CC BY
49
УДК 550.72 DOI: 10.24411/1816-1863-2019-14041
к
о
ВЛИЯНИЕ ЗАЩИТНЫХ С. Ю. Бобир, аспирант Российского о
государственного педагогического ч
университета им. А. И. Герцена, сс
НА МИКОБИОТУ sv_bobir@mail.ru, Санкт-Петербург, а
МЕРОПРИЯТИИ
ПАМЯТНИКОВ
(НА ПРИМЕРЕ МУЗЕЙНЫХ НЕКРОПОЛЕЙ
МРАМОРНЫХ ^^ б
М. С. Зеленская, кандидат биологических е наук, старший научный сотрудник
В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ кафедры ботаники Санкт-Петербургского Q
государственного университета, marsz@yandex.ru, Санкт-Петербург, Россия,
САНКТ-ПЕТЕРБУРГА) В. М. Гуленко, художник-реставратор
Государственного музея городской о
скульптуры, valeria_rest@mail.ru, Санкт-Петербург, Россия, ь
Д. Ю. Власов, доктор биологических наук, В} профессор кафедры ботаники о
Санкт-Петербургского государственного о
университета, dmitry.vlasov@mail.ru, о
Санкт-Петербург, Россия
д
п
Г)
X
В работе приведены основные результаты многолетней работы научной группы Санкт-Петербургского университета и Музея городской скульптуры по изучению влияния защитных мероприятий на сохранность памятников и изменение состава микобиоты. Установлена динамика раз- О вития микробного сообщества на каменной поверхности после проведения консервационных й работ (на примере 21 памятника). Описан наиболее типичный характер развития м икобиоты ка- п менного материала после проведения консервационных работ. В ряде случаев выявлено влияние в особенностей условий экспонирования памятников на динамику формирования микобиоты. Ус- Q тановлены доминирующие группировки микромицетов на территории некрополей (за 12 лет). Выявлены чувствительные виды, которые всегда исчезают после проведения консервационных работ. Отмечена группа микромицетов, которые первыми появляются на обработанных памятниках. Дана оценка эффективности разных способов защиты памятников, определена необходимая периодичность в осуществлении текущего ухода и консервации памятников. Показано, что трехступенчатая обработка является наиболее эффективным способом защиты мрамора от биологической колонизации. Обоснована необходимость контроля микробиологической ситуации в некрополях, а также поиска более эффективных и экологически безопасных средств защиты памятников от биологических повреждений.
The paper presents the main results of many years of work of the research group of St. Petersburg University and the Museum of Urban Sculpture to study the effect of protective measures on the preservation of monuments and changes in the composition of mycobiota. The dynamics of the development of the microbial community on the stone surface after the conservation works (in the studies of 21 monuments) has been established. The most typical nature of the development of mycobiota on stone material after conservation work has been described. In some cases, the revealed patterns are violated, which is connected with the peculiarities of the conditions of exhibiting monuments. The dominant groups of mi-cromycetes, most often found in the necropolis (for 12 years), have been established. Sensitive species, which always disappear after conservation work, has been identified. A group of micromycetes, which appear first on the treated monuments, is noted. An assessment of the effectiveness of different ways of protecting monuments is made, the necessary frequency in the implementation of the current maintenance and conservation of monuments is determined. It is shown that a three-stage treatment is the most effective way to protect marble from biological colonization. The necessity of controlling the microbiological situation in the necropolis, as well as the search for more effective and environmentally friendly means of protecting monuments from biological damage, is substantiated.
Ключевые слова: биоциды, консервационные работы, мрамор, мониторинг памятников, биопоражения, микроорганизмы.
Keywords: biocides, conservation works, marble, monitoring of monuments, biodeterioration, microorganisms. 41
№4, 2019
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а
О ^
О
о
и
Ш
IX
О ^
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т
О
Введение
Проблема разрушения каменных памятников в городской среде связана с воздействием на них комплекса физических, химических и биологических факторов, которые тесно взаимосвязаны. Естественные процессы разрушения камня, экспонирующегося на открытом воздухе, носят неотвратимый характер. При этом разрушение может быть ускорено под влиянием живых организмов. Развитие конкретных биологических объектов на поверхности камня определяется природой и свойствами породы (минеральных компонентов, рН, текстурой), а также условиями внешней среды [1]. Биологическая колонизация карбонатных пород обычно сопровождается изменением химического состава и структуры поверхностного слоя камня [2].
