Кіріспе
Аэропланктон – желмен тасымалданатын, ауада жүзіп, қозғалатын ұсақ тіршілік формалары. Аэропланктонды құрайтын тіршілік иелерінің көпшілігі өте кішкентай, тіпті микроскоптық өлшемде болады, ал олардың көбін кішкентай өлшемдеріне байланысты анықтау қиын. Ғалымдар оларды зерттеу үшін ұшақтардан, желкендер мен шарлардан ауларды жинап, тұзақтарға түсіреді. Осы бөлшектердің таралуын зерттейтін ғылым – аэробиология деп аталады. Аэропланктон негізінен микроорганизмдерден тұрады, оның ішінде вирустар, бактериялардың 1000-ға жуық түрі, шамамен 40 000 түрі саңырауқұлақтар, сондай-ақ тіршілік циклының бір бөлігін аэропланктон ретінде, көбінесе споралар, тозаң және желмен таратылатын тұқымдар түрінде өмір сүретін жүздеген түрдегі протозоалар, балдырлар, мүктер мен бауыршақтар кіреді. Сонымен қатар, микроорганизмдер жер бетіндегі шаң-тозаңдардан ауаға көтеріледі, ал атмосфераға теңіздің шашырандылары арқылы одан да көп мөлшерде теңіз микроорганизмдері ұшып шығады. Аэропланктон күн сайын планетаның әр шаршы метріне жүздеген миллиондаған әуе вирустарын және ондаған миллион бактерияларды таратып тұрады. Кішкентай, қозғалатын аэропланктон атмосферада барлық жерде кездеседі, оның концентрациясы бір текше метрге 106 микробтық жасушаға дейін жетеді. Аэрозольдеу және желмен тасымалдау сияқты процестер микроорганизмдердің атмосферада таралуын анықтайды. Әуе массасының айналымы бүкіл әлемде осы қозғалмалы әуе организмдерін таратып, олар континенттер арқылы және арасында жылжып, алыс ортада тіршілік ететін және қоныстанған биогеографиялық үлгілерді қалыптастырады. Табиғи ортаны мекендеумен қатар, осы организмдердің дүниежүзілік саяхаты адам денсаулығына да әсер етеді. Ауадағы микроорганизмдер бұлттардың пайда болуына және жауын-шашынға да қатысады, сондай-ақ қоректік заттардың айналысына қатысатын кең ауқымды жер бетіндегі тіршілік ортасы – филосфераның қалыптасуында маңызды рөл атқарады.
Aeroplankton (or aerial plankton) are tiny lifeforms that float and drift in the air, carried by wind. Most of the living things that make up aeroplankton are very small to microscopic in size, and many can be difficult to identify because of their tiny size. Scientists collect them for study in traps and sweep nets from aircraft, kites or balloons. The study of the dispersion of these particles is called aerobiology. Aeroplankton is made up mostly of microorganisms, including viruses, about 1,000 different species of bacteria, around 40,000 varieties of fungi, and hundreds of species of protists, algae, mosses, and liverworts that live some part of their life cycle as aeroplankton, often as spores, pollen, and wind scattered seeds. Additionally, microorganisms are swept into the air from terrestrial dust storms, and an even larger amount of airborne marine microorganisms are propelled high into the atmosphere in sea spray. Aeroplankton deposits hundreds of millions of airborne viruses and tens of millions of bacteria every day on every square meter around the planet. Small, drifting aeroplankton are found everywhere in the atmosphere, reaching concentration up to 106 microbial cells per cubic metre. Processes such as aerosolization and wind transport determine how the microorganisms are distributed in the atmosphere. Air mass circulation globally disperses vast numbers of the floating aerial organisms, which travel across and between continents, creating biogeographic patterns by surviving and settling in remote environments. As well as the colonization of pristine environments, the globetrotting behaviour of these organisms has human health consequences. Airborne microorganisms are also involved in cloud formation and precipitation, and play important roles in the formation of the phyllosphere, a vast terrestrial habitat involved in nutrient cycling.
