Новый взгляд на природу тумана: не просто пар, а динамичная водная экосистема
Что, если туман — это не банальное скопление влаги, а полноценная биологическая среда?
Именно этот вопрос лег в основу изысканий исследователя атмосферных явлений Ти Тхуонг Тхуонг Као. Будучи аспиранткой Аризонского государственного университета (АГУ), она объединила методы микробиологии и химии, проводя полевые выезды на рассвете в Пенсильвании и долгие часы за изучением образцов под лабораторным оборудованием. Ответ оказался неожиданным.
Команда ученых из АГУ установила, что бактерии, обитающие в каплях тумана, не просто присутствуют там, но активно развиваются и, что крайне важно, утилизируют загрязняющие вещества прямо в толще воздуха.
Результаты работы, опубликованные в журнале mBio, трансформируют наши представления о тумане: это не стерильное явление и не случайный конгломерат микробов, а временный, но функциональный «дом» для крошечных организмов, помогающих очищать атмосферу.
Жизнь в капле
Тот факт, что в облаках и тумане парят бактерии, был известен давно, однако их активность в этой среде оставалась загадкой.
«Наши знания о составе микробного сообщества в тумане — по сути, облаках у поверхности земли — были крайне фрагментарными», — отмечает Као, ведущий автор исследования.
На момент начала проекта Као была аспиранткой Школы молекулярных наук, а сейчас продолжает свою научную деятельность в качестве постдокторанта в Технологическом университете Вирджинии. В центре её внимания оказались два вопроса: какие именно бактерии населяют туман и является ли этот процесс активным, включая их размножение внутри капель?
«Если микроорганизмы там растут, значит, капля — это полноценная среда обитания. Это фундаментально меняет научный подход к изучению тумана», — подчеркивает Ферран Гарсия-Пичел, соавтор работы и глава Центра биодизайна фундаментальной и прикладной микробиомики АГУ.
Микромир внутри капли
Типичная капля тумана — крошечная частица, диаметр которой составляет лишь малую часть толщины человеческого волоса. Она формируется вокруг ядра конденсации, которым часто выступает микроорганизм, подхваченный потоками воздуха.
Исследователи выяснили, что, хотя бактерии содержатся менее чем в 1% капель, их общая концентрация в тумане впечатляет: сопоставима с показателями океанических вод. В объеме тумана, помещающемся в наперсток, может насчитываться до 10 миллионов бактерий.
Особый интерес вызвали метилобактерии. В сухом воздухе их было значительно меньше, чем в туманном, что указывает на кратковременный всплеск их жизнедеятельности именно благодаря условиям тумана.
Метилобактерии питаются простыми соединениями углерода, в том числе формальдегидом — опасным загрязнителем, способствующим образованию смога и негативно влияющим на здоровье человека. Лабораторные и полевые наблюдения подтвердили: бактерии внутри капель растут и делятся, используя формальдегид в качестве основного источника питания.
Более того, скорость переработки токсина настолько высока, что это становится спасением не только для микробов, избегающих отравления избытком вещества, но и для качества воздуха, которым мы дышим.
Методология исследования
Изучение тумана сопряжено с логистическими сложностями, так как ветры постоянно перемешивают воздушные массы. Для минимизации погрешностей команда сосредоточилась на радиационном тумане, возникающем в безветренную погоду при охлаждении земной поверхности в низинах.
Перспективы и выводы
Открытие того, что туман — это биологически активная экосистема, имеет далеко идущие последствия. Например, это критически важно учитывать для регионов, где туман используют как источник питьевой воды: она может потребовать тщательной очистки, ведь вместе с влагой мы можем забирать из атмосферы и активную микрофлору.
«Извлекая туман для нужд водоснабжения, мы также удаляем наших «маленьких союзников» из атмосферы. Масштабы этого влияния еще предстоит оценить», — добавляет Гарсия-Пичел.
Кроме того, результаты исследования заставляют пересмотреть климатические модели. Роль бактерий как активных участников атмосферных химических процессов может быть гораздо значительнее, чем считалось ранее, особенно в ночное время, когда отсутствие солнечного света обычно «усыпляет» фотохимические реакции.
Данная область знаний находится на заре своего развития. Остается еще масса вопросов: как видовое разнообразие бактерий зависит от географии, чем питаются другие микроорганизмы и какой вклад вносят эти «туманные миры» в глобальное качество воздуха?