Многие специалисты отводят микроскопическим грибам ведущую роль в разрушении горных пород и строительного камня [3—7]. При этом грибы могут входить в состав агрессивного микробного сообщества [8, 9], опасность которого для каменных материалов значительно выше, чем при воздействии отдельных микроорганизмов. Все это должно учитываться при организации и проведении реставрационных и консервационных работ. Первым шагом к подготовке таких работ является определение степени и характера повреждения материала. Неизменным условием применения защитных составов (биоцидов) является предварительный анализ сообщества биодеструкторов на поврежденных материалах.
Несмотря на высокую эффективность биоцидов в защите материалов от биоповреждений, существует множество возражений против их широкого использования. Так, большинство биоцидов обладают высокой токсичностью не только по отношению к деструкторам, но и к окружающей среде. Широкое применение биоцидов способно спровоцировать появление резистентности микроорганизмов к компонентам защитных составов. Такие микроорганизмы могут представлять серьез-ную угрозу не только как биодеструкторы, но и как условные патогены ч еловека. Нередко отдельные компоненты или сочетания применяемых веществ могут вызывать нежелательные изменения физико-химических параметров материала памят-
ника [10]. Непродолжительность биоцид-ного действия приводит к тому, что обработанные поверхности могут повторно колонизироваться агрессивными микроорганизмами.
Консервационные мероприятия на объектах культурного наследия обычно проводятся в несколько этапов, включающих очистку поверхности памятника (с био-цидной обработкой), укрепление каменного материала, а в некоторых случаях — удаление солевых наслоений [11]. Важным этапом консервации материала является придание ему водоотталкивающих свойств (гидрофобизация). На всех этапах проведения консервационных работ оказывается существенное (прямое или косвенное) воздействие на микроорганизмы, поселяющиеся на поверхности памятника. Очевидно, что происходит нарушение структуры микробного сообщества, гибель микроорганизмов. Однако возникает вопрос: как долго будет действовать эффект консервации памятника и насколько быстро микроорганизмы возобновят свое развитие? В литературе крайне мало сведений по данной проблеме.
Целью нашей работы была оценка эффективности защиты камня от биоповреждений на основе анализа данных, полученных за годы многолетней работы по сохранению памятников в музейных некрополях Санкт-Петербурга.
Материалы и методы
Краткая характеристика объектов исследования
Многие годы в музейных некрополях Санкт-Петербурга проводятся масштабные работы по сохранению уникальной коллекции скульптуры и архитектурных надгробий из натурального камня. Здесь представлены саркофаги, надгробные плиты, обелиски, стелы, различные вариации колонн с погребальными урнами, а также скульптуры. Все они выполнены из различных типов камня. Ежегодно группой реставраторов и ученых проводится разработка и осуществление комплекса профилактических и реставрационных мероприятий, направленных на сохранение и защиту от биоповреждений конкретных памятников музейных некрополей.
Сбор материала для наших исследований проводился в период с 2007 по 2018 г. и был связан с периодами текущего ухода
за памятниками. Отбор проб осуществлялся неповреждающими методами по согласованию с сотрудниками Музея городской скульптуры до начала защитных мероприятий, а также после их проведения (сразу после обработки, через год, несколько лет). Перед отбором выявлялись участки, имеющие визуальные признаки биоповреждения, проводилось их описание и фотофиксация. Отбор м икологичес-ких проб осуществлялся с определенной площади поврежденной поверхности камня с помощью ватных палочек в стерильный пакет, индивидуальный для каждой пробы. В лабораторных условиях производился посев отобранных проб на искусственную питательную среду. Продолжительность культивирования зависела от скорости развития грибов в культуре и сроков формирования характерных таксономических признаков, используемых для идентификации. В среднем она составила 10—15 дней. В качестве питательной среды для выявления микромицетов использовалась среда Чапека — Докса. Видовую принадлежность большинства полученных изолятов определяли при наличии выраженного спороношения с использованием отечественных и зарубежных определителей. После определения каждого вида его систематическое положение и современное название сверялось по базе данных Index Fungorum.
