Микробите и бактериите в дъждовните капки бавно ни разболяват

Акценти

Трилиони бактерии, гъбички, вируси и едноклетъчни организми обикалят света с помощта на облаците. Учени откриха, че всички те играят важна роля както за метеорологичното време, така и за човешкото здраве. Оказва се, че част от тях са резистентните на антибиотик микроби, които всяка година причиняват смъртта на хиляди хора. Само през 2019 г. починалите от инфекция с резистентна бактерия по света са 1,27 милиона. Вятърът отнася патогените в облаците, след което те падат на земята с дъждовните капки и прехвърлят своите устойчиви гени върху други микроорганизми.

Облаците са като оазиси на живота. Там живеят безброй много живи организми от различни видове. Освен птиците и семената на цветята, във въздуха можем да открием множество микроскопични организми.

> Луи Пастьор за аеробиома

> Как микроорганизмите попадат в облаците

> Милиони бактерии в атмосферата

> Непознати микроби в облаците

> Аеробиомът влияе на климата

> Как бактериите предизвикват дъжд

> Живеят ли микроорганизмите и на други планети

> Антибиотична резистентност на бактериите 

Какво представлява аеробиомът

Френският химик Луи Пастьор е един от първите, споменал аеробиома, такъв какъвто го познаваме днес. Това се случва през далечната 1860 г. Той пълни стерилни колби с бульон и след това оставя патогените от въздуха да попадат в тях, в резултат на което бистрата течност помътнява. Съвременниците му гледат с неодобрение и присмех на неговата теория за наличието на аеробиом.

Десетилетия по-късно става ясно, че Пастьор е бил прав. През 30-те години на миналия век учени пътуват със самолет с една-единствена цел – да съберат гъбични спори и бактерии, носени от вятъра. Днес аеробиолози (учени, които изследват въздуха) използват дронове, за да вземат проби от атмосферата за генетичен анализ.

Как микробите от земята попадат в атмосферата

След дълги години на проучвания учените са категорични: Аеробиомът е хабитат за най-различни микроорганизми. Микроорганизми, които в по-голямата си част идват от повърхността на планетата.

Всеки път, когато вълните на океана се разбиват, милиони малки капчици морска вода попадат във въздуха. Някои от тях пренасят вируси, бактерии, водорасли и други едноклетъчни организми. И докато част от тези организми се връщат обратно в океана, има и такива, които биват отнесени от вятъра високо в облаците, с чиято помощ могат да пропътуват хиляди километри.

Вятърът може да премине ниско до земята и да увлече със себе си бактерии, гъбички и други организми, които живеят по повърхността й. Всяка сутрин по изгрев водата се изпарява във въздуха и така част от микроорганизмите попадат в атмосферата.

Горските пожари се свързват със силни вертикални въздушни течения, които засмукват микроби от земята, короните и листата на дърветата и ги отнасят на високо с издигащия се пушек.

Всяка година един трилион бактериални клетки се издигат над земята

Според изследване близо един трилион бактериални клетки годишно се издигат над земната повърхност и морето и остават във въздуха. Друг екип пък изчислява, че за една година в атмосферата попадат 50 милиона тона гъбични спори. Безброй много вируси, лишеи, водорасли и други микроскопични форми на живот пътуват с дни във въздуха, преди да се приземят, като за това време те са способни да изминат стотици хиляди километри.

Понякога носещият се микроорганизъм навлиза във въздушна зона, където водните изпарения кондензират и се превръщат в капки. Не след дълго той се оказва във вътрешността на една от тези капки, след което въздушните течения бързо го отнасят, докато не попадне в образувалата се водна маса. С други думи, вирусът или гъбичката вече е в облак.

Непознати за човека микроорганизми, открити в облаците над планина във Франция

Много от научните открития са направени след проучване на живота в облаците над планина Puy de Dome във Франция. Преди двадесетина година на върха й е изградена метеорологична станция, където се вземат и анализират проби от въздуха.

