Новое исследование показывает, как более высокие температуры могут вытеснить атмосферные патогены в новые районы.
В январе 2020 года, когда новый
штамм коронавируса распространялся по Китаю, женщина, которая ела в ресторане в Гуанчжоу, заразилась вирусом и ещё не знала об этом. Она заразила девять из 82 человек, которые в тот день находились в ресторане. Спустя несколько месяцев исследователи раскрыли причину, по которой инфицированная закусочная заразила некоторых людей, а другие остались невредимыми: кондиционер рядом с женщиной перенёс вирус по воздуху, циркулируя по ресторану.
Более чем в 2500 км к югу от Гуанчжоу в Сингапуре Стивен С. Шустер, директор Сингапурского центра экологических наук о жизни при Наньянском технологическом университете, с интересом наблюдал за исследованиями, проводимыми в Китае. Его очаровало то, что воздушный поток, так же как и вирусология, казался решающим фактором во многих ранних исследованиях того, как работает вирус.
В течение многих лет его исследования были сосредоточены на чём-то подобном — не на том, как воздушный поток влияет на коронавирусы, а на том, как вентиляция влияет на всю планету.
В начале февраля этого года Шустер и группа учёных из Сингапура опубликовали исследование, которое может пролить свет на микробиом воздуха — загадочную и сложную комбинацию микроорганизмов в воздухе. Есть люди, которые впервые слышат термин «воздушный микробиом», и они не одиноки. По словам Шустера, большинство исследователей даже не знают о его существовании. Но в воздухе есть целая экосистема, точно так же, как есть наземные и водные экосистемы, кишащие жизнью по всей планете.
Фото: camfil.com
«
Люди предполагают, что в воздухе ничего нет, потому что мы этого не видим», — сказал он. Но там, наверху, есть другой мир, кишащий бактериями, грибками и другими микроорганизмами, которые были снесены с поверхности планеты и подвешены в воздухе. Новая работа Шустера является первым в мире исследованием того, как
изменение климата может повлиять на движение этой невидимой экосистемы. Его статья открывает дверь в совершенно новую главу исследований в области микробиологии воздуха и её значения для здоровья человека и планеты в условиях потепления.
Четыре года назад Шустер попытался составить карту микробиома воздуха и быстро столкнулся с проблемами. Он установил пробоотборники воздуха в здании в Сингапуре под названием Pinnacle@Duxton, самом высоком общественном жилом комплексе в мире, и обнаружил точно такое же сочетание грибков и бактерий в воздухе на первом этаже, как и на 50-м этаже. Он взял пробу воздуха у подножия горы в Швейцарии и обнаружил ту же формулу биоаэрозолей, что и на вершине горы.
Как могло случиться, недоумевал он, что в микробиоме воздуха не было абсолютно никаких изменений, независимо от того, как высоко в небо подняться? Он знал, что делает что-то не так, но что именно?
Проблемы, с которыми столкнулся Шустер в своём исследовании, перекликаются с сутью анализа заражённой COVID закусочной в Гуанчжоу. Шустер не учитывал вентиляцию и воздушный поток. Он не осознавал, что воздух, который измерялся у подножия горы, течёт вверх по гребню к вершине пика, поэтому воздух, который он проверял на вершине горы, был тем же, который он тестировал всего на несколько минут ранее ниже. И он также не учитывал явление под названием «атмосферное перемешивание», когда высокие температуры и турбулентность смешивают все микроорганизмы в воздухе подобно гигантской центрифуге. Пик перемешивания происходит днём, когда температура выше, и снижается ночью, когда становится прохладнее.
Как только Шустер и его команда разработали систему для анализа воздушного столба, учитывающую воздушный поток, с помощью сенсорной технологии, которую учёные-климатологи использовали в течение многих лет, Шустер и его команда сорвали джекпот. Им удалось создать вертикальную карту атмосферных микроорганизмов в нижних слоях атмосферы на высоте от 300 до 3500 метров над землёй.
Фото: fenolog.rgo.ru
Проведя множество испытаний концентрации атмосферных микроорганизмов на разной высоте и в разное время дня и ночи, команда Шустера обнаружила, что фактором, определяющим распределение и перемещения этих микроорганизмов в воздухе, является температура. «Это связь с климатом», — сказал Шустер.
Более высокие температуры изменяют формулу грибков и бактерий в атмосфере. Чем больше потепление, тем больше грибков, многие из которых являются патогенами, поднимаются вверх через пограничный слой земли — самую нижнюю часть тропосферы. С изменением климата грибки теперь переносятся на всё более и более высокий уровень в тропосфере. Чем выше микроорганизмы поднимаются над землёй, тем легче они могут распространяться и колонизировать новую местность.
В тропических регионах мира в воздушном микробиоме циркулирует гораздо больше грибковых патогенов, патогенов растений и бактерий, чем в воздухе в более холодных регионах. Вывод вызывает тревогу: исследование Шустера предполагает, что по мере того, как планета нагревается, микробиомы тропического воздуха могут перемещаться на север и юг. В конце концов, они могут даже достичь полюсов Земли, сказал Шустер. «Это будет означать, что патогены растений и животных станут инвазивными в регионах, где они в настоящее время не наблюдаются», — добавил он. Это может иметь последствия для людей и культур, выращиваемых для еды.
«Исследование было проведено очень досконально», — сказала Грист Мэри Энн Виктория Брунс, профессор почвенной микробиологии и биогеохимии в Университете штата Пенсильвания, которая не участвовала в исследовании. «Что нам действительно нужно понять в гораздо большей степени, так это то, как микробы реагируют на факторы окружающей среды, которые в значительной степени обусловлены изменением климата».
Шустер не знает, какие побочные эффекты более высокого и более широкого распространения грибковых патогенов могут быть на людей или сельскохозяйственные культуры, но он подозревает, что люди с ослабленным иммунитетом уже испытывают воздействие изменения климата на микробиом воздуха.
Предыдущее исследование, над которым работал Шустер, опубликованное в 2020 году, показало, что люди в Сингапуре ежедневно вдыхают от 100 000 до миллиона видов микроорганизмов. Он использует это открытие, чтобы попытаться выяснить, как эти микроорганизмы могут влиять на людей с респираторными заболеваниями, такими как астма или хроническая обструктивная болезнь лёгких.
Фото: fenolog.rgo.ru
Исследование всё ещё продолжается, но гипотеза Шустера заключается в том, что люди с хроническими респираторными заболеваниями могут быть поражены грибковыми патогенами в микробиоме и могут страдать от более тяжёлых симптомов по мере ускорения изменения климата.
Выводы Шустера, хотя и важные, не обязательно означают, что грибковые патогены и другие микробы, плавающие в микробиоме воздуха, способны вызывать заболевания у людей с ослабленным иммунитетом. «То, что он открыл ДНК, не означает, что это живые клетки», — сказала Брунс. «Мы действительно не знаем, насколько заразны эти частицы. Но я думаю, что разумно сказать да, температура влияет на набор микроорганизмов, с которыми мы все сталкиваемся ежедневно, и нам, вероятно, следует ожидать более высоких рисков воздействия различных патогенов».
Шустер надеется, что его исследование вдохновит учёных в других местах по всему миру на использование его системы отбора проб микробиома воздуха для картографирования столбов воздуха, в которых они живут, и поможет создать глобальную карту микробиома воздуха. «Мы можем быть врачами для этой планеты и атмосферы, наблюдая за тем, как состав микробиома воздуха будет меняться в различных климатических условиях», — сказал он.