Înainte de răsăritul soarelui, în centrul statului Pennsylvania, ceața se așază joasă și nemișcată peste peisaj. Pare un fenomen complet tăcut și, la prima vedere, lipsit de viață. Însă, în interiorul acelor picături suspendate, cercetătorii de la Universitatea de Stat din Arizona (ASU) au descoperit ceva fascinant și mult mai puțin pasiv: bacterii vii care se înmulțesc și, mai mult, se hrănesc cu poluanții toxici din aer.
Această descoperire transformă ceața dintr-un simplu fenomen meteorologic într-un filtru biologic activ: un microbiom în ceață care detoxifică atmosfera. Într-un studiu recent publicat în revista mBio, echipa de cercetători raportează că ceața de radiație – genul de ceață care se formează aproape de sol în condiții de aer calm – acționează, de fapt, ca un habitat acvatic temporar pentru microbi.
Ceea ce este cu adevărat remarcabil este că unele dintre cele mai comune bacterii din aceste picături sunt capabile să consume rapid formaldehida. Acest poluant toxic din aer nu doar că dăunează sănătății umane, dar contribuie și la formarea smogului de ozon. Această dinamică transformă ceața dintr-un simplu detaliu meteorologic într-un mecanism crucial pentru calitatea aerului și sănătatea publică: practic, natura folosește acest ecosistem efemer pentru a-și detoxifia propria atmosferă la nivelul solului.
„Cunoștințele despre tipurile de bacterii prezente în ceață, care este ca un nor la nivelul solului, sunt foarte limitate”, a explicat cercetătorul principal Thi Thuong Thuong Cao. Aceasta a lucrat la proiect în perioada doctoratului la Școala de Științe Moleculare a ASU, iar în prezent este cercetător postdoctoral la Virginia Tech.
Întrebarea centrală care a ghidat această cercetare a fost una simplă, dar cu implicații majore: ce bacterii se ascund în ceață și, mai ales, sunt ele cu adevărat active acolo?
„Dacă se dezvoltă, atunci picăturile reprezintă un habitat. Aceasta este o schimbare de perspectivă”, a declarat coautorul studiului, Ferran Garcia-Pichel, director al Centrului de Biodesign pentru Microbiomică Fundamentală și Aplicată din cadrul ASU.
O lume densă ascunsă în interiorul picăturilor minuscule
Oamenii de știință știu de ani de zile că bacteriile plutesc prin atmosferă și că pot fi găsite în nori. Ceea ce rămăsese neclar era dacă aceste microorganisme doar se află în tranzit prin acele spații apoase sau dacă trăiesc, de fapt, acolo.
Pentru a elucida acest mister, echipa ASU a monitorizat cu atenție 32 de evenimente de ceață de radiație, pe parcursul a doi ani, în centrul statului Pennsylvania. Alegerea ceții de radiație le-a oferit un avantaj tactic imens. Spre deosebire de norii aflați în continuă mișcare sau de ceața de advecție, aceasta se formează la nivel local, în mase de aer stagnant. Acest detaliu a facilitat compararea precisă a aceluiași aer înainte, în timpul și după un eveniment de ceață.
Ceea ce au descoperit a fost un microbiom surprinzător de dens. În medie, picăturile de apă din ceață conțineau aproximativ 106 copii ale O secvență de ADN prezentă la toate bacteriile, folosită de oamenii de știință ca un „cod de bare” genetic pentru a identifica și clasifica tipurile de bacterii dintr-o mostră. bacteriene pe mililitru de apă lichidă. Mai mult, cercetătorii au constatat că bacteriile reprezentau cea mai mare parte a încărcăturii biologice.
Pentru a pune aceste cifre abstracte într-o perspectivă mai clară, Garcia-Pichel a explicat că o singură picătură de apă de ceață conține aproximativ 10 milioane de bacterii. El a adăugat că, dacă luăm în considerare toate picăturile la un loc, concentrația bacteriană atinge niveluri similare cu cele din apa oceanelor.
Desigur, nu absolut fiecare picătură mișună de viață. Echipa a descoperit că mai puțin de 1% din picăturile de ceață conțin bacterii, însă numărul total devine uriaș tocmai pentru că ceața este formată din extrem de multe picături înghesuite într-un spațiu foarte mic.