Според аеробиолога Пиер Амато всеки милиметър от облаците над Puy de Dome съдържа около 100 хиляди клетки. Тяхното ДНК показва, че някои принадлежат към познати видове, но има и такива, които са непознати за човека. Въпреки риска от замърсяване на пробите, който не може да бъде елиминиран, учените в станцията откриват над 28 хиляди вида бактерии и над 2600 вида гъби.

Амато и екипът му смятат, че облаците предлагат чудесни условия за размножаване на част от бактериите. „Облакът е среда, в която всеки организъм може да проникне, но не всеки може да оцелее“, допълва аеробиологът.

Всеки микроб живее в отделна дъждовна капка

За бактериите облакът е като извънземен свят, коренно различен от този, в който обикновено живеят – на земята или в морето. Обикновено те живеят на групи. В реките например бактериите образуват микробен пласт, а в червата плътен микробен филм. В облаците обаче всеки микроб живее напълно самостоятелно, обвит в своята водна капка. Изолацията означава, че бактериите няма да се съревновават помежду си, за да получат по-голяма част от ограничените ресурси, необходими, за да оцелеят. От друга страна обаче водната капка, в която те попадат, не осигурява достатъчно пространство, за да пренасят с нея и хранителните вещества, без които не могат да растат.

Микроби, които растат в облака и се хранят с него

Въпреки това Амато и колегите му откриват доказателства, че някои микроби все пак успяват да се развиват в самия облак. Те сравняват проби от облаци над Puy de Dome с проби, отбрани от въздуха над планината в ясни дни. Целта им е да открият признаци на активност, като изчислят съотношението ДНК-РНК в една и съща проба. Причината е, че растящите клетки образуват много копия на РНК от своята ДНК, за да могат да произвеждат протеини.

Специалистите откриват, че микроорганизмите от водните капки образуват много повече РНК, отколкото онези, които са извлечени от въздуха в ясно, безоблачно време. Това доказва, че има клетки, които умеят да се развиват и размножават в облаците. От изследването става ясно още, че бактериите в облаците активират гени, които отговарят за усвояването на храната и растежа.

За да изследват процесите и механизмите, чрез които бактериите оцеляват в облаците, учените избират няколко и ги поставят в атмосферни камери, симулатори на естествената им среда. Те забелязват, че микробът Methylobacterium използва енергията от слънчевата светлина, за да разруши органичния въглерод от самите водни капки. С други думи, този вид бактерия се храни с облака. Според друго проучване микробите в облаците по целия свят разграждат милиони тонове органичен въглерод годишно.

» Бактерии променят рибозомите си и така устояват на антибиотици

Аеробиомът може да повлияе на климата

Откритието доказва, че аеробиомът оказва сериозно влияние върху химичния състав на атмосферата. Нещо повече, той може да промени метеорологичното време. При образуването си облакът създава течения, които вдигат въздушни маси с водни капки и ги отнасят на високо. Ако височината е голяма, то температурите ще са много ниски и водата ще се превърне в лед, след което ледът пада отново на земята. Ако въздухът в близост до земната повърхност е студен, ледът пада под формата на сняг, а ако е топъл – под формата на капки дъжд.

Оказва се, че образуването на лед в леден облак е изключително трудно. Дори когато температурата е далеч под прага на замръзване, водните молекули могат да останат течни. Един от начините да се образува лед е чрез замърсяване на молекулата. Когато се закрепи за повърхността на каквато и да е друга частица, те залепват една за друга – процес, известен като нуклеация. Постепенно към тях се закрепват още водни молекули, докато се получи кристална структура, достатъчно тежка, за да падне от небето.

Как гъбичките и бактериите могат да предизвикат дъжд

Според учените биологичните молекули и клетъчните стени могат успешно да предизвикат дъжд. Гъбичките, водораслите, полените, лишеите, бактериите и дори вирусите могат да доведат до образуване на лед в облаците.

Бактерията Pseudomonas e eдин от микроорганизмите, които предизвикват дъжд. Изследователите смятат, че причината се крие в начина, по който патогенът се развива върху листата. Когато върху листата падне студен дъжд, Pseudomonas може да ускори превръщането на водата в лед при температура, която е по-висока от точката на замръзване. Когато ледът разкъса листата, бактерията успява да извлече хранителните вещества от тях.