Статистическая обработка д анных проводилась с использованием программы Statistica 10.
Результаты и обсуждение
В результате микологического анализа, выполненного с использованием культу-ральных методов, было выявлено 79 видов микромицетов, а также стерильные светло- и темноокрашенные формы грибов. Явными доминантами во всех пробах являются анаморфные аскомицеты. Именно к этой группе относятся наиболее известные деструкторы каменных материалов [12]. Анализ встречаемости видов за период 2007—2018 годов позволил определить «ядро микобиоты» на памятниках некрополей. Всего в эту группу вошли пять видов микромицетов, которые отмечали на памятниках музейных некрополей в 70 % и более случаях за все годы наблюдений (табл. 1). Другие виды были распределены по группам встречаемости: регу-
лярно и часто встречающиеся, редкие и случайные виды. Наиболее обширной оказалась группа случайных видов, к которой можно отнести более 50 видов грибов. Очевидно, они оказываются на поверхности каменных памятников в результате атмосферной контаминации, попадания с растений и из почвы.
Проведенные наблюдения показали, что микромицеты, отмеченные на поверхности памятников, обладают разной чувствительностью к биоцидным составам, применяемых в ходе консервационных работ в музейных некрополях. В таблице 2 представлен список видов, которые практически всегда исчезают после биоцидной обработки. Он состоит из тех микроми-цетов, которые мы относим к группе случайных видов (их встречаемость составила менее 5 % для всех собранных проб).
Большинство видов, представленных в таблице 2, являются типичными предста-
Таблица 1
Встречаемость некоторых микромицетов, изолированных с памятников музейных некрополей
Группа Виды Встречае-
видов микромицетов мость (%)
Доминиру- Aureobasidium pullulans 98
ющие виды Cladosporium 91
«Ядро cladosporioides
мико- Alternaria alternata 73
биоты» Coniosporoim sp. 71
Sydowia polyspora 70
Регулярно Cladosporium herbarum 50
встречаю- Fusarium oxysporum 38
щиеся Epicoccum nigrum 31
Часто Ulocladium chartarum 20
встречаю- Phoma herbarum 17
щиеся Neocosmospora solani 16
Penicillium 15
brevicompactum
Trichoderma viride 12
Exophiala exophialae 11
Didymella glomerata 10
Редкие Monodictys levis 9
Cladosporium 8
sphaerospermum
Scytalidium lignicola 8
Fusarium sp. 7
Phaeosclera sp. 6
Arthrinium 6
phaeospermum
Paecilomyces variotii 5
О»
О
О -i X х
CD
Г)
О
б
а>
ы
О ^
0 Г)
1
о
Г)
Г) -I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
О
О ТЗ О Ш
Г)
О
X
о
ы ш
Г) -I
оз О
о
т
I-
и
>4
со О X
О ^
и а
О ^
О
о
и
Ш
IX
О ^
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т
О
15000
10000
м
О
5000
До обработки После обработки
Выборки значимо отличаются согласно критерию Вилкоксона,
р-уа1ие 8,07е -42
Рис. 1. Распределение значений КОЕ в пробах, взятых с различных памятников до и после применения трехступенчатой обработки
0
вителями почвенной микобиоты или относятся к патогенам растений. Вместе с тем доминирующие виды практически всегда первыми появляются после биоцид-ной обработки, что характеризует их высокий адаптационный потенциал. Штаммы этих видов могут быть использованы для постановки модельных экспериментов по влиянию микромицетов на процессы вторичной кристаллизации на поверхности каменного материала и проведения испытаний эффективности биоцидов в лабораторных условиях.
