Недавнє дослідження, опубліковане в журналі mBio, розкрило дивовижний біологічний механізм, що тихо працює в атмосфері: бактерії, що живуть усередині крапель туману, активно розмножуються та поглинають токсичні забруднювачі, включаючи формальдегід. Це відкриття ставить під сумнів усталену думку про те, що атмосферні мікроорганізми є merely пасивними мандрівниками, що дрейфують у повітрі в неактивному стані.
Мікроскопічний океан у небі
Роки вчені знали, що в атмосфері міститься значна кількість бактеріальних клітин від тисяч до мільйонів на кубічний метр. Однак залишалося незрозумілим, чи живі ці мікроорганізми і чи активні вони, чи просто є сплячими частинками, що переносяться вітром.
Ті Тхюонг Тхюонг Као, аспірант Арізонського державного університету (ASU), та її колеги прагнули відповісти на це питання, вивчивши епізоди радіаційного туману в центральній Пенсільванії. Протягом двох років вони проаналізували 32 окремі події з утворенням туману, розглядаючи туман як унікальне місце існування мікроорганізмів.
Результати показали густу, живу екосистему, приховану в тумані:
- Висока щільність: Хоча менше 1% окремих крапель туману містять бактерії, загальна концентрація вражає уяву. Професор Ферран Гарсія-Пічель з ASU зазначив, що щільність бактерій у тумані можна порівняти з тією, що спостерігається в океані.
- Обсяг життя: В обсязі води туману, що дорівнює одній сірниковій коробці, міститься приблизно 10 мільйонів бактерій.
Метилобактерії: двірники туману
Серед різноманітного мікробного населення виділялася одна група: метилобактерії. Порівнюючи зразки повітря, взяті до та після туману, дослідники помітили чітку закономірність. У сухому повітрі перед утворенням туману рівень цих бактерій був нижчим, тоді як після туману він значно зростав.
Мікроскопічний аналіз підтвердив, що ці бактерії були не просто присутніми; вони процвітали. Вчені спостерігали збільшення обсягу клітин та його розподіл, що вказувало активне зростання. Важливо те, що це зростання харчувалося за рахунок формальдегіду, поширеного та шкідливого забруднювача повітря.
«Ми спостерігали їх під мікроскопом, щоб побачити, що так, бактерії стають більше і діляться, тобто відбувається зростання, — сказала Као. — Ми також виявили, що вони використовують формальдегід як їжу для підтримки свого зростання».
Чому це важливо: очищення повітря вночі
Формальдегід — летюче органічне з’єднання, що сприяє утворенню приземного смогу з озону і серйозну загрозу здоров’ю людей. Зазвичай, атмосферна хімія, що розкладає такі забруднювачі, запускається сонячним світлом. Вночі, коли часто утворюється радіаційний туман, хімічні реакції сповільнюються, що дозволяє забруднювачам накопичуватися.
Відкриття активних метилобактерій змінює цю картину. Ці мікроорганізми не залежить від сонячного світла. Натомість вони метаболізують формальдегід, розщеплюючи його до вуглекислого газу. Цей процес служить двом цілям:
- Виживання: У високих концентраціях формальдегід токсичний для самих бактерій. Розкладаючи його, вони підтримують рівень хімічної речовини в межах, безпечних для їхнього виживання.
- Якість повітря: Ця біологічна активність ефективно видаляє шкідливий забруднювач з повітря в годинник, коли традиційні хімічні процеси очищення не працюють.
«Щодо нещодавно люди почали вивчати біологічну активність у хмарах, тому ми все ще багато чого не розуміємо, — сказав професор ASU П’єр Еркес. — У нічний час… хімія багато в чому визначається Сонцем та світлом. Але якщо бактерії продовжують свою роботу навіть уночі, вони можуть мати велике значення.
Новий кордон у науці про атмосферу
Це дослідження, під назвою «Зростання та деградація формальдегіду фотогетеротрофними Methylobacterium всередині радіаційних туманів»*, підкреслює прогалину в нашому розумінні атмосферної біології. Дослідники наголошують, що туман — це не просто погодне явище, а складне живе середовище.
Для майбутніх досліджень залишається кілька важливих питань:
* Чи різні спільноти бактерій живуть у різних типах туману?
* Які ще забруднювачі можуть поглинати ці мікроорганізми?
* Наскільки суттєво ці біологічні процеси впливають на загальну якість повітря у регіоні?
“Небо – межа, і це не каламбур”, – зауважив Гарсія-Пічель, підкреслюючи масштаб незвіданого в цьому мініатюрному атмосферному світі.
Висновок
Наявність активних бактерій, що споживають забруднювачі, у тумані розкриває раніше пропущений на увазі шар саморегуляції атмосфери. Розкладаючи токсичні хімікати, такі як формальдегід, вночі, ці мікроскопічні організми грають vital, хоч і непомітну, роль у підтримці якості повітря, що передбачає, що біологія та атмосферна хімія пов’язані більш тісно, ніж думалося раніше.
