Новая «вертикальная карта» микроорганизмов в воздухе показывает влияние глобального потепления на экосистемы
Учёные из Сингапурского центра экологического инженерирования наук о жизни (SCELSE) Наньянского технологического университета (NTU Singapore) провели масштабное исследование микроорганизмов в атмосфере от уровня земли до 3500 метров. Они обнаружили, что бактерии и грибы заселяют нижние слои атмосферы планеты специфическим образом, и их изменение может негативно повлиять на здоровье человека и продовольственное снабжение.
Используя 200-метровую метеорологическую вышку и исследовательский самолёт, собиравший пробы на высотах от 300 до 3500 метров, учёные установили, что температура — единственный наиболее важный фактор, влияющий на состав сообществ микроорганизмов в воздухе.
При изменении температуры воздуха значительно меняются виды и соотношение бактерий и грибов. Эти данные указывают, что наблюдаемое повышение глобальной температуры повлияет на атмосферную микробную экосистему, а также на наземные и водные экосистемы планеты.
Исследование опубликовано в рецензируемом журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) под руководством профессора NTU Стефана Шустера.
Ключевые открытия
- Температурная зависимость: Состав «воздушного микробиома» определяется температурой. Глобальное потепление может привести к серьёзным изменениям с последствиями для здоровья людей (обострение респираторных заболеваний), урожая сельхозкультур и природных процессов, например, круговорота углерода.
- «Небосвод-накопитель»: На высотах выше 1000 метров состав микроорганизмов стабилен и не зависит от времени суток. Эти слои действуют как «накопитель в небе», где бактерии накапливаются в больших количествах, чем у земли. В пробах с этой высоты идентифицировано более 10 000 видов.
- Суточный цикл у земли: В воздухе ниже 300 метров состав меняется в соответствии с 24-часовым циклом: днём преобладают бактерии и некоторые грибы, а ночью — грибы, разлагающие древесину.
- Роль турбулентности: Атмосферная турбулентность (ветер и погода) — основной фактор динамики микробных аэрозолей, определяющий распределение микроорганизмов в воздухе. Дневной/ночной перепад температур приводит к расслоению (стратификации) воздушных масс ночью и их перемешиванию днём.
- Радиоустойчивые бактерии: В более высоких слоях воздуха концентрация радиоустойчивых бактерий (например, Deinococcus radiodurans), способных противостоять ионизирующему излучению, высушиванию, УФ-излучению, может быть в 20 раз выше. Учёные предполагают, что ионизирующее излучение солнца и космоса способствовало развитию такой устойчивости на большой высоте.
Значение и перспективы
- База для прогнозов: Новые данные служат основой для моделирования изменений воздушного микробиома при потеплении на два и более градуса.
- Защита экосистем: «Вертикальная карта» — точка отсчёта для будущих экологических исследований и мер по защите глобальных сред и сельхозугодий.
- Поиск жизни на Марсе: Технологии отбора проб воздуха, разработанные в исследовании, в принципе могут быть использованы для изучения атмосферы других планет, например, Марса, как альтернатива бурению грунта.
Исследование воздушного микробиома длилось восемь лет и поддержано грантом Министерства образования Сингапура, SCELSE и NTU.