Шолу
Атмосфера – микробтарды тасымалдау ортасы ретіндегі маңызды роліне қарамастан, Жердегі ең аз зерттелген биома. Олар метаболикалық белсенді болуы мүмкін. Атмосферадағы микроорганизмдерді анықтауда аэрозольдену сияқты түрлі процестер маңызды рөл атқаруы мүмкін. Микроорганизмдер жағдайында ауа массасының айналымы көптеген жеке тұлғаларды таратып, алыс орналасқан орталарды байланыстырады. Ауадағы микроорганизмдер континенттер арасында жылдам қозғалып, алыс жерлерге қоныстануы мүмкін, бұл биогеографиялық үлгілерді қалыптастырады. Сондай-ақ, антибиотиктерге төзімділік, бұлттардың пайда болуы және жауын-шашын, қоректік заттар айналымына қатысты процестерге де әсер етеді. Биоаэрозольдерді ампликондық секвенирлеу арқылы зерттеген бұрынғы зерттеулер көбінесе ауа микробиомының бактериялық фракциясына назар аударған, ал саңырауқұлақтар мен өсімдік тозаңдары жиі назарсыз қалған. Ауада таралатын микробтық организмдер ауыл шаруашылығы өнімділігіне де әсер етеді, себебі ауа ағындарымен таралатын бактериялар мен саңырауқұлақтар өсімдіктердің ауруларына себеп болады. Бұлт конденсациясы және мұз кристалдарының пайда болуы сияқты атмосфералық процестер ауадағы микробтық бөлшектерге тәуелді екені дәлелденді. Сондықтан, ауадағы микробтық организмдердің динамикасын түсіну атмосфераны экожүйе ретінде түсіну үшін маңызды, сонымен қатар адамның денсаулығы мен тыныс алу жүйесіне қатысты мәліметтер береді. Соңғы жылдары ДНК тізбектеудің жаңа буыны, мысалы, метабаркодтау, сондай-ақ координацияланған метагеномика және метатранскриптомика зерттеулері микробтық экожүйенің жұмыс істеуі және микроорганизмдердің қоршаған ортамен байланысы туралы жаңа түсініктер ұсынып отыр. Топырақ, мұхит, адамның ішегі және басқа да орталарда зерттеулер жүргізілді. Дегенмен, атмосферада микробтық гендердің экспрессиясы мен метаболикалық функциялары көбінесе зерттелмеген, себебі биомассаның төмендігі және сынама алудағы қиындықтар бар. Рибосомалық гендерге бағытталған геномдық және транскриптомикалық зерттеулер аэрозольдер мен бұлттардағы метаболикалық белсенділіктің сақталуы туралы бұрынғы нәтижелерді растады. Тозаңның тиімді таралуы гүлді өсімдіктерде сәтті көбеюге кепілдік береді. Тозаң қалай таратылса да, аталық және аналық жасушалардың өзара тануы стигма мен тозаң беттерінің тікелей жанасуы арқылы мүмкін болады. Цитохимиялық реакциялар тозаңның белгілі бір стигмаға байланысуына жауап береді. Аллергиялық реакциялардың күшеюіне қатысты дәлелдер жеткілікті, әсіресе жоғары дамыған индустриалды елдерде.