Un grup de bacterii care domină peisajul: Methylobacterium
Printre toți microbii detectați, un anumit grup a ieșit constant în evidență: Methylobacterium. Pe parcursul celor 32 de evenimente de ceață analizate, bacteriile din acest grup au reprezentat, în medie, 29% din toate citirile de secvențiere. Această prezență masivă le-a transformat în locuitorii cei mai constanți și dominanți ai microbiomului din apa de ceață.
De ce este acest detaliu atât de important? Deoarece Methylobacterium este recunoscut pentru capacitatea sa de a se hrăni cu compuși simpli, care conțin un singur atom de carbon. Iar unul dintre acești compuși este chiar formaldehida.
Formaldehida este frecvent întâlnită în atmosferă și poate ajunge cu ușurință în apa din ceață. În probele colectate din Pennsylvania, aceasta a fost detectată în concentrații cuprinse între 6 și 25 micromolari. Surprinzător a fost faptul că apa proaspătă din ceață a eliminat-o rapid, înregistrând rate de degradare de aproximativ 200 de ori mai rapide decât cele măsurate anterior în apa din nori, în alte regiuni.
Echipa a observat semnale clare că biologia era motorul principal al acestei curățări rapide. Atunci când au filtrat apa din ceață pentru a elimina particulele, activitatea de degradare aproape s-a oprit. Mai mult, probele de control ucise au demonstrat că aproximativ 95% din pierderea de formaldehidă putea fi atribuită direct proceselor biologice.
Cao a mers mai departe și a examinat celulele direct:
„Le-am observat la microscop pentru a vedea că, da, bacteriile devin mai mari și se divid, deci există creștere. Am descoperit, de asemenea, că folosesc formaldehida ca hrană pentru a-și susține creșterea.”, a spus ea.
Mai mult decât simpli pasageri chimici
Cel mai puternic argument în favoarea ideii că ceața este un ecosistem activ, și nu doar o rețea de transport, a venit din convergența mai multor dovezi.
Bacteriile aflate în interiorul picăturilor de ceață erau semnificativ mai mari decât cele din fracțiunea uscată de aerosoli pe timpul acelorași evenimente. Volumul mediu al celulelor hidratate din picături era de 8,5 micrometri cubi, o diferență uriașă față de doar 1,6 micrometri cubi în particulele de Particule fine solide sau lichide, suspendate în aer, care rămân libere în spațiile dintre picăturile de ceață sau nori (nu se condensează formând picături).. Frecvența cu care celulele se divideau era, de asemenea, net superioară în picături: o medie de 2,4%, comparativ cu doar 1,0% în particulele de aerosoli.
Comunitățile microbiene din apa de ceață arătau diferit și structural față de cele din aerul limpede de dinaintea formării ceții sau față de aerosolii interstițiali din timpul fenomenului. Deși doar un număr mic de variante bacteriene păreau să se îmbogățească preferențial în interiorul picăturilor, Methylobacterium domina absolut acea listă scurtă.
Când cercetătorii au analizat microbiomul aerului după disiparea ceții, rezultatele au fost grăitoare. În șase comparații pereche (înainte și după fenomen), aerul post-ceață conținea semnificativ mai multe bacterii decât cel pre-ceață, cu o creștere medie de 45% (creșterile au variat între 7% și 90%).
Studiul subliniază că cea mai logică și simplă explicație pentru acest fenomen este creșterea in situ, deși procesul este complex. Numărul de bacterii nu a crescut la infinit odată cu durata ceții, deoarece analiza sugerează că depunerea umedă elimină probabil celulele în timp, în ciuda faptului că unele continuă să se reproducă.
Lucrarea a evidențiat, totodată, limitele folosirii formaldehidei. Bacteriile au degradat substanța atât de rapid încât cercetătorii au dedus că nu o foloseau doar pentru a construi biomasă nouă. Deoarece la niveluri ridicate formaldehida este toxică, o mare parte din această activitate frenetică de consum servește, cel mai probabil, ca mecanism de detoxifiere.
Studiile de laborator realizate pe două tulpini izolate de Un gen de bacterii capabile să se hrănească exclusiv cu compuși chimici simpli (precum formaldehida), acționând ca principalul purificator natural în ecosistemul ceții. au confirmat această ipoteză. Ambele au reușit să crească folosind formaldehida drept unică sursă de carbon, ambele au degradat-o activ, dar ambele au prezentat semne de toxicitate la concentrații foarte mari. S-a dovedit că o anumită tulpină, denumită SUH_01, tolera formaldehida mult mai bine decât cealaltă.
