Website Under Construction | وب سایت در دست ساخت
Bioreceptivity refers to the inherent or evolving potential of a material to be colonized by living organisms, including bacteria, fungi, algae, mosses and lichens. First formally defined by Olivier Guillitte in 1995, the concept has become a central theoretical and practical framework for understanding biological colonisation and its role in biological weathering of building materials. In the context of natural outcrops and built cultural heritage, bioreceptivity helps explain why some stone surfaces rapidly host microbial or lichen communities while others remain largely uncolonised.
Guillitte’s original formulation sought to address a fundamental ecological question: What controls the colonisation and growth of organisms on buildings and stone structures? He emphasised that three sets of factors regulate biological colonisation: the characteristics of the organisms themselves (e.g., dispersal mechanisms, growth rates, ecological requirements), the environmental context (climate, microclimate, solar exposure, humidity, shading), and, crucially, the material properties of the substrate. Bioreceptivity conceptualises this third category by framing colonisation potential as an intrinsic property of the material. Guillitte’s definition separates bioreceptivity from accessibility, a term derived from plant ecology and introduced by Heimans in 1954, referring to the capacity of the environment to permit diaspores to reach and settle on a surface. While accessibility concerns the biological potential of the environment, bioreceptivity expresses the colonisation potential rooted in the physical, chemical and structural characteristics of the material.
Guillitte proposed several types of bioreceptivity: primary, referring to the inherent condition of a fresh, unweathered material; secondary, which emerges when a material’s properties have been modified by environmental exposure; and tertiary, where colonising organisms themselves alter the substrate in ways that facilitate further growth. He also described intrinsic, extrinsic, and semi-extrinsic subdivisions, although these categories were later considered problematic by subsequent researchers.
Primary bioreceptivity is associated with materials before they undergo environmental alteration. Smooth, hard, low-porosity stones such as fresh granite typically show low primary bioreceptivity, while more porous, rough or chemically reactive stones—such as limestones, sandstones and travertines—exhibit higher primary receptivity. In contrast, secondary bioreceptivity is dynamic and usually far more relevant in real-world contexts. Environmental weathering, air pollution, salt crystallisation, surface roughening, deposition of dust or organic matter, and moisture fluctuations alter the material’s surface and subsurface properties. As a result, materials that were originally minimally receptive may become progressively more susceptible to microbial colonisation. This is particularly important in built heritage, where stone surfaces have been exposed for decades or centuries, making secondary bioreceptivity the dominant state.
Tertiary bioreceptivity is observed when established biological communities modify the substrate, increasing its receptivity to subsequent colonisers. Lichens, for example, may produce organic acids that etch or chemically weather minerals, while microbial biofilms can trap particles, retain moisture and create microhabitats. These processes can accelerate biological weathering and create feedback loops that increase both colonisation intensity and diversity.
Although Guillitte noted in 1995 that many aspects of bioreceptivity required further study, the concept was not substantially revised for 25 years. In 2021, Sanmartín, Miller, Prieto and Viles revisited the concept, providing the first major update since its introduction. Through a bibliometric analysis, they showed that bioreceptivity had become widely adopted within built heritage science, yet often applied narrowly or inconsistently. Their reanalysis highlighted that Guillitte’s model needed refinement to remain useful for contemporary research.
Sanmartín et al. proposed that the intrinsic, extrinsic and semi-extrinsic categories of bioreceptivity should be abandoned due to conceptual ambiguity and limited practical application. Instead, they suggested adding a new category—quaternary bioreceptivity—to capture processes not fully encompassed by the original framework. They also recommended expanding the concept to include submerged and subsoil environments, where colonisation dynamics and material responses differ markedly from above-ground settings.
A major critique raised by the 2021 study is that very few investigations of bioreceptivity have been conducted in situ on actual built heritage. As a result, bioreceptivity has largely remained an experimental and laboratory-based concept, often tested on small samples under controlled conditions. While laboratory studies are valuable, they frequently exclude organisms that cannot be easily cultivated, such as many lichen species, and they often ignore the temporal dynamism of bioreceptivity. Real materials in real environments undergo continuous alteration, making static “snapshot” evaluations insufficient.
