Учитывая преобладающие ветры, Дэвид Дж. Смит полагал, что образцы воздуха, собранные на бездействующем вулкане в Орегоне, будут полны подписей ДНК от мертвых микроорганизмов из Азии и Тихого океана. Он не ожидал, что что-нибудь сможет пережить путешествие в суровых верхних слоях атмосферы на исследовательскую станцию в Обсерватории Маунт-Бакалора на высоте 9000 футов.
Связанный контент
- 11 причин любить бактерии, грибы и споры
- Ученые находят жизнь в кроваво-красных водопадах Антарктиды
«Я думал, что в основном мы собираем только мертвую биомассу», - говорит Смит, научный сотрудник исследовательского центра Ames в НАСА.
Но когда его команда попала в лабораторию с образцами, взятыми из двух больших пылевых шлейфов весной 2011 года, они обнаружили процветающую группу автостопщиков. Более 27 процентов образцов бактерий и более 47 процентов образцов грибов были еще живы.
В конечном счете, команда обнаружила около 2100 видов микробов, в том числе тип Archea, который ранее был изолирован только у берегов Японии. «На мой взгляд, это был дымящийся пистолет», - говорит Смит. Азия, как он любит говорить, чихнула на Северную Америку.
Микробы были обнаружены в небесах с тех пор, как в 1830-х годах Дарвин собирал бездымную пыль на борту HMS Beagle в 1000 милях к западу от Африки. Но технологии анализа ДНК, высотного сбора и моделирования атмосферы дают ученым новый взгляд на многолюдную жизнь высоко над Землей. Например, недавние исследования показывают, что микробы являются скрытыми игроками в атмосфере, создавая облака, вызывая дождь, распространяя болезни между континентами и, возможно, даже изменяя климат.
«Я рассматриваю атмосферу как шоссе, в самом буквальном смысле этого слова», - говорит Смит. «Это позволяет обмениваться микроорганизмами между экосистемами за тысячи миль друг от друга, и для меня это более глубокое экологическое последствие, которое мы до сих пор не полностью обернули».
Бортовые микробы потенциально оказывают огромное влияние на нашу планету. Некоторые ученые связывают вспышку ящура в Британии в 2001 году с гигантским штормом в Северной Африке, который нес пыль и, возможно, споры от болезней животных за тысячи миль к северу всего за неделю до первых зарегистрированных случаев.
Вирус Bluetongue, который заражает домашних и диких животных, когда-то присутствовал только в Африке. Но сейчас он обнаружен в Великобритании, вероятно, в результате господствующих ветров.
Ученые, изучающие сокращение коралловых рифов на почти нетронутых участках Карибского моря, указывают на пыль и сопровождающие ее микробы, разбудившие во время пыльных бурь в Африке и перенесенные на запад, как виновник. Исследователи говорят, что особый грибок, убивающий морских болельщиков, впервые появился в 1983 году, когда засуха в Сахаре создала пылевые облака, которые проплыли через Атлантику.
В западном Техасе исследователи из Техасского технического университета собрали пробы воздуха по десяти направлениям для крупного рогатого скота. Устойчивые к антибиотикам микробы были более распространены на 4000% в образцах по ветру. Филип Смит, адъюнкт-профессор земной экотоксикологии, и Грег Майер, адъюнкт-профессор молекулярной токсикологии, заявили, что работа устанавливает основу для дальнейших исследований.
Они завершили исследование жизнеспособности, которое должно быть выпущено в начале 2016 года, и хотят рассмотреть вопросы о том, как далеко распространяются частицы и может ли устойчивость передаваться нативным бактериям. Антибиотики, отмечает Майер, существовали в природе задолго до того, как их позаимствовали люди. Но что происходит, когда они сосредоточены в местах или распространяются на ветру?
Ясно, что в гораздо более негостеприимных местах гораздо больше жизнеспособных микробов, чем ожидали ученые.
Исследователи из Технологического института Джорджии, при поддержке исследовательского гранта НАСА, исследовали образцы воздуха, собранные самолетом, летящим во время ураганов в милях над Землей. Они обнаружили, что на живые клетки приходится около 20 процентов микробов, брошенных в шторм.
«Мы не ожидали найти так много неповрежденных и живых бактериальных клеток на 10 000 метров», - говорит Костас Константинидис, микробиолог из Технологического института Джорджии.
Константинидис и его команда особенно заинтересованы в том, как микробы способствуют образованию облаков и выпадению осадков. Ядра бактерий в воздухе вызывают конденсацию. Некоторые ученые считают, что микробы могут играть важную роль в метеорологии. «Они имеют большой потенциал для воздействия на формирование облаков и климат», - добавляет Константинидис.
Тем временем Смит заинтригован тем, как микробы выживают или, возможно, восстанавливаются после многодневных путешествий в суровом излучении верхней атмосферы. Проект НАСА, EMIST (Разоблачение микроорганизмов в стратосфере), возглавляемый Смитом, дважды переносил спорообразующие бактерии в 125 000 футов над пустыней Нью-Мексико на воздушном шаре, чтобы исследовать их выживание.
Для НАСА работа связана с планетарной защитой. Если космический корабль, зараженный бактериями Земли, достигнет Марса, условия которого аналогичны стратосфере Земли, и бактерии выживут, это может усложнить наш поиск доказательств жизни на Марсе или даже уничтожить местные микробы, если они существуют.
Но это также имеет гораздо более широкие возможности. Как и более ранние исследователи, которые исследовали тропический лес в поисках чудодейственных лекарств, исследователи могут однажды найти лекарства у крошечных обитателей атмосферы. Возможно, атмосферные бактерии могут предложить нам идеальный солнцезащитный крем и защиту от радиации.
«Удивительно, что организм, который может выжить в таких суровых условиях, во многих случаях является одной клеткой, - говорит Смит. - Как они делают то, что делают?»
Научный аэростат проводит эксперимент НАСА «Выявление микроорганизмов в стратосфере» (E-MIST) незадолго до запуска 24 августа 2014 года. В ходе эксперимента земные бактерии подвергли воздействию верхних слоев атмосферы, чтобы выяснить, могут ли они выжить в суровых условиях. (NASA)
