Легкий дождь может распространять почвенные бактерии на большие расстояния
Исследование MIT, опубликованное в Nature Communications, показало, что при определенных условиях дождь может быть средством распространения бактерий.
Используя высокоскоростную съемку, ученые наблюдали за эффектом падения капель дождя на сухую почву, содержащую бактерии. Капли, падающие со скоростью, имитирующей легкий дождь, и при температурах, характерных для тропических регионов (~30 °C или 86 °F), высвобождали аэрозоли. Каждый такой аэрозоль переносил до нескольких тысяч бактерий из почвы, которые оставались жизнеспособными более часа.
Если эти бактерии поднимаются ветром, они могут преодолевать значительные расстояния, прежде чем осесть и колонизировать новое место. Это имеет значение для распространения патогенов растений, которые могут переноситься с зараженной почвы, в том числе через системы искусственного орошения.
Механизм образования аэрозолей
В основе процесса лежит механизм, открытый той же группой ранее: при ударе капли о поверхность почвы в ней захватываются крошечные пузырьки воздуха. Эти пузырьки поднимаются и лопаются внутри капли, создавая фонтан более мелких капель — аэрозолей. Именно этот механизм может объяснять происхождение запаха «петрикора» (запаха земли после дождя).
Исследование было инициировано после запроса британских ученых, которые заметили корреляцию между дождями и увеличением случаев мелиоидоза — инфекции, вызываемой почвенной бактерией Burkholderia pseudomallei.
Ключевые условия для распространения
В лабораторных экспериментах изучалось воздействие на три непатогенных вида почвенных бактерий в шести типах почв (глина, супесь, песок). Основные выводы:
- Температура почвы: Наибольшее количество аэрозолей образовывалось при температуре почвы около 30 °C (86 °F).
- Тип почвы: Больше аэрозолей производилось на суглинистых почвах. Песок, как правило, полностью поглощал капли.
- Скорость удара капли: Оптимальная скорость для образования аэрозолей — 1.4–1.7 м/с, что соответствует интенсивности легкого дождя. При такой скорости вода впитывается, не разбрызгиваясь, но достаточно быстро, чтобы захватить воздух.
Количество бактерий в одном аэрозоле варьировалось от нуля до нескольких тысяч и зависело от типа почвы, плотности бактерий, температуры и скорости удара капли.
Глобальная оценка
Исследователи определили три ключевых параметра для оценки рассеивания: плотность бактерий и пузырьков воздуха на поверхности, а также «эффективность аэрозолизации» (доля бактерий на поверхности, которая в итоге рассеивается).
На основе этих параметров, общей площади суши и данных об осадках, команда оценила, что дождевые капли могут рассеивать от 10 000 до 800 000 триллионов бактериальных клеток в год. Таким образом, глобальные осадки могут быть ответственны за выброс от 1.6% до 25% общего количества бактерий с поверхности суши.
Этот механизм может быть важным путем переноса почвенных бактерий, ответственных за инфекции у людей, животных и растений, а также влиять на климатические процессы, такие как образование облаков и льда.