Niedawne badanie opublikowane w czasopiśmie mBio ujawniło zaskakujący mechanizm biologiczny działający cicho w atmosferze: bakterie żyjące w kropelkach mgły aktywnie namnażają się i pochłaniają toksyczne zanieczyszczenia, w tym formaldehyd. Odkrycie to podważa długo utrzymywany pogląd, że mikroorganizmy atmosferyczne są jedynie biernymi podróżnikami, dryfującymi w powietrzu w stanie nieaktywnym.
Mikroskopijny ocean na niebie
Od lat naukowcy wiedzą, że atmosfera zawiera znaczną liczbę komórek bakteryjnych – od tysięcy do milionów na metr sześcienny. Nie było jednak jasne, czy te mikroorganizmy były żywe i aktywne, czy po prostu uśpione cząstki przenoszone przez wiatr.
Thi Thuong Thuong Cao, absolwentka Arizona State University (ASU) i jej współpracownicy próbowali odpowiedzieć na to pytanie, badając epizody mgły radiacyjnej w środkowej Pensylwanii. W ciągu dwóch lat przeanalizowali 32 oddzielne zdarzenia tworzące mgłę, traktując mgłę jako wyjątkowe siedlisko mikroorganizmów.
Wyniki ujawniły gęsty, tętniący życiem ekosystem ukryty we mgle:
- Wysoka gęstość: Chociaż mniej niż 1% pojedynczych kropel mgły zawiera bakterie, ogólne stężenie jest niesamowite. Profesor Ferran García-Pichel z ASU zauważył, że gęstość bakterii we mgle jest porównywalna z tą obserwowaną w oceanie.
- Objętość życia: Objętość wody mgły równa jednemu pudełku zapałek zawiera około 10 milionów bakterii.
Methylobacteria: wycieraczki przeciwmgielne
Wśród zróżnicowanej populacji drobnoustrojów wyróżniała się jedna grupa: metylobakterie. Porównując próbki powietrza pobrane przed i po mgle, naukowcy zauważyli wyraźny wzór. W suchym powietrzu przed mgłą poziom tych bakterii był niższy, natomiast po mgle znacznie wzrósł.
Analiza mikroskopowa potwierdziła, że bakterie te były nie tylko obecne; rozkwitły. Naukowcy zaobserwowali wzrost rozmiaru i podziału komórek, co wskazuje na aktywny wzrost. Co ważne, wzrost ten był napędzany formaldehydem, powszechną i szkodliwą substancją zanieczyszczającą powietrze.
„Obserwowaliśmy je pod mikroskopem i stwierdziliśmy, że bakterie stawały się coraz większe i dzieliły się, więc rosły” – powiedział Kao. „Odkryliśmy również, że wykorzystują formaldehyd jako pożywienie, aby wspomóc swój wzrost”.
Dlaczego to ważne: oczyszczanie powietrza nocą
Formaldehyd jest lotnym związkiem organicznym, który przyczynia się do powstawania przyziemnego smogu z ozonu i stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Zazwyczaj chemia atmosfery, która rozkłada takie zanieczyszczenia, jest wywoływana przez światło słoneczne. W nocy, gdy często tworzy się mgła radiacyjna, reakcje chemiczne znacznie spowalniają, umożliwiając gromadzenie się substancji zanieczyszczających.
Odkrycie aktywnych metylobakterii zmienia ten obraz. Mikroorganizmy te nie są zależne od światła słonecznego. Zamiast tego metabolizują formaldehyd, rozkładając go na dwutlenek węgla. Proces ten służy dwóm celom:
- Przetrwanie: W wysokich stężeniach formaldehyd jest toksyczny dla samych bakterii. Rozbijając go, utrzymują poziom substancji chemicznej w granicach bezpiecznych dla ich przetrwania.
- Jakość powietrza: Ta aktywność biologiczna skutecznie usuwa szkodliwe zanieczyszczenia z powietrza w godzinach, w których nie działają tradycyjne procesy oczyszczania chemicznego.
„Ludzie dopiero niedawno zaczęli badać aktywność biologiczną w chmurach, więc nadal wielu rzeczy nie rozumiemy” – powiedział profesor ASU Pierre Erkes. – Nocą… o chemii w dużej mierze decyduje Słońce i światło. Jeśli jednak bakterie będą nadal działać nawet w nocy, mogą mieć duże znaczenie”.
Nowa granica w nauce o atmosferze
Badanie to, zatytułowane Wzrost i degradacja formaldehydu przez fotoheterotroficzne Methylobacterium w mgłach radiacyjnych, podkreśla lukę w naszym rozumieniu biologii atmosfery. Naukowcy podkreślają, że mgła to nie tylko zjawisko pogodowe, ale złożone środowisko życia.
Pozostaje kilka ważnych pytań do przyszłych badań:
* Czy różne społeczności bakterii żyją w różnych rodzajach mgły?
* Jakie inne zanieczyszczenia mogą absorbować te mikroorganizmy?
* Jak znacząco te procesy biologiczne wpływają na ogólną jakość powietrza w regionie?
„Niebo jest granicą, to nie zamierzona gra słów” – zauważył Garcia-Pichel, podkreślając skalę nieznanego w tym miniaturowym, atmosferycznym świecie.
Wniosek
Obecność we mgle aktywnych bakterii pochłaniających zanieczyszczenia ujawnia wcześniej przeoczoną warstwę samoregulacji atmosfery. Rozkładając w nocy toksyczne substancje chemiczne, takie jak formaldehyd, te mikroskopijne organizmy odgrywają kluczową, choć subtelną, rolę w utrzymaniu jakości powietrza, co sugeruje, że biologia i chemia atmosfery są ze sobą ściślej powiązane, niż wcześniej sądzono.