Саңырауқұлақтың споралары
Саңырауқұлақтар, атмосфералық биоаэрозольдердің маңызды құрауышы, ауада ұзақ уақытқа дейін өмір сүре және сақталуға қабілетті. Олардың споралары да, мицелийі де аллергиясы бар адамдар үшін қауіпті болуы мүмкін, түрлі денсаулық проблемаларын, соның ішінде астманы тудыруы мүмкін. Адам денсаулығына тигізетін кері әсерінен бөлек, атмосфералық саңырауқұлақтар өсімдіктер үшін жұқпаның көзі ретінде де қауіпті. Сонымен қатар, саңырауқұлақтар адамдар мен жануарлар үшін зиянды қосымша токсиндерді – эндотоксиндер мен микотоксиндерді өндіре алады. Осыны ескере отырып, аэромикологиялық зерттеулер егістік және жабайы өсімдіктердегі өсімдік ауруларының болашақ белгілерін болжауға қабілетті деп саналады. Ерекше айта кетерлік жайт, таулы аймақтарда өсімдіктерге патогенді көптеген саңырауқұлақ организмдерінің кездесуі анықталды. Күн күркіреу кезіндегі астма жағдайлары да қызығушылық тудырады. Ұлыбританияда жүргізілген классикалық зерттеуде, жіті астманың күшеюі Didymella exitialis ascospores және Sporobolomyces basidiospores спораларының ауа райы нашарлаған кезде көбеюімен байланысты болды. Күн күркіреуі споралардың таралуымен байланысты: споралар концентрациясы қысқа мерзімде күрт өскенде, мысалы, 20 000 спора/м³-ден 2 сағат ішінде 170 000-нан астам спора/м³-ге дейін өседі. Дегенмен, басқа дереккөздер күн күркіреуін тозаң мен ластануға байланысты деп санайды. Трансокеандық және трансконтиненталдық шаң құбылыстары көптеген спораларды үлкен қашықтықтарға тасымалдайды және халық денсаулығына әсер етуі мүмкін. Сахарадан соққан шаңның Тринидад аралындағы балалар шұғыл жәрдем бөліміне түсумен байланысты екенін көрсететін ұқсас мәліметтер де бар. Саңырауқұлақ споралары әдетте биоаэрозольдердің құрамындағы ең көп кездесетін элемент болып табылады, олардың саны аралыққа дейін жете алады, ал гүл тозаңдары мен папоротник спораларының саны әрқайсысы аралыққа дейін жете алады. Көптеген кішкентай жануарлар, негізінен буынтық аяқтылар (жәндіктер мен өрмекшілер сияқты), ауа ағындарымен атмосфераға көтеріліп, бірнеше мың фут биіктікте жүзіп жүргенін көруге болады. Мысалы, шырындар көбінесе биіктеп ұшады. Өрмекшілердің және басқа да кішкентай омыртқасыз жануарлардың желдің күшімен ауаға көтерілуі, яғни "шатырмен ұшу" деп аталатын процесте, бір немесе бірнеше жіңішке жіптерді босатып, желдің бағытына қарай қозғалады. Өрмек (әдетте кішкентай түрлерге тән) немесе жұмыртқадан жаңа шыққан өрмекшік мүмкіндігінше биікке көтеріліп, денесін жоғары көтеріп, аяқтарын тіктеп ("ұшып тұрып") ауаға бірнеше жібек жіптерді жібереді. Бұл жіптер автоматты түрде үшбұрышты парашют құрайды, ол желдің жоғары ағысымен өрмекшіні алып кетеді, тіпті ең жеңіл желдің өзі оны таратуға жеткілікті. Тіпті биіктіктегі шарлардан және теңіз ортасындағы кемелерден алынған атмосфералық үлгілерде де өрмекшілердің қонуы тіркелген. Өлім-жітім көрсеткіші жоғары. Атмосферада электростатикалық заряд градиенті болған жағдайда, жел болмаса да, ауаға көтерілуге жеткілікті күш пайда болуы мүмкін.
