Biologia Zabytków - Biodeterioracja Drewnianego Dziedzictwa Kulturowego

Fundamenty Biologii Konserwacji i Bibliografia Przedmiotowa

• Kluczowe publikacje źródłowe:
  • Anastasia Pournou, Biodeterioration of Wooden Cultural Heritage: Organisms and Decay Mechanisms in Aquatic and Terrestrial Ecosystems (Springer).
  • A. Unger, A. P. Schniewind, W. Unger, Conservation of Wood Artifacts: A Handbook (Springer).
  • Alicja Strzelczyk, Jan Karbowski, Drobnoustroje i owady niszczące zabytki i ich zwalczanie.
• Podstawowe pytanie badawcze: Dlaczego organizmy żywe niszczą zabytki? Wynika to z faktu, że obiekty te stanowią bogate źródło pożywienia oraz schronienie.

Wymagania Środowiskowe i Podłoże dla Życia Drobnoustrojów

• Zapotrzebowanie heterotrofów: Wszystkie organizmy cudzożywne zaangażowane w biodeteriorację wymagają do rozwoju czterech głównych składników:
  1. Źródła węgla ($C$).
  2. Źródła azotu ($N$).
  3. Związków mineralnych (mikro- i makroelementów).
  4. Wody.
• Materiał jako źródło składników:
  • Drewno, płótno, papier: Są źródłem węgla ze względu na zawartość celulozy o wzorze ogólnym $(C_6H_{10}O_5)_n$.
  • Skóra i pergamin: Składają się głównie z kolagenu (wysokobiałkowe podłoże), dostarczając zarówno węgla ($C$), jak i azotu ($N$).
• Spoiwa i ich skład chemiczny:
  • Klajstry mączne i gumy roślinne (np. guma arabska): Skrobia i polisacharydy (źródło $C$).
  • Kleje zwierzęce (glutynowe ze skór i kości): Źródło $C$ oraz $N$.
  • Spoiwa jajeczne (tempera): Zawierają białka, lipidy i fosfolipidy, dostarczając $N$, $C$ oraz fosforu ($P$).
  • Inne substancje: Oleje, plastyfikatory, polioctan winylu (POW), polialkohol winylowy (PAW).
• Pigmenty i barwniki:
  • Pigmenty ziemne (mineralne): Ochra, sjena, umbra, terre verte. Zawierają związki żelaza ($Fe$), manganu ($Mn$), krzemu ($Si$), magnezu ($Mg$) i glinu ($Al$).
  • Barwniki roślinne: Pozyskiwane z korzeni, liści i owoców, np. marzana barwierska, brezylka ciernista, indygowiec barwierski, modrzejec kampechiański, szakłak.
  • Substancje historyczne: Vermilion, lead-tin yellow (żółcień ołowiowo-cynowa), orpiment, lapis-lazuli, azuryt, malachit, biel ołowiana.

Charakterystyka i Struktura Drewna (Ksylemu)

• Definicja biologiczna: Drewno (ksylem) to niejednorodna tkanka przewodząca u roślin naczyniowych, odpowiedzialna za transport wody i soli mineralnych. Występuje wewnątrz organów roślinnych.
• Elementy składowe ksylemu:
  • Elementy trachealne: Cewki (tracheidy) i naczynia (trachee).
  • Miękisz drzewny: Pełni funkcje magazynowe.
• Łyko (floem): Żywa tkanka przewodząca produkty fotosyntezy, położona na zewnątrz od drewna.
• Budowa ścian komórkowych drewna:
  • Składają się z trzech głównych polimerów: celulozy, hemicelulozy oraz ligniny (polimery aromatyczne).
  • Struktura jest kompozytem, gdzie polisacharydy są połączone z ligniną.

Bakteryjny Rozkład Drewna w Środowisku Wodnym

• Siedliska: Rozkład bakteryjny dominuje w środowiskach wodnych, dotykając szczególnie mokre drewno archeologiczne (waterlogged archaeological wood).
• Typy bakterii niszczących drewno:
  1. Bakterie rozkładające błony jamek: Atakują jamki cewkowe i tkanki niezdrewniałe.
  2. Bakterie rozkładające ściany zdrewniałe: Dzielone na trzy grupy według wzorców erozji:
     • Bakterie erozyjne (erosion bacteria): Wyżerają materiał wzdłuż określonych kierunków, tworząc wzory przypominające litery $V$ oraz $X$. Tworzą „mosty” między jamkami i deformują ich kolisty kształt.
     • Bakterie tunelujące (tunnelling bacteria): Nazywane „mikro-kornikami”. Przebijają się przez ścianę wtórną ($S_2$), tworząc tunele i ściany poprzeczne (tunnel cross walls - TCW).
     • Bakterie tworzące ubytki (cavitation bacteria): Działają punktowo, tworząc wgłębienia przypominające dziury w zębach lub romboidalne ubytki widoczne w świetle spolaryzowanym.

