Недавнее исследование, опубликованное в журнале mBio, раскрыло удивительный биологический механизм, тихо работающий в атмосфере: бактерии, живущие внутри капель тумана, активно размножаются и поглощают токсичные загрязнители, включая формальдегид. Это открытие ставит под сомнение устоявшееся мнение о том, что атмосферные микроорганизмы являются merely пассивными путешественниками, дрейфующими в воздухе в неактивном состоянии.
Микроскопический океан в небе
Годы ученые знали, что в атмосфере содержится значительное количество бактериальных клеток — от тысяч до миллионов на кубический метр. Однако оставалось непонятным, живы ли эти микроорганизмы и активны ли они, или просто представляют собой спящие частицы, переносимые ветром.
Ти Тхюонг Тхюонг Као, аспирант Аризонского государственного университета (ASU), и ее коллеги стремились ответить на этот вопрос, изучив эпизоды радиационного тумана в центральной Пенсильвании. В течение двух лет они проанализировали 32 отдельных события с образованием тумана, рассматривая туман как уникальную среду обитания микроорганизмов.
Результаты показали густую, живую экосистему, скрытую в тумане:
- Высокая плотность: Хотя менее 1% отдельных капель тумана содержат бактерии, общая концентрация поражает воображение. Профессор Ферран Гарсия-Пичель из ASU отметил, что плотность бактерий в тумане сопоставима с той, что наблюдается в океане.
- Объем жизни: В объеме воды тумана, равном одной спичечной коробке, содержится примерно 10 миллионов бактерий.
Метилобактерии: дворники тумана
Среди разнообразного микробного населения выделялась одна группа: метилобактерии. Сравнивая образцы воздуха, взятые до и после тумана, исследователи заметили четкую закономерность. В сухом воздухе перед образованием тумана уровень этих бактерий был ниже, тогда как после тумана он значительно возрастал.
Микроскопический анализ подтвердил, что эти бактерии не просто присутствовали; они процветали. Ученые наблюдали увеличение размера клеток и их деление, что указывало на активный рост. Важно то, что этот рост питался за счет формальдегида, распространенного и вредного загрязнителя воздуха.
«Мы наблюдали их под микроскопом, чтобы увидеть, что, да, бактерии становятся больше и делятся, то есть происходит рост, — сказала Као. — Мы также обнаружили, что они используют формальдегид в качестве пищи для поддержания своего роста».
Почему это важно: очищение воздуха ночью
Формальдегид — летучее органическое соединение, способствующее образованию приземного смога из озона и представляющее серьезную угрозу для здоровья людей. Обычно атмосферная химия, разлагающая такие загрязнители, запускается солнечным светом. Ночью, когда часто образуется радиационный туман, химические реакции значительно замедляются, что позволяет загрязнителям накапливаться.
Открытие активных метилобактерий меняет эту картину. Эти микроорганизмы не зависят от солнечного света. Вместо этого они метаболизуют формальдегид, расщепляя его до углекислого газа. Этот процесс служит двум целям:
- Выживание: В высоких концентрациях формальдегид токсичен для самих бактерий. Разлагая его, они поддерживают уровень химического вещества в пределах, безопасных для их выживания.
- Качество воздуха: Эта биологическая активность эффективно удаляет вредный загрязнитель из воздуха в часы, когда традиционные химические процессы очистки не работают.
«Относительно недавно люди начали изучать биологическую активность в облаках, поэтому мы все еще многое не понимаем, — сказал профессор ASU Пьер Эркес. — В ночное время… химия во многом определяется Солнцем и светом. Но если бактерии продолжают свою работу даже ночью, они могут иметь большое значение».
Новая граница в науке об атмосфере
Это исследование, озаглавленное «Рост и деградация формальдегида фотогетеротрофными Methylobacterium внутри радиационных туманов», подчеркивает пробел в нашем понимании атмосферной биологии. Исследователи подчеркивают, что туман — это не просто погодное явление, а сложная живая среда.
Для будущих исследований остается несколько важных вопросов:
* Разные ли сообщества бактерий обитают в различных типах тумана?
* Какие еще загрязнители могут поглощать эти микроорганизмы?
* Насколько существенно эти биологические процессы влияют на общее качество воздуха в регионе?
«Небо — предел, и это не каламбур», — заметил Гарсия-Пичель, подчеркивая масштаб неизведанного в этом миниатюрном атмосферном мире.
Заключение
Наличие активных бактерий, потребляющих загрязнители, в тумане раскрывает ранее упущенный из виду слой саморегуляции атмосферы. Разлагая токсичные химикаты, такие как формальдегид, ночью, эти микроскопические организмы играют vital, хотя и незаметную, роль в поддержании качества воздуха, что предполагает, что биология и атмосферная химия связаны более тесно, чем думалось ранее.