Нематодтар
Нематодтар (торап құрттар), жануарлардың ең көп таралған таксоны, аэропланктонның құрамында да кездеседі. Сәйкесінше, нематодалар жел арқылы оңай тарай алады. Алайда, Vanschoenwinkel және авторлардың мәлімдемесінше, кейбір микроорганизмдер құрлықтағы шаңды дауылдардан көтеріледі, бірақ көпшілігі теңізден шығатын микроорганизмдерге тиесілі. 2018 жылы ғалымдар планетаның әр шаршы метріне күніне жүздеген миллион вирус пен ондаған миллион бактерия қондырылатынын хабарлады. Әуедегі цианобактериялар мен микротоқырамалардың адам денсаулығына тигізетін кері әсерлері көптеген зерттеушілер тарапынан жазылған. Дегенмен, цианобактериялар мен микротоқырамаларға қатысты зерттеулер басқа бактериялар мен вирустармен салыстырғанда аз. Әсіресе, экономикалық маңызы бар су қоймаларының жанындағы және көптеген туристер келетін аймақтардағы цианобактериялар мен микротоқырамалардың кездесуі және таксономиялық құрамы туралы зерттеулер жетіспейді. Су айдындарының жанындағы туристік аймақтарда ауадағы балдырларды зерттеу өте маңызды. Күн сәулесінде демалатын адамдар зиянды цианобактериялар мен микротоқырамалардың жоғары концентрациясына ұшырайды. Сонымен қатар, жазда теңіз және тұщы су резервуарларында зиянды микротоқырамалар мен цианобактериялар гүлдейді. Бұрынғы зерттеулер Жерорта теңізінде Synechococcus sp. пикоцианобактериясының басым екенін көрсеткен, ал Synechocystis sp. микроцистиндер деп аталатын гепатотоксиндер тобының өндірілуіне жауапты. Туризмнің көп бөлігі жазда өтетіндіктен, көптеген туристер ауадағы микротоқырамалардың ең күшті жағымсыз әсерлеріне ұшырайды. Ауадағы бактериялар Жердің көп бөлігінен (өсімдіктер, мұхиттар, құрлық және қалалық аймақтар) атмосфераға эольдік топырақ эрозиясы, теңіз шашырауы немесе антропогендік әрекеттерді қоса алғанда, әртүрлі механикалық процестер арқылы шығарылады және желмен алыс қашықтықтарға тасымалданады. Нәтижесінде бактериялар ауада кемінде төменгі стратосфераға дейін кездеседі. Атмосфера – ауаны мыңдаған шақырымға жылжытатын үлкен конвейерлік белдеу болғандықтан, микроорганизмдер бүкіл әлемге таралады. Мөлшеріне байланысты, ауадағы цианобактериялар мен микротоқырамалар адамдардың тыныс алу жүйесіне сіңіріліп, оның әртүрлі бөліктеріне орналасады, бұл көптеген аурулар мен жағдайлардың пайда болуына немесе күшеюіне әкеледі, мысалы, аллергия, дерматит және ринит. Wiśniewska және авторлардың мәлімдемесінше, ауадағы микротоқырамалар мен цианобактериялар аэробиология мен фикологияда ең аз зерттелген организмдер болып табылады. Алайда, 2012 жылы атмосфералық балдырлардың орташа мөлшері ауаның текше метріне 100-1000 жасушаға жететіні көрсетілді. Цианобактериялар мен микротоқырамалар топырақтан, ғимараттардан, ағаштардан және шатырлардан шығарылып, ауаға түседі. Олардың ішінде микроорганизмдер эпидемиология, фитопатология, биотерроризм, сот медицинасы және қоғамдық денсаулық сақтау сияқты әртүрлі салаларда, сондай-ақ микробтық экология, метеорология және климатология сияқты экологиялық ғылымдарда ерекше қызығушылық тудырады. Соңғысына қатысты нақтырақ айтқанда, ауадағы микроорганизмдер судың конденсациясы мен кристалдануын бастайтын бөлшектер тобына қосады және осылайша бұлт түзілуіне және жауын-шашынның басталуына қатысады. Жауын-шашын мен құрғақ шөгінділердің әсерінен атмосферадан Жер бетіне бактериялардың тұрақты ағыны жаһандық биологиялық әртүрлілікке де әсер етуі мүмкін, бірақ олар экологиялық зерттеулер жүргізу кезінде сирек ескеріледі. Микробтардың бүкіл планетада таралуын түсінуге тырысатын зерттеулер көрсеткендей, ауадағы микроорганизмдердің мол болуы мен таралуын, соның ішінде алыс және биіктіктегі жерлерде құжаттауға арналған біріктірілген деректер қажет. ), тарату бірліктері (мысалы, саңырауқұлақ споралары және өсімдік тозаңы) және