Микробы везде. Одна из из самых экстремальных сред обитания микробов - это воздух, атмосфера вокруг земли. Ученые даже обозвали изучение биологических частиц, находящихся в воздухе аэробиологией. Аэробиология исследует производство, распространение и перенос воздушных микробов и питательных веществ, а также их влияние на окружающую среду и здоровье человека. Данная наука не нова, исследования воздуха над океаном начал в начале 1800-х годов Кристиан Готфрид Эренберг, один из пионеров микроскопии. Он выделил несколько десятков одноклеточных организмов, именуемые простейшими (протистами), которые он собрал из дождевой воды с палубы судна во время плавания в Атлантическом океане.
Что бы понять что живет в воздухе, надо разобраться что это за среда. Воздух содержит азот, кислород, углекислый газ, следы других газов, а также разные аэрозоли. Аэрозоли состоят из частиц, капель и биоаэрозолей. К частицам и каплям относятся пыль, туман, дым и гарь. Биоаэрозоли же состоят из крошечные частицы биологического происхождения: бактерий, вирусов, грибов, простейших, водорослей, лишайников, а также пыльцы и мелких семян. Биоаэрозоль может состоять как и из живых микробов, так и из их останков. Эти биологические частицы можно найти практически повсюду на Земле. Каждый день между воздухом и океаном происходит обмен сотнями триллионов микробов. Попадая в воздух, многие микробы прикрепляются к пыли и другим частицам и попадают в капельки воды в облаках, тумане, дожде и снеге. Это позволяет многим микробам оставаться живыми во время их путешествия по воздуху, преодолевать большие расстояния и попадать в недоступные иначе для них места.
Одним из больших источников частиц в воздухе, переносящими микробов, являются пустыни, например: Сахара в Северной Африке, Аравийская пустыня на Ближнем Востоке, Гоби и Такламакан в Китае, Мохаве на юго-западе США), Атакама в Южной Америке. Другие источники частиц и капель являются морские и озерные брызги от разбивающихся волн, промышленная деятельность, лесные пожары и извержения вулканов. Самый противоречащие интуиции источник микробов - лесные пожары, уничтожающие все живое, но являющиеся источником живых микробов. Температура воздуха вблизи очага пожара может достигать более 1000 °C. А аэрозоли, собранные во время лесных пожаров, содержат около 100 000 микробных клеток в кубометре воздуха. Количество микробов в воздухе во время пожаров примерно в 10 раз превышает количество микробов в обычных аэрозолях, например, в пыле.
Количество микробов в воздухе может сильно меняться от 100 до 100 000 клеток на кубический метр воздуха. На количество влияют температура воздуха, влажность, скорость ветра, направление ветра, характер дождя, время, прошедшее с момента поднятия микробов в воздух, время года и суток, а также высота над уровнем моря. Разнообразие также зависит от того, откуда взялся аэрозоль, микробы поднятые в воздух в результате сельскохозяйственной деятельности или промышленности, будут отличаться от микробов поднятых в воздух брызгами моря.
Воздушные бактерии участвуют в преобразовании атмосферных газов в биологически полезные формы, что может влиять на качество воздуха и климат. Микробы в воздухе также могут служить поверхностями, на которых капли дождя могут скапливаться в облаках, тем самым способствуя образованию облаков и выпадению осадков. Некоторые микробы выживают в тяжелых условиях атмосферы, образуя споры. Некоторые из этих спор имеют аэродинамическую форму, которая позволяет им переноситься по воздуху на очень большие расстояния. Микробы могут вырабатывать вещества, которые защищают их от радиации или высыхания, или же укутаться в частицы пыли и брызг. В капельках воды влажность выше, клетка микроба может долго не высыхать, а разрушительное ультрафиолетовое излучение может не достать микроб спрятавшийся в песчинке.
Микробы не витают в воздухе бесконечно. Скорость падения микробов на Землю зависит в основном от их размера, формы, температуры воздуха, влажности и воздушного потока. Обычно скорость осаждения вирусов составляет около нескольких мм в секунду, в то время как для более крупных клеток, таких как водоросли, скорость составляет порядка нескольких см в секунду. Размер клетки микроба определяет, как далеко он может быть перенесен и как долго он остается в атмосфере. Когда микробы попадают на поверхность Земли, они могут влиять на разнообразие и работоспособность водных и наземных экосистем. Приземляясь на сушу и океан, аэрозоли могут принести с собой новые и потенциально опасные микроорганизмы, например вирусы, которые могут изменить экосистему, в которой они приземлились. Воздушные микробы могут оказывать и положительное воздействие, например они могут удобряют океан питательными веществами.
Как ученые изучают микробы, парящие в воздухе?
Один из методов обнаружения - процеживание воздуха с помощью насосов, чтобы собирать и накоплять микробы на фильтрах. Также можно оставить чашку Петри с питательной средой на воздухе, в течение определенного периода времени, а затем дать микробам вырасти в тепловом шкафу. Также используют микробное уплотнение (microbial impaction), где устройство, охлаждающего и конденсирующего образец воздуха, заставляет микробы скапливаться на поверхности. У каждого метода есть свои сильные стороны, ограничения и специфическое применение. Собранные микробы отправляют на изучение в лабораторию. Там можно считать клетки микробов, изучать их рост и метаболизм, а также определять кто именно обитает в воздухе с помощью прочтения ДНК.
Источник:
Rahav E, Herut B and Paytan A (2024) Blowing in the Wind: Microbial Transport in the Atmosphere. Front. Young Minds. 12:1172757. doi: 10.3389/frym.2023.1172757
Ставя любо и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Как увидеть невидимое