Microscopy and Molecular Biology Techniques for the Study of Biocenosis Diversity in Semi-Confined Environments

This study is part of a wider conservation project of artistic and anthropological finds located in the Grotto of the Saints (Licodia Eubea, Alia, Sicily), and represents an opportunity for  investigating the micro-and macro biological systems colonizing this particular environment. It is well-known that the  bio-receptivity of surfaces is strongly related to its constituent materials and environmental parameters, whose effects promote the establishment of specific biotic communities. This is particularly true for caves, hypogea and semi-confined environments and, in particular for the Grotto of the Saints, where besides the presence of different nutrient sources, there are also high humidity values, percolating water and an aerobiological exchange with the surrounding countryside. Moreover, the weathering of this structure is enhanced by the canyon effect of the wind and the day-night temperature range. The identification and characterization of the biocenosis present in this environment was performed combining microscopy (optical, fluorescent, CLSM) and molecular biology analysis (DNA sequences). The aim was to identify the biological systems able to trigger the degradation processes, in order to plan their growth control and to prevent the colonization of the entire environment

L’impoverimento delle risorse storiche e culturali siciliane (Italia) a causa di specie aliene di insetti: il caso del Punteruolo rosso delle palme

Stone cultural heritage materials are at risk of bio-deterioration caused by diverse populations of microorganisms living in biofilms. The microbial metabolites of these biofilms are responsible for the deterioration of the underlying substratum and may lead to physical weakening and discoloration of stone [1,18]. Fungal ability in producing pigments and organic acids have a crucial role in the discoloration and degradation of different types of stone in cultural heritage objects. Additionally, stone objects may support the communities of microorganisms that are active in the biodeterioration process. This investigation focuses on the mycological analyses of microbial biofilm from the Bhimkichak temple, in Malhar of Bilaspur District of Chhattisgarh state which is made of sandstone, and is heavily colonized by fungi. Eight fungal species on the sandstone were isolated. Aspergillus sp. was observed, a common species in the stone structure of this monument . The identified micro fungi cause discoloration as well as mechanical exfoliation of the building stone material which was analyzed through mechanical hyphae penetration and production of dark pigments and organic acids.Riassunto I materiali lapidei appartenenti ai beni culturali sono a rischio di biodeterioramento a causa della proliferazione dei microrganismi che entrano nella composizione dei biofilm. I metaboliti microbici di questi biofilm sono responsabili del degrado del substrato sottostante e possono portare a un indebolimento fisico e alterazione cromatica della superficie lapidea [1,18]. La capacità dei funghi di produrre pigmenti e acidi organici ha un ruolo fondamentale nel degrado di differenti tipi di pietra costituenti beni culturali. Inoltre, i materiali lapidei possono sostentare le comunità microbiche che sono attive nei processi di biodeterioramento fornendo dei composti che possono essere metabolizzati. Questo lavoro si focalizza sull’analisi micologica del biofilm microbico proveniente dal tempio Bhimkichak a Malhar, nel distretto Bilaspur dello stato di Chhattinsgarh, che è stato costruito in arenaria ed è estesamente colonizzato da funghi. In questo lavoro, sono state isolate otto specie fungine appartenenti ad Aspergillus sp. I micro-funghi identificati provocano decolorazione ed esfoliazione meccanica del materiale lapideo, a causa della penetrazione meccanica delle ife e della produzione di pigmenti scuri e acidi organici.Résumé Les matériaux pierreux appartenant aux biens culturels sont à risque de bio-détérioration à cause de la prolifération des micro-organismes qui entrent dans la composition des bio-films. Les métabolites microbiens de ces bio-films sont responsables de la dégradation du substrat sous-jacent et peuvent amener à un affaiblissement physique et à une altération chromatique de la surface pierreuse [1,18]. La capacité des champignons de produire des pigments et des acides organiques a un rôle fondamental dans la dégradation de différents types de pierre constituant les biens culturels. En outre, les matériaux pierreux peuvent sustenter les communautés microbiennes qui sont actives dans les processus de bio-détérioration fournissant des composés qui peuvent être métabolisés. Ce travail se focalise sur l’analyse mycologique du bio-film microbien provenant du temple Bhimkichak à Malhar, dans le district Bilaspur de l’état de Chhattinsgarh, qui a été construit