С 2010 года в некрополях применяется трехступенчатая обработка памятников, включающая их промывку, биоцид-ную обработку и гидрофобизацию. С этого момента (до настоящего времени) проводились наблюдения за обработанными памятниками. Накопленные данные позволили оценить эффективность такой обработки (рис. 1). В среднем снижение количества колониеобразующих единиц (КОЕ) от первоначального значения (до
обработки памятника), рассчитанное по критерию Вилкоксона, составило 72 %. Следует отметить и значительную потерю разнообразия биодеструкторов на каждом обработанном памятнике.
На основании результатов мониторинговых исследований 21 памятника были получены графики развития деструктивного микробного сообщества для каждого памятника по двум критериям (числен -ности и видовому составу). На рисунке 2 на примере памятника Хитрово З. А. (Некрополь XVIII века) отражена типичная динамика численности микромицетов, связанная с проведением биоцидной обработки. Она показывает, что численность и видовое разнообразие микобиоты спустя год после обработки значительно снижается, а в последующие года происходит постепенное увеличение как численности, так и количества видов грибов.
На примере другого памятника (Осо-кину И. П.) видна тенденция снижения численности и количества видов через год
15
10
2015
2016
2017
2018
2015
2016
2017
2018
Рис. 2. Динамика сообществ микромицетов на памятнике Хитрово З. А. (обработка проводилась в 2015 году): 1) численность КОЕ на 1 грамм субстрата (100 % — КОЕ до обработки); 2) количество видов
О» а
о
О -1
5 х
CD
Г)
а О й
6
а>
ы
О ^
0 Г)
1
о
Г)
2007
2008
2009
2010
2007
2008
2009
2010
Рис. 3. Динамики сообществ микромицетов на памятнике Осокину И. П. (обработка проводилась в 2007 году): 1) численность КОЕ на 1 грамм субстрата (100 % — КОЕ до обработки); 2) количество видов
Таблица 2 Список видов микромицетов, исчезающих после биоцидной обработки
Acremonium hyalinulum Acremonium potronii Candida albicans Clonostachys rosea Humicola grisea Saprochaete suaveolens Monodictys putredinis Monodictys sp. Mucor plumbeus Mucor ramosissimus Metarhizium viride Penicillium godlewskii Penicillium jensenii Penicillium oxalicum Penicillium verrucosum Phaeotheca fissurella Phialemonium obovatum Phialemonium sp. Phialophor aasteris Pleurostoma repens Septosporium bulbotrichum Torula herbarum Alternaria atra
Светлоокрашенный мицелий Черные дрожжевые микроколонии
после обработки, а также последующие флуктуации по этим показателям (рис. 3).
Очевидно, что на процесс восстановления сообщества микромицетов на поверхности памятника после трехступенчатой обработки влияют различные экологические факторы. Флуктуации в основном зависят от погодных условий. Так, на исследуемых памятниках помимо типичной динамики развития сообщества после обработки (рис. 2) были отмечены существенные колебания численности и видового состава микромицетов, которые могут быть связаны главным образом с погодными условиями (рис. 3).
Заключение
Анализ эффективности консервацион-ных работ показал, что трехступенчатая обработка памятников музейных некрополей (промывка — биоцидная обработка — гидрофобизация) является д остаточно эффективной для подавления биодеструкторов, особенно в первый год после обработки. Однако в климатических условиях Санкт-Петербурга, а также в особых микроклиматических условиях музейных
г>
-I
тз о s
-I
CD
о-
Г> -I 03
О
О ТЗ О m
г> а О
X
о
ы й
Г) -I
оз О
о
m
I-
U
w
CO
О X
О ^
и a
О
ср
О
о
са
U
Ф
IX
О
ср
I-
и
некрополей (центральная часть города с высоким уровнем атмосферного загрязнения, высокая затененность памятников древесной растительностью, антропогенная нагрузка), вероятно, способствуют достаточно быстрому восстановлению микробных сообществ на обработанных памятниках в течение нескольких последующих лет. Данный факт указывает на необходимость контроля микробиологической ситуации в некрополях, а также периодичности проведения консерваци-онных работ. Очевидно, что необходимо продолжать поиск биоцидных составов и технологий консервации памятников, характеризующихся экологической безопасностью, эффективностью подавления ш и-
рокого спектра биодеструкторов и продолжительным защитным действием на материал памятника.
