого рода включения был один из представителей грызунов, обитающих в почве, предположительно из семейства Sorcidae (землеройковые), изменивший химический состав данного участка почвы, своими отходами жизнедеятельности.
Проба №2. Окрас почвы - светло-коричневый, что вероятнее всего связано с небольшим содержанием гумуса.
В отличие от первой пробы, на ладони растирается чуть хуже, на ощупь можно понять, что в данной почве наблюдается больше крупных фракций. Образец имеет рассыпчатую структуру.
Рассматривая почву под микроскопом, сразу можно увидеть различия в составе между двумя образцами. В механическом составе этой пробы преобладает крупный и средний песок и отсутствует физическая глина, что указывает на то, что почва является песчаной.
Песчаные почвы обладают хорошей водопроницаемостью и благоприятным воздушным и тепловым режимами. Однако из отрицательных свойств можно выделить низкую влагоемкость и небольшое содержание органического вещества [18, c. 402].
В минеральном составе преобладают разного рода кварц и крупный черный минерал с блеском, похожий на гранит. Помимо этого, мы можем наблюдать белый минерал с еле видимыми золотыми вкраплениями - авантюрин, который является разновидностью кварца, а также частицы полевого шпата и включения в виде растительных остатков (рисунок 6).
Рисунок 6 - Минералогический состав пробы № 2
Ph почвы составляет 6.86. Нейтральная среда является отличным фактором для развития микробиоты и биодеградации органики, особенно если учитывать тот факт, что в песчаных почвах процесс биоразрушения органического вещества происходит намного быстрее, что влияет на содержание в ней гумуса.
Однако благодаря хорошей водопроницаемости и воздухопроницаемости, такая среда является более благоприятной для сохранности артефактов, замедляя разрушение материала. Мы можем наблюдать это на примере дерева, сохранившегося в блоке грунта. Хотя от дерева там остается одно название, так как его состав далеко отличается от первоначального варианта, мы можем четко видеть его форму и положение таким, каким оно было оставлено когда-то в кургане, что уже дает нам не малое количество информации.
Стоит помнить, что на разных участках почва может иметь разные химические и физические показатели, в следствии чего в разных местах одного кургана сохранность археологической органики будет неодинакова.
5.2 Определение взаимосвязи количества осадков и температурного режима местности и их влияния на сохранность органического материала
Для изучения влияния климатических факторов на сохранность археологического материала рассматривалась динамика изменения температуры (рисунок 7) и выпадения осадков (рисунок 8) на территории Кенжекольского района в летний период с 2014 по 2021 год. Данный период времени был выбран не спроста, так как больше всего деградация материала происходит при положительных температурах.
Рисунок 7 - Динамика изменения температурного режима на территории Кенжекольского района в период с 2014 по 2021 год
Температурный режим данного региона за все время характеризуется относительной стабильностью, резких изменений практически не наблюдается, не смотря на резко континентальный климат нашей страны. Средняя температура в летний период составляет плюс 25 °С. Как раз таки такой стабильный температурный режим является залогом сохранности археологического материала.
Рисунок 8 - Динамика изменения количества осадков на территории Кенжекольского района в период с 2014 по 2021 год
Целлюлозаразлагающая способность почвы зависит от оптимальных гидротермальных условий, в том числе от количества осадков. Если сравнивать с температурным режимом, количество осадков непостоянно. Мы можем наблюдать, что в период с 2016 по 2017 год стояла полная засуха по сравнению с прошлыми годами. Однако, как мы видим на графике, Кенжекольский район в принципе отличается засушливым климатом, за 3 месяца летнего сезона осадки могут выпадать в среднем всего 4 дня за весь период, что способствует лучшему сохранению текстиля и дерева.
6. Определение колоний бактерий и грибов участвующих в биодеградации археологического материала
Одним из главных разрушителей органики, на мой взгляд, являются сапрофиты. Для того, чтобы подробно изучить их влияние на деградацию органического материала, мной были отобраны пробы и произведен микробиологический посев, в ходе которого были выделены колонии грибов и бактерий, активно «пожирающих» артефакты.
Несмотря на то, что точно идентифицировать колонии не получилось, в силу нехватки времени и оборудования, по внешнему признаку удалось определить несколько видов микроорганизмов.
Проба № 1. Данная проба была взята с кости предположительно мужчины, на которой оставались микрофрагменты шелковой ткани. После 3-4 дней в термостате, посев пробы № 1 показал наибольшее количество колоний, около 27. В основном это были бактерии разной формы и цвета. Из них удалось идентифицировать белые колонии Bacillus subtilis, которые, как мы выяснили выше, как раз таки хорошо разлагают шелк. Серые колонии, похожие на них, к сожалению, узнать не удалось. Есть возможность, что данный вид «поедал» не текстиль, а именно кость, поэтому его идентификация не увенчалась успехом. Самой маленькой по численности в этой чашке была маленькая желтая колония бактерий овальной формы, предположительно вида Cellulomonas flavigena.
Подождав еще пару дней, на чашке выросли небольшие колонии микромицетов. Из них удалось идентифицировать только один вид - аэробные грибы Rhizoctonia solani, распространившие свои поры в самой середине агара.
Проба № 2. Проба так же была взята с остатков шелка с кости, только предположительно ребенка и после посева данный образец выдал абсолютно другой результат. Во-первых, отсутствовали колонии Bacillus subtilis, единственный кто так же присутствовал - Cellulomonas flavigena, количество их также отличалось от первой пробы в положительную сторону. Во-вторых, появились новые колонии овальной формы, ярко оранжевого, даже красного цвета, вид которой так и не удалось установить без микроскопа, и колония грязно-желтого цвета, похожие на Agrobacterium tumefacien. В-третьих, развилась не маленькая колония грибов вида Alternaria, занявшая весь центр чашки Петри.
Проба № 3. Из всех четырех образцов самая чистая колония. Проба была взята с микрофрагмента древесины из кургана № 14. За 3-4 дня на питательной среде проявился только один вид бактерий, внешне напоминающий Streptosporangium. Однако, еще через неделю все же проявились маленькие колонии оранжево-красноватого цвета, так и не опознанные мной ранее. На мой взгляд, такая чистота пробы связана с тем, что деревянная конструкция хоть и находилась в блоке, непосредственно со своей средой обитания, но уже долгое время находилась в изоляции от других факторов, к примеру как температура, влажность, свет - в боксе, где стоит блок всегда поддерживались примерно одинаковые условия среды, что могло отрицательно сказаться на других видах бактерий. Естественный отбор оставил только сильнейшего.