Historyczne Przykłady Drewnianego Dziedzictwa i Katastrofy

• Okręt Vasa (Szwecja): Zatonął w 1628 roku, wydobyty w 1961. Zachowany dzięki warunkom beztlenowym w zimnych wodach portu w Sztokholmie. Degradacji uległo tylko kilka centymetrów warstwy zewnętrznej (bakterie), ale problemem stała się korozja 5000 żelaznych elementów i przedostanie się siarki do drewna.
• Mary Rose (UK): Zbudowany w 1510, zatonął w 1545. Wydobyty w 1982 po 437 latach pod wodą. Wymagał wieloletniej konserwacji (30 lat spryskiwania wodą i PEG).
• Świątynia Horyu-ji (Japonia): Jeden z najstarszych drewnianych budynków na świecie (rok 607).
• Kościół klepkowy Borgund (Norwegia): Pochodzi z 1150 roku.
• Most U Beina (Birma): Najdłuższy drewniany most świata ($1200\,m$), zbudowany w latach 1849–1851.
• Drewniany wąż z Finlandii: Artefakt liczący $4000$ lat.
• Świdrak okrętowy (Teredo navalis): Małż trawiący celulozę. Odpowiedzialny za zatonięcie statków Krzysztofa Kolumba podczas czwartej wyprawy do Ameryki (1502).

Grzyby Niszczące Drewno i Rodzaje Zgnilizny

• Dynamika ataku: Grzyby wykazują bardziej agresywną aktywność lityczną niż bakterie.
• Podział zgnilizn:
  1. Zgnilizna brunatna (brown rot): Grzyby rozkładają celulozę i hemicelulozę, pozostawiając zmodyfikowaną ligninę. Drewno pęka w kostkę (klocki) i traci wytrzymałość bardzo wcześnie. Przykłady: Stroczek łzawy (Serpula lacrymans) – niszczy drewno do $80\%$, Grzyb piwniczny, Gmatwek dębowy.
  2. Zgnilizna biała (white rot): Grzyby rozkładają wszystkie składniki ściany komórkowej (w tym ligninę). Drewno staje się jasne, włókniste lub powstają tzw. „białe kieszenie” (np. Phanerochaete gigantea).
  3. Zgnilizna szara/pleśniowa (soft rot): Powoduje powstawanie mikroskopijnych ubytków. Grzyby te tolerują ekstremalne warunki (wilgoć, temperatura) i garbniki.
• Grzyby przebarwiające (blue stain): Np. Chlorociboria, której barwnik wykorzystywano historycznie w intarsjach (XV–XVIII w.) do uzyskiwania niebiesko-zielonego drewna.

Owady – Szkodniki Drewna (Ksylofagi)

• Główne rzędy: Największe znaczenie mają chrząszcze (Coleoptera) oraz termity (Blattodea: Termitoidae).
• Kluczowe gatunki chrząszczy:
  • Kołatek domowy (Anobium punctatum): Najczęstszy szkodnik zabytków sakralnych (ołtarze, ławki).
  • Spuszczel pospolity (Hylotrupes bajulus): Atakuje głównie drewno konstrukcyjne iglaste.
  • Tykotek pstry (Xestobium rufovillosum): Średnica otworów wylotowych ok. $2\,cm$.
  • Miazgowiec brunatny (Lyctus brunneus): Szkodnik liściastych materiałów o dużej zawartości skrobi.
• Mechanizm żerowania: Larwy drążą chodniki, a dorosłe osobniki wychodzą przez otwory wylotowe. Pozostawiają charakterystyczną mączkę drzewną (ekskrementy i przeżute drewno).
• Termity:
  • Gatunki: Np. Coptotermes gestroi (gniazda podziemne), Nasutitermes matangensis (gniazda nadrzewne).
  • Szkody: Zjadają drewno od wewnątrz, często pozostawiając nienaruszoną tylko cienką warstwę zewnętrzną.
• Chrząszcze ambrozjowe: Nie jedzą drewna bezpośrednio; hodują w nim grzyby (np. Fusarium euwallaceae), które stanowią pokarm dla nich i larw.

Metody Identyfikacji i Monitoringu

• Pułapki: Stosuje się pułapki lepowe, pułapki kolorowe, pułapki świetlne (UV) oraz pułapki feromonowe (np. na Stegobium paniceum).
• Analiza morfologiczna: Identyfikacja na podstawie czułków (grzebieniaste, piłkowane, buławkowate) oraz budowy sensilli (Böhm, chaetica, baziconic).