Някои учени дори твърдят, че бактерии като Pseudomonas са полезни за растенията, въпреки разкъсването на листата. Когато вятърът издуха бактериите, те попадат във въздуха, а оттам в облаците. Водата от дъждовните облаци, заселени с Pseudomonas, помага на растенията да развият още по-голяма листна маса, която след това приютява повече бактерии. Те също се издигат с помощта на вятъра във въздуха, достигат облаците и процесът се повтаря. Ако изследванията докажат, че процесът протича по този начин, то той би бил прекрасен пример за добра симбиоза между горите и небето.

Възможно ли е микроорганизмите във въздуха да населяват и други планети

Екипите, които изучават живота в облаците, не изключват и възможността пренасяните с въздуха микроорганизми да живеят и на други планети, дори и на най-негостоприемните. Температурата на повърхността на Венера например е толкова висока, че може да разтопи олово, но облаците, които я покриват са значително по-студени и е много вероятно там да има живот.

Сара Сийгър, астробиолот от Масачузетския технологичен институт, е на мнение, че животът на Венера може да е възникнал много отдавна, още когато планетата е била по-студена и влажна. С течение на времето тя става по-гореща, което може би е принудило част от микробите да намерят спасение именно в облаците. Вместо да потънат в нейната повърхност, те подскачат нагоре-надолу в атмосферата в продължение на милиони години, твърди още Сийгър.

Процесите, които учените наблюдават в облаците, обаче до известна степен се дължат и на човека. Докато Амато и екипът му изследват гените в микробите, те откриват немалко бактерии, резистентни на антибиотици.

Антибиотична резистентност на бактериите

Ние, хората, сме причина за еволюцията и разпространението на тези устойчиви гени. Прекомерната употреба на пеницилин и други медикаменти за борба с инфекциите, е сериозна предпоставка за появата на нови и нови мутирали гени. Животновъдите задълбочават проблема като инжектират на птиците, прасетата и другите животни антибиотик, който ускорява растежа им. Само през 2014 г. 700 хиляди души по света са починали от инфекции с бактерии, които не се повлияват от антибиотично лечение. Пет години по-късно броят им е 1,27 милиона.

Антибиотичната резистентност се развива в човешкото тяло и в животните, с които чевъкт се храни. Резистентните микроорганизми в даден момент напускат гостоприемника и попадат в околната среда – почвата, реките и въздуха. Учени твърдят, че концентрацията на резистентни гени е много висока там, където има построени болници или свинеферми.

Резистентните на антибиотици патогени могат да преминат много големи разстояния по въздух. Международен екип, който изследва филтрите на климатиците в автомобили в 19 различна града по света, установява, че по повърхността им има голямо разнообразие от резистентни бактерии.

Един облак може да съдържа един трилион гени, резистентни на антибиотици

През последните няколко години Амато и неговите колеги откриват в облаците микроорганизми, носители на 29 различни резистентни гени. Една-единствена бактерия може да пренася до девет такива гена, всеки от които осигурява различен тип защита срещу лекарствата. Всеки кубичен метър облак съдържа до 10 хиляди резистентни гена, сочи анализът им. В един обикновен облак, който наблюдаваме в небето, може да има трилион такива гени.

Големият брой резистентни гени в облаците може би помага на бактериите да оцеляват във въздуха. Има гени, които позволяват на микробите бързо да се освободят от лекарството в тях, преди то да ги е унищожило. Трудният живот в облака може би кара бактериите да произвеждат токсичен отпадък, който не биха могли да изхвърлят без резистентните гени.

Резистентните бактерии предават гените си на други микроби

Облаците могат да пренесат тези гени не само в месото и водата. Когато паднат на земната повърхност с дъждовните капки, бактериите пренасят резистентните гени и на други микроби, които срещат. Амато изчислява, че всяка година средно 2,2 трилион трилиона устойчиви на антибиотик патогени падат на земята с дъжда.

Представете си само как, докато вървите под дъжда, вие всъщност вървите върху милиони гени на микроорганизми, паднали с дъждовните капки.