Este sigură colectarea apei din ceață? De ce plasele ar putea elimina un filtru natural
Aceste descoperiri au o greutate enormă dincolo de granițele microbiologiei, sugerând că ceața îndeplinește o funcție atmosferică vitală, care a fost ignorată până acum.
Pe de o parte, studiul ridică semne de întrebare serioase cu privire la colectarea apei din ceață – o practică tot mai promovată în diverse regiuni ale lumii ca sursă durabilă de apă dulce. Conform cercetătorilor, apa din ceață nu ar trebui considerată curată doar pentru că provine din condensarea aerului. Aceasta conține un număr substanțial de bacterii, iar unele dintre ele, inclusiv Methylobacterium, pot acționa ca Microorganisme care, în mod normal, nu provoacă boli la persoanele sănătoase, dar pot declanșa infecții la persoanele cu un sistem imunitar slăbit.
Pe de altă parte, lucrarea atrage atenția asupra unui compromis ecologic important. Picăturile de ceață funcționează practic ca niște centre locale de detoxifiere, găzduind bacterii care descompun eficient contaminanții volatili. Dacă extragem apa din ceață din atmosferă, am putea, în principiu, să eliminăm odată cu ea și această capacitate naturală de curățare a aerului.
„Dacă colectăm ceața, ne descotorosim de micile noastre prietene din aer. Nu știm dacă acest lucru va avea un impact major sau nu, dar ar trebui să luăm în considerare acest aspect.”, a avertizat Garcia-Pichel.
O nouă perspectivă asupra modelării atmosferice
Rezultatele au potențialul de a schimba și modul în care realizăm modelarea atmosferică. Coautorul Pierre Herckes, profesor la Școala de Științe Moleculare a ASU, a precizat că activitatea acestor bacterii ar putea fi crucială mai ales pe timpul nopții, atunci când reacțiile chimice declanșate în mod normal de lumina soarelui încetinesc drastic.
„Noaptea, de exemplu, nu au loc prea multe reacții chimice atmosferice. Dar dacă bacteriile își fac treaba chiar și noaptea, ele pot fi importante.”, a spus el.
Studiul, desigur, nu răspunde la absolut toate întrebările. Autorii menționează că și alți compuși volatili din ceață ar putea hrăni aceste microorganisme, iar rolul precis al acestor substanțe chimice rămâne deocamdată netestat. De asemenea, au descoperit că Proces prin care anumite organisme folosesc lumina ca sursă de energie, dar, spre deosebire de plante, își extrag carbonul necesar din compuși organici (din mediul lor), nu din dioxidul de carbon., deși este posibilă din punct de vedere genetic în izolatele lor bacteriene, nu părea să joace un rol major în condițiile specifice de întuneric, tipice ceții radiaționale nocturne.
Cu toate acestea, imaginea de ansamblu dezvăluită de cercetători este imposibil de ignorat. Așa cum demonstrează studiul publicat în mBio, ceața nu este doar un simplu văl de vapori care acoperă pământul. Timp de câteva ore, ea se transformă într-o adevărată lume acvatică suspendată pe cer – un ecosistem viu în care microbii trăiesc, cresc și, în tăcere, modifică chimia aerului din jurul nostru.
Protejarea și înțelegerea acestui microbiom ar putea deveni esențiale în viitor, confirmând încă o dată că aceste bacterii din ceață sunt arhitecți tăcuți, dar vitali, ai unui aer mai curat.
Rezultatele cercetării sunt disponibile online în revista mBio.
(FAQ) Întrebări frecvente despre microbiomul din ceață și calitatea aerului
Cum curăță bacteriile din ceață aerul de poluanți?
Este sigură pentru băut apa colectată din ceață?
Ce impact are colectarea apei din ceață asupra mediului?
Ce este ceața de radiație și de ce a fost aleasă pentru studiu?
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Remediul împotriva căderii părului s-ar putea ascunde în interiorul organismului, iar cercetătorii încearcă să-l descopere
Iubitorii de dulciuri aleg recompensa imediată; motivul ar putea fi altul decât impulsivitatea
Când microbii intestinali rămân fără fibre, ar putea începe să mănânce intestinul
Descoperire fără precedent: cercetătorii au crescut creiere în miniatură timp de 6 ani, capabile să perceapă trecerea timpului
