Инфекция добралась до тропосферы

Сделан первый масштабный замер микробного состава средних и верхних слоев земной тропосферы

В средней и верхней частях тропосферы обнаружены высокие концентрации микробов, которые могут влиять на погоду и климат. Возможно, что для некоторых из них эти высоты являются естественной средой обитания.

Сделан первый масштабный замер микробного состава средних и верхних слоев земной тропосферы (12–18 км), степень инфицированности которых – прежде всего бактериями – оказалась неожиданно высокой. До сих пор не ясно, являются ли эти зоны, мало приспособленные для жизни, естественной средой обитания микробов, возможно, живущих и размножающихся на мельчайших частицах взвешенной в тропосферном воздухе углеродсодержащей пыли (которая может иметь и космическое, в том числе метеоритное происхождение), или они заносятся сюда потоками воздуха из нижних, приповерхностных слоев.

<2>Как бы то ни было, сам факт их присутствия на больших высотах, где происходит формирование облаков, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов, представляет большой интерес для климатологов, поскольку взвешенные в воздухе микроорганизмы могут влиять на динамику фазового перехода атмосферного водяного пара в кристаллы льда, что, в свою очередь, может влиять на погоду и климат. Также тропосферная миграция бактерий может объяснить механизм распространения инфекций на большие, в том числе межконтинентальные, расстояния.

Микробный состав тропосферы был исследован в рамках программы NASA «GRIP» по изучению механизма формирования штормов в тропических широтах (NASA`s Genesis and Rapid Intensification Processes). Забор образцов воздуха осуществлялся летающей лабораторией NASA на базе самолета DC-8 над участками суши (побережье Калифорнии и континетнальная часть США), а также Карибским морем и Атлантическим океаном до, во время и после тропических штормов Earl и Karl в 2010 году. Результаты исследования, осуществленного сотрудниками Технологического института Джорджии, опубликованы сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Для анализа микробного состава воздуха были сконструированы специальные фильтры, соединенные с воздухозаборниками и анализаторами ДНК, позволяющими определять количественный и видовой состав микроорганизмов почти в реальном времени без предварительного высевания микробов в питательном субстрате.

Как показал анализ, жизнеспособные клетки бактерий составляют примерно 20% частиц диаметром от 0,25 до 1 микрона, содержащихся в воздухе на высоте 8-10 км (то есть в средних слоях тропосферы).

Концентрация аэрозольных частиц этого размера менялась в зависимости от высоты, составляя 59 млн частиц на кубический метр в самых нижних слоях тропосферы (0-1 км) и снижаясь до 2,6 млн на куб. м на высоте 7-8 км. Здесь общее число бактерий в исследованных образцах было на порядок больше, чем одноклеточных грибов, а доля их содержания по отношению к общей массе аэрозольных частиц микронного и субмикронного размера колебалась от 3% до (в некоторых образцах, собранных в зоне ураганов) 100%. В любом случае концентрация бактерий в средней и верхней тропосфере (в среднем — 20%) оказалась больше, чем в приповерхностных слоях воздуха, где на 1 живую бактерию приходится примерно 1 миллион неживых частиц размером до 1 микрона.

<3>Оперативная расшифровка ДНК выявила 17 различных типов бактерий, обнаруженных в средней и верхней тропосфере. Большая их часть была океанического происхождения, если заборы воздуха осуществлялись над океаном, и наземного, когда заборы осуществлялись над сушей. Интересно, что некоторые типы бактерий, обнаруженные в тропосфере, способны перерабатывать органические соединения, присутствующие в воздухе на больших высотах, например щавелевую кислоту. Выяснилось также, что ураганы оказывают существенное влияние на концентрацию и динамику распространения микробов в средней и верхней частях тропосферы.

Последние могут инициировать формирование ледяных кристаллов на больших высотах, при этом роль центров конденсации водяного пара могут играть как сами бактерии, перерабатывающие, возможно, атмосферную органику, так и продукты их жизнедеятельности.

«В отсутствие или при очень низких концентрациях пыли, на которой конденсируются кристаллы водяного льда, на таких высотах достаточно небольшого количества микроорганизмов, чтобы запустить процесс конденсации пара и образования льда, что, в свою очередь, может влиять на динамику формирования и поведения облаков», — комментирует результаты анализа один из авторов статьи Атанасиос Ненес, профессор Технологического института Джорджии.

По всей видимости, большая часть микробов попадает в верхние слои тропосферы на высоту до 18 км с водно-пылевой взвесью, увлекаемой потоками воздуха с поверхности суши и океанов.

<4>Какие из них более приспособлены к выживанию на таких высотах в условиях низких температур, дефицита питательных веществ и повышенной радиации, а какие менее, только предстоит выяснить. Между тем вопрос об уровне жизненной активности микробов на больших высотах остается наиболее интригующим не только в контексте высшей границы распространения живого вещества, но и с точки зрения его влияния на климат – как пассивного (если единственным источником поступления микробов в тропосферу является водно-пылевая аэрозоль, увлекаемая с поверхности Земли), так и активного (если микробы продолжают жить и размножаться в средней и верхней частях тропосферы).

И в том и в другом случае придется корректировать существующие представления об эволюции земного климата, которые основаны на «чистых» газодинамических моделях и не учитывают вклада многих других факторов, роль которых может быть существенной. Например, микробного состава средней и верхней частей тропосферы, влияющего не только на процесс образования облаков, но, возможно, и на ее химический состав.

Картина дня