Understanding bioreceptivity is essential for predicting and managing biological colonisation, whether the goal is to prevent biological weathering on heritage surfaces or to harness bioreceptive materials in sustainable architecture. In modern building design, bioreceptivity is increasingly viewed as an opportunity rather than a threat—especially in the development of bioreceptive concretes that promote moss or lichen growth as part of ecological design strategies. Conversely, in the conservation of historic stone, knowledge of bioreceptivity helps identify surfaces at risk of accelerated colonisation and informs policies for cleaning, maintenance and environmental management.
After 25 years, bioreceptivity remains a vital concept, providing insight into the drivers, patterns and consequences of biological colonisation of stone materials. Its continued evolution and refinement—particularly through integrated field-based studies—are essential for advancing both scientific understanding and practical applications in the management of stone structures, natural landscapes and heritage environments.
مدخل شماره 2
زیستپذیری به توان بالقوهٔ یک ماده برای استعمار شدن و حمایت از رشد موجودات زنده—از جمله باکتریها، قارچها، جلبکها، خزهها و گلسنگها—اطلاق میشود. این مفهوم نخستینبار بهصورت رسمی در سال ۱۹۹۵ توسط اولیویه گوییّیت (Guillitte) در زمینهٔ بومشناسی سازهها مطرح شد و از آن زمان تاکنون یکی از مفاهیم کلیدی در مطالعات فرسودگی زیستی بهویژه در میراث فرهنگی ساختهشده بهشمار میآید. سنگها، بهعنوان مهمترین مصالح سنتی ایران، بهطور گسترده موضوع تعاملات زیستی هستند و درک زیستپذیری آنها برای مدیریت و حفاظت بلندمدت ضروری است.
گوییّیت زیستپذیری را «پتانسیل ماده برای کلونیزه شدن توسط موجودات زنده» تعریف کرد و آن را متمایز از «دسترسپذیری» (Accessibility) دانست؛ یعنی شرایطی که مشخص میکند آیا دیاسپورها میتوانند به سطح برسند یا نه. در این چارچوب، زیستپذیری به ویژگیهای خود ماده وابسته است، در حالی که دسترسپذیری توسط شرایط محیطی تعیین میشود. این تمایز نظری برای مطالعهٔ فرسودگی زیستی سنگهای ایران، که در معرض اقلیمهای بسیار متفاوت قرار دارند، اهمیت ویژه دارد.
بهگفتهٔ گوییّیت، زیستپذیری پدیدهای پویا است و ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی سنگ میتواند در طول زمان در اثر هوازدگی، آلودگی، رطوبت، نمکزایی، تغییرات دما و چرخههای یخزدگی–ذوب بهطور چشمگیری تغییر کند. او سه نوع زیستپذیری را مطرح کرد: زیستپذیری اولیه (زمانی که سنگ هنوز کلونیزه نشده و ویژگیهای آن ثابت است)، زیستپذیری ثانویه (زمانی که ویژگیهای سنگ در اثر شرایط محیطی تغییر کرده)، و زیستپذیری ثالثیه که حاصل اثر موجودات زندهٔ پیشتر استقراریافته است؛ برای مثال، گلسنگها با ترشح اسیدهای آلی سطح سنگ را زبرتر میکنند و سطح تغییریافته را برای کلونیزاسیون دیگر گونهها آمادهتر میسازند. گوییّیت در نوشتههای خود بهوضوح تأکید میکند که در عمل، بهویژه در میراث فرهنگی، زیستپذیری ثانویه اهمیت بیشتری از زیستپذیری اولیه دارد؛ زیرا مصالح تاریخی در طول دههها و سدهها دستخوش تغییرات متعدد شدهاند.
در ایران، سنگهایی چون آهک، ماسهسنگ و تراورتن دارای زیستپذیری اولیهٔ بالاتری نسبت به سنگهای آذرین متراکم مانند گرانیت هستند. سنگهای آهکیِ گسترده در نواحی زاگرس و فلات مرکزی، بهدلیل ترکیب کربناتی، تخلخل مناسب و واکنشپذیری در برابر اسیدهای آلی، زمینهٔ مساعدی برای رشد گلسنگها و جلبکها فراهم میکنند. ماسهسنگهای ایران نیز بهدلیل ساختمان دانهای و زبری سطح، پذیرای کلونیهای اولیهٔ میکروبی و تشکیل بیوفیلم هستند. در مقابل، سنگهای آذرین مانند آندزیت و گرانیت در وضعیت اولیه زیستپذیری کمتری دارند، اما فرسودگی زیستی پس از هوازدگی فیزیکی و شیمیایی آنها توسعه مییابد.