әртүрлі фрагменттер немесе экскрециялар (мысалы, өсімдік қалдықтары және брохосомалар). Биоаэрозоль бөлшектерінің диаметрі нанометрден миллиметрдің оннан бір бөлігіне дейін жетеді. Аэрозоль бөлшектерінің өлшем диапазонының жоғарғы шегі тез шөгінділену арқылы анықталады, яғни үлкен бөлшектер ауада ұзақ уақыт қалуға тым ауыр. Биоаэрозольдарға тірі және өлі организмдер, сондай-ақ олардың биосферадан атмосфераға шығарылатын бөлшектері мен қалдықтары жатады. Тарихи тұрғыдан алғанда, микроорганизмдер мен споралардың ауадағы пайда болуы мен таралуы туралы алғашқы зерттеулер 19 ғасырдың басына дейін жетеді. Содан бері биоаэрозольдарды зерттеу ұзақ жол жүрді, ал ұшақтар, шарылар және ракеталармен жиналған ауа үлгілері құрлықтан және мұхиттан шығарылатын биоаэрозольдардың алыс қашықтықтарға және өте биік биіктіктерге, яғни континенттер арасында және тропосферадан тысқары таралуы мүмкін екенін көрсетті. және таралу мүмкіндігі әртүрлі жерлердегі түрлердің таралуына, молдығына және осылайша, қоғамдық динамикасына әсер етеді. Жаңа ортаға бірінші болып жету керек, содан кейін организмнің қабілеттері мен бейімделуі, ортаның сапасы және қалыптасқан биологиялық қоғам түрлердің қоныстану тиімділігін анықтайды. Ірі жануарлар өздерінің күшімен қашықтықтарды басып өте алады және қолайлы ортаны белсенді түрде іздей алады, ал кішкентай (<2 мм) организмдер көбінесе пассивті таратылады. Белсенді таралу шамалы болжамды таралу үлгілерін қамтамасыз етеді, ал пассивті таралу организмдердің көбінесе кездейсоқ иммиграциясына әкеледі. Пропагула – бұл организмнің өмірлік циклінің келесі сатысына тарату арқылы өсуіне мүмкіндік беретін материал, мысалы, тарату. Пропагула әдетте аталық организмнен өзгеше формаға ие. Пропагулалар өсімдіктер (тұқымдар немесе споралар түрінде), саңырауқұлақтар (споралар түрінде) және бактериялар (мысалы, эндоспоралар немесе микробтық кисталар) арқылы өндіріледі. Желмен тиімді таралу үшін маңызды талаптардың бірі – жасыратын жұмыртқалар, кисталар, эфиппиялар, ересек және жас тыныш күйдегі сатылар сияқты пропагулалардың болуы, бұл организмдерге қолайлы ортаға енгенше, қолайсыз қоршаған орта жағдайларын сақтауға мүмкіндік береді. Бұл тарату бірліктері топырақ, мүк, және уақытша немесе аралық сулардың кепкен шөгінділері сияқты беттерден ұшып таралуы мүмкін. Пассивті таралатын организмдер әдетте пионерлік қоныстандырушылар болып табылады. пропагулалардың салмағы мен пішіні, демек, оларды тасымалдау үшін қажетті жел жылдамдығы таралу қашықтығын анықтайды. Мысалы, нематодтарда, тыныш жұмыртқалар басқа өмірлік сатыларға қарағанда желмен тиімді тасымалданбайды, ал ангидробиоз күйіндегі организмдер жеңіл және осылайша гидратталған формалардан гөрі оңай тасымалданады. Әртүрлі организмдер көбінесе бірдей қашықтықтарға таратылмайтындықтан, көздердің орналасқан жері де маңызды, ауадағы организмдердің саны көз жүйесінен қашықтық артқан сайын азаяды. Кішкентай жануарлардың басып өтетін қашықтығы бірнеше метрден басталады. "Құрғақ мұхитты" кесіп өтуге тиіс тұщы су организмдері. Бұл сапалық тұрғыдан жақсы зерттелгенімен, олардың таралу деңгейінің нақты бағалары жетіспейді. Микроорганизмдер тропосфера мен стратосфераға жоғары көтерілгенде таңдау процесінен өтуі мүмкін. және тропосфераның ең жоғары бөлігіндегі, яғни еркін тропосферадағы жасушалардың саны 40-тен 8 × 104-ке дейін жетеді. Тропосфера – аэрозольдердің химиясы мен физикасы тұрғысынан ең динамикалық қабат және газ фазасының, сұйық фазалардың (яғни бұлт, жаңбыр және тұман суы) және қатты фазалардың (яғни микроскопиялық бөлшектер, құмды тозаң) бірлесіп өмір сүруіне әкелетін күрделі химиялық реакциялар мен метеорологиялық құбылыстарды қамтиды. Әртүрлі атмосфералық фазалар көптеген биологиялық нишаларды білдіреді. маусымдар, беттік жағдайлар.