Данные многолетнего мониторинга могут быть использованы при подборе оптимального способа защиты камня от биоповреждений, а также отбора штаммов микромицетов для постановки модельных экспериментов по влиянию микромице-тов на процессы вторичной кристаллизации на поверхности каменного материала и проведения испытаний эффективности биоцидов в лабораторных условиях.
Исследования поддержаны проектом РНФ 19-17-00141 «Современное минерало-образование при участии микроорганизмов».
и о
х
и о
с
о
со Ф
vo
О ^
U Ф
Т X
О (Г)
THE IMPACT OF PROTECTIVE MEASURES ON THE MYCOBIOTA OF MARBLE MONUMENTS IN THE URBAN ENVIRONMENT: A CASE STUDY OF THE MUSEUM NECROPOLISES OF ST. PETERSBURG
S. Yu. Bobir, Postgraduate student, Herzen State Pedagogical University of Russia, sv_bobir@mail.ru, Saint-Petersburg, Russia,
M. S. Zelenskaya, Ph. D. (Biology), Senior Research Fellow, Saint-Petersburg State University, marsz@yandex.ru, Saint-Petersburg, Russia,
V. M. Gulenko, Restorer, State Museum of Urban Sculpture, valeria_rest@mail.ru, Saint Petersburg, Russia,
D. Yu. Vlasov, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, Professor, Saint-Petersburg State University, dmitry.vlasov@mail.ru, Saint-Petersburg, Russia
References
1. Scheerer S., Morales O., Gaylarde C. Microbial Deterioration of Stone Monuments-An Updated Overview. Advances in Applied Microbiology, 2009. Vol. 66. P. 97—139.
2. Bin L., Yes., Lijunl., Ruidongy. Effect of Microbial Weathering on Carbonate Rocks. Earth Science Frontiers, 2008. Vol. 15. No. 6. P. 90—99.
3. Gorbushina A., Krumbein W., Hamman C., Panina L., Soukhajevski S., Wollenzien U. Role of black fungi in color change and biodeterioration of antique marbles. Geomicrobiology, 1994. Vol. 11. P. 205—221.
4. Sterflinger K. Fungi as geologic agents. Geomicrobiology Journal, 2000. Vol. 17. P. 97—124.
5. Sterflinger K. Fungi: their role in deterioration of cultural heritage. Fungal biology reviews, 2010. Vol. 24. No. 1. P. 47—55.
6. Marvasi M., Donnarumma F., Frandi A. Black microcolonial fungi as deteriogens of two famous marble statues in Florence, Italy. Int. Biodeterior. Biodegradation, 2012. Vol. 68. P. 36—44.
7. De Leo F., Urzi. C. Microfungi from deteriorated materials of cultural heritage. Fungi from Different Substrates, 2015. P. 144—158.
8. Krumbein W., Jens R. Biogenic rock varnishes of the Negev Desert (Israel): an ecologocal study of iron and manganese transformatioin by cyanobacteria and fungi. Oecologia. 1981. Vol. 50. P. 25—38.
9. Urzi C., Criseo G., Krumbein W., Wollenzien U., Gorbushina A. Are colour changes of rocks caused by climate, pollution, biological growth, or by interactions of the three? Conservation of Stone and Other Materials, 1993. Vol. 1. P. 279—286.
10. Rives V., Talegon J. G. Decay and Conservation of Building Stones on Cultural Heritage. Monuments Materials Science Forum, 2006. Vol. 514—516, P. 1689—1694.
11. Vicente M., Delgado-Rodrigues J., Acevedo J. Proceeding Workshop on Degradation and Conservation of Granitic Rocks and Monuments, Santiago de Compostela. Protection and Conservation of the European Cultural Heritage: conclusions report, 1996. P. 163—242.
12. Gorbushina A., Krumbein W. Subaerial microbial mats and their effects on soil and rock. Microbial Sediments, 2000. P. 161—170.