مطالعهٔ زیستپذیری سنگهای ایرانی باید با توجه به اقلیم متنوع کشور صورت گیرد. در اقلیم مرطوب شمال، جلبکها، سیانوباکترها و قارچهای تیرهرنگ در سطح سنگها بهسرعت گسترش مییابند. در مناطق خشک فلات مرکزی، گلسنگهای سختزی و مقاوم به UV رایجاند و سنگهای بیابانی بهویژه پس از فرایندهای نمکزایی زیستپذیری ثانویهٔ قابل توجهی نشان میدهند. در مناطق کوهستانی سرد، چرخههای یخزدگی–ذوب سبب افزایش ترکهای سطحی و در نتیجه افزایش میزان زیستپذیری سنگها میشود. بنابراین، الگوهای کلونیزاسیون زیستی در ایران پویا و ناهمگون است.
پس از گذشت ۲۵ سال از طرح اولیهٔ زیستپذیری، سانمارتین و همکاران (2021) این مفهوم را بازنگری کرده و نشان دادهاند که باوجود کاربری گستردهٔ واژه در ادبیات علمی، ابعاد کلیدی آن نیازمند بازتعریف است. تحلیل کتابسنجی آنها نشان داد که زیستپذیری در مطالعات میراث فرهنگی بیش از هر حوزهٔ دیگری مورد استفاده قرار گرفته اما اغلب بهصورت مفهومی ثابت تلقی شده است، در حالیکه پویایی آن بخش جداییناپذیر از فرایندهای زیستی–زمینشناختی است. این محققان، علاوه بر انواع سهگانهٔ زیستپذیری، شش نوع مفهومی که گوییّیت مطرح کرده بود—اولیه، ثانویه، ثالثیه، ذاتی، بیرونی و نیمهبیرونی—را مورد بررسی قرار دادند و پیشنهاد کردند که زیستپذیری ذاتی، بیرونی و نیمهبیرونی از رده خارج شود و دستهٔ جدیدی با عنوان زیستپذیری چهارم (Quaternary bioreceptivity) افزوده گردد؛ نوعی زیستپذیری که بازتابی از تغییرات عمیق در سنگ در اثر تعاملات پیچیدهٔ زیستی و محیطی در دورههای طولانی است.
سانمارتین و همکاران همچنین تأکید میکنند که بیشتر پژوهشها در محیط آزمایشگاهی انجام شده و بسیاری از موجودات اصلی فرسودگی زیستی—بهویژه گلسنگها—در این محیط قابل کشت نیستند. از اینرو، نیاز فوری به مطالعات میدانی در محیط واقعی وجود دارد؛ مطالعاتی که در آن پویایی زیستپذیری در زمان و مکان و تحت تأثیر شرایط واقعی اقلیمی و زیستی بررسی شود. این موضوع برای ایران، با تنوع بینظیر سنگها، اقلیمها و ترازهای آلودگی، اهمیت دوچندان دارد.
در مجموع، زیستپذیری همچنان یکی از مفاهیم کلیدی برای درک و مدیریت فرسودگی زیستی در هر دو حوزهٔ ساختوساز جدید و میراث فرهنگی است. این مفهوم، کلید فهم چرایی و چگونگی کلونیزاسیون مواد معدنی توسط موجودات زنده است و در ایران میتواند ابزار مهمی برای تحلیل و حفاظت بلندمدت سنگهای تاریخی و طبیعی باشد.
References
Sanmartín, P., Miller, A. Z., Prieto, B., & Viles, H. A. (2021). Revisiting and reanalysing the concept of bioreceptivity 25 years on. Science of the Total Environment, 770, 145314.
Guillitte, O. (1995). Bioreceptivity: a new concept for building ecology studies. Science of the Total Environment, 167(1–3), 215–220.