Mananoksiderende bakterier
Manganoksiderende bakterier oksiderer toverdig mangan (Mn2+) til tungløstelig og svartfarget mangandioksid (MnO2). Metanoksiderende bakterier har en sentral rolle i mangansyklus og finnes i gruppene firmicuter (Firmicutes), proteobakterier (Proteobacteria), Bacteriodetes, Deferribacteres, Thermotogae og aktinobakterier (Actinobacteria) i i jordsmonn, saltvann, ferskvann og i sedimenter. Slektene Shewanella og Geobacter er mye brukt i studiet metallredusering.
Enzymet ,Mn(II)oksidase, en multikobberoksidase finnes på den ytre membranen til bakteriecellene og oksiderer Mn2+. Oksidasjon av Mn(II) hvor Mn2+ er elektrondonor i autotrof denitrifikasjon og fotosyntese
Reaksjonen Mn2+ → Mn4+ skjer biotisk i manganoksiderende bakterier. Abiotisk oksidasjon oksidert av oksygen (O2), høy pH.
I drikkevann med mye toverdig jern (Fe(II)) og toverdig mangan (Mn(II)) blir Fe(II) oksidert og fjernet ved gjennomlufting som gir utfelling av tungløselig treverdig jern, mens det skjer oksidasjon av Mn(II) til Mn((III/IV).
Manganreduserende bakterier
Reaksjonen Mn4+ → Mn2+ skjer biotisk i manganreduserende bakterier. Kjemisk kan reduksjonen foregå ved lav pH, i lys, eller i tilknytning til organiske syrer, divalent jern (Fe2+), hydrogensulfid (H2S) og er avhengig av redokspotensialet.
Manganreduserende bakterier buker mangan(IV)dioksid (MnO2) som elektronakseptor. Elektrondonor kan være organiske stoffer, metan (CH4), ammonium (NH4+), hydrogen (H2), hydrogesulfid (HS-, H2S) eller tiosulfat (S2O32-). Svovelforbindelsene blir oksidert til sulfat (SO42-). Reduksjonen av Mn(IV) kan gå via Mn(III) og utfelling Mn(II i form av av mangankalsiumkarbonat (Mn(Ca)CO3)
4MnO2 + S2O32- + 6H+ → 4Mn2+ + 2SO42- + 3H2O
Reduksjon av tre- og fireverdig mangan ved å oksidere organiske eller uorganiske stoffer er dissimilatorisk mikrobiell manganreduksjon. Tilsvarende finnes det bakterier som arsenat reduserende og arsenittoksiderende bakterier som inngår i arsensyklus. Det samme gjelder for jernoksiderende og jernreduserende bakterier i jernsyklus.
Bakterier kan koble vekst med reduksjon av mangan og er viktig i omsetning av mangan i anaerobe nisjer For eksempel Alteromonas putrefaciens, reduksjon av manganoksid brukt som terminal elektronakseptor. Fermentering og hydrogenotrofisk manganreduksjon med hydrogen eller organisk stoff (dissimilatorisk manganreduksjon) i nisjer hvor det ikke finnes oksygen og andre elektronakseptorer. For eksempel laktat som elektrondonor og Mn(IV) som elektronakseptor
laktat + 2Mn4+ + 2H2O→ acetat + 2Mn2+ HCO3- + 5H+
Både laktat, acetat og hydrogen(H2) kan være elektrondonor i bakteriell manganreduksjon. De fleste bakterier som kan redusere ferrojern (Fe2+) kan også redusere Mn4+ og omvendt (jernoksiderende og jernreduserende bakterier) Metallrespirasjon ved hypoksis for eksemepel i anaerob jord.
Manganmineraler
Tungtløselige manganineraler inneholdermangankarbonat (MnCO3) eller manganfosfat (MnPO4). Birnessitt er et Mn4+ mineral (δ-MnO2), hvor α, β, γ og δ allotope former. Pyrolusitt (MnO2). Rhodokrositt er et mangankarbonamineral (MnCO3), og manganmineraler er ofte rosa eller rødfarget. Manganbiomineraler er birnesitt, romanekitt og todorokitt. MnO2 har blitt brukt som pigment i hulemalerie.
Mangannoduler
Maangannoduler (polymetalliske noduler) med diameter 10-20 cm i eller på bunnsedimenter dannet i abyssalsonen (4000-6000 m) i tilknytning til mikrobiell aktivitet hydrotermiske undervannskilder, men kan også bli dannet ved mineralutfelling i bunnvann via hydrogenetisk vekst eller i porevann via diagenetisk vekst (diagenese). Mangannodulene vokser meget sakte gjennom millioner av år. Den globale etterspørselen etter metaller gjør at kommersielle selskaper ønsker å hente opp manganodulene og med forstyrrelser og katastrofale effekter for dyphavsdyrelivet og mikrobiomer i dyphavet. Clarion–Clipperton riftsonen i Stillehavet er et av områdene med mangannoduler, samt Peru-bassenget og Penrhyn-bassenget.
Litteratur
Verona Vandieken et al,: Hydrogen, acetate, and lactate as electron donors for microbial manganese reduction in a manganese-rich coastal marine sediment. FEMS Microbiology Ecology 87(3) (2014) 733–745,doi.org/10.1111/1574-6941.12259
Wikipedia