en grès et est amplement colonisé par des champignons. Dans ce travail, ont été isolées huit espèces fongiques appartenant à Aspergillus sp. Les micro-champignons identifiés provoquent la décoloration et l’exfoliation mécanique du matériau pierreux, à cause de la pénétration mécanique des hyphes et de la production de pigments sombres et d’acides organiques.Zusammenfassung Zu den Kulturgütern zählende Steinmaterialien unterliegen aufgrund der Proliferation der in die Zusammenstellung der Biofilme eintretenden Mikroorganismen einer Verwitterungsgefahr. Die mikrobischen Metabolite dieser Biofilme sind für den Verfall des darunter liegenden Substrats verantwortlich und können eine physische Schwächung sowie eine farbliche Änderung der Steinfläche bewirken. [1,18]. Die Fähigkeit von Pilzen, Pigmente und organische Säuren zu produzieren, spielt im Rahmen der Verwitterung der unterschiedlichen, das Denkmal bildenden Steinarten eine grundlegende Rolle. Darüber hinaus können Steinmaterialien in die Verwitterungsprozesse aktiv eingebundene Mikrobengemeinschaften erhalten, da sie umwandelbare Verbindungen liefern. Diese Arbeit konzentriert sich auf eine im Tempel Bhimkichak in Malhar, im Bezirk Bilaspur des Staats Chhattinsgarh durchgeführte mykologische Analyse des mikrobischen Biofilms, im Rahmen derer die Sandsteinkonstruktion eine extreme Pilzbesiedelung aufwies. Im Verlauf dieser Tätigkeit wurden acht, dem Aspergillus sp. angehörige Pilzsorten isoliert. Die identifizierten Mikropilze verursachen durch die mechanische Penetration der Hyphen und die Produktion dunkler Pigmente sowie organischer Säuren einen Farbverlust und die mechanische Abblätterung des Steinmaterials.Resumen Los materiales lapídeos que constituyen los bienes culturales están a riesgo de biodeterioro a causa de la proliferación de los microorganismos que entran en la composición de las biopelículas. Los metabolitos microbianos de estas biopelículas son responsables de la degradación del substrato subyacente y pueden causar una debilitación y alteración cromática de la superficie lapídea [1,18]. La capacidad de los hongos de producir pigmentos y ácidos orgánicos desempeña un papel fundamental en la degradación de diferentes tipos de piedra que constituyen los bienes culturales. Además, los materiales lapídeos pueden sustentar las comunidades microbianas activas en los procesos de biodeterioro proporcionando compuestos que se pueden metabolizar. Este artículo se centra en el análisis micológica de una biopelícula micróbica procedente del templo Bhimkichak en Malhar, en el distrito Bilaspur del Estado de Chhattinsgarh, construido en arenisca y ampliamente colonizado por hongos. En este trabajo, se han aislado ocho especies fungíneas que pertenecen a Aspergillus sp. Los micro-hongos identificados provocan la decoloración y exfoliación mecánica del material lapídeo, debido a la penetración mecánica de las hifas y a la producción de pigmentos oscuros y ácidos orgánicos.РезюмеИнвазивные чужеродные виды (IAS) оказывают катастрофическое воздей­ствие на биоразнообразие, на культурное наследие и на экономику географи­ческого ареала. В качестве примера приводится красный пальмовый долгоно­сик (RPW), чужеродный вид (IAS), атакующий вид неместной пальмы Phoenix canariensis, а также местный вид Chaemerops humilis, особенно в городской и пригородной зонах. Эти деревья играют важную роль в истории и в культурном наследии Сицилии с времен арабского нашествия. Случайное внедрение дол­гоносика в значительной степени изменило сицилийскую панораму. В данном исследовании приводятся хронология и степень серьезности последствий, про­изведенных на пальмах долгоносиком. Только за 7 лет долгоносик радикально изменил эстетическую ценность и восприятие природного и культурного насле­дия Сицилии. Результаты подсказывают, что необходимо принимать меры предо­сторожности в случае, когда чужеродные виды насекомых оказывают влияние на культурное наследие.ԱմփոփումԻնվազիվ խորթ տեսակները (IAS) աղետալի ազդեցություն ունեն կենսաբազմազանության, մշակութային ժառանգության և տնտեսության վրա ցանկացած տարածաշրջանում: Այս հոդվածում նկարագրվում է արմավենու կարմիր բիզի (RPW) դեպքը, օտար մի տեսակ (IAS), որ հարձակվում է PALM Pho­enix canariensis ոչ տեղի տեսակների, և Chaemerops humilis տեղի տեսակների վրա, հատկապես քաղաքային և ծայրամասային բնակավայրերում: Այս ծառերը կարևոր դեր են ունեցել Սիցիլիայի պատմության և մշակութային ժառանգության վրա, դեռևս արաբական ներխուժումի ժամանակներից: Կարմիր բիզի պատահական մուտքը կտրուկ փոխել է Սիցիլիայի բնապատկերը: Այս ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս կարմիր բիզի ժամանակագրությունը, և լուրջ հետևանքները արմավենու վրա մինչև մեր օրերը: Ընդամենը յոթ տարիների ընթացքում կարմիր բիզին կտրուկ փոխել է գեղագիտական արժեքը և մշակութային և բնական ժառանգության ընկալումը Սիցիլիայում: Արդյունքներից ելնելով պետք է կիրառվի մի Սկզբունքային Նախահաշիվ, ցույց տալով ինչպես խորթ տեսակ միջատները կարող են ազդեցություն ունենալ մշակութային ժառանգության վրա