Airborne microalgae and cyanobacteria are the most poorly studied organisms in aerobiology and phycology. However, it was shown in 2012 that the average quantity of atmospheric algae is between 100 and 1000 cells per cubic meter of air. Cyanobacteria and microalgae end up in the air as a consequence of their emission from soil, buildings, trees, and roofs. Among these, microorganisms are of particular interest in fields as diverse as epidemiology, including phytopathology, bioterrorism, forensic science, and public health, and environmental sciences, like microbial ecology, meteorology and climatology. More precisely concerning the latter, airborne microorganisms contribute to the pool of particles nucleating the condensation and crystallization of water and they are thus potentially involved in cloud formation and in the triggering of precipitation. The constant flux of bacteria from the atmosphere to the Earth's surface due to precipitation and dry deposition can also affect global biodiversity, but they are rarely taken into account when conducting ecological surveys. As stressed by these studies attempting to decipher and understand the spread of microbes over the planet, concerted data are needed for documenting the abundance and distribution of airborne microorganisms, including at remote and altitudes sites. ), dispersal units (e. g., fungal spores and plant pollen), and various fragments or excretions (e. g., plant debris and brochosomes). Bioaerosol particle diameters range from nanometers up to about a tenth of a millimeter. The upper limit of the aerosol particle size range is determined by rapid sedimentation, i. e., larger particles are too heavy to remain airborne for extended periods of time. Bioaerosols include living and dead organisms as well as their fragments and excrements emitted from the biosphere into the atmosphere. Historically, the first investigations of the occurrence and dispersion of microorganisms and spores in the air can be traced back to the early 19th century. Since then, the study of bioaerosols has come a long way, and air samples collected with aircraft, balloons, and rockets have shown that bioaerosols released from land and ocean surfaces can be transported over long distances and up to very high altitudes, i. e., between continents and beyond the troposphere. and the potential for dispersal determines the distribution, abundance, and thus, the community dynamics of species at different sites. A new habitat must first be reached before filters such as organismal abilities and adaptations, the quality of a habitat, and the established biological community determine the colonization efficiency of a species. While larger animals can cover distances on their own and actively seek suitable habitats, small (<2 mm) organisms are often passively dispersed, While active dispersal accounts for rather predictable distribution patterns, passive dispersal leads to a more randomized immigration of organisms. A propagule is any material that functions in propagating an organism to the next stage in its life cycle, such as by dispersal. The propagule is usually distinct in form from the parent organism. Propagules are produced by plants (in the form of seeds or spores), fungi (in the form of spores), and bacteria (for example endospores or microbial cysts). Often cited as an important requirement for effective wind dispersal is the presence of propagules (e. g., resting eggs, cysts, ephippia, juvenile and adult resting stages), which also enables organisms to survive unfavorable environmental conditions until they enter a suitable habitat. These dispersal units can be blown from surfaces such as soil, moss, and the desiccated sediments of temporary or intermittent waters. The passively dispersed organisms are typically pioneer colonizers. with the weight and form of the propagules, and therefore, the wind speed required for their transport, determining the dispersal distance. For example, in nematodes, resting eggs are less effectively transported by wind than other life stages, while organisms in anhydrobiosis are lighter and thus more readily transported than hydrated forms. Because different organisms are, for the most part, not dispersed over the same distances, source habitats are also important, with the number of organisms contained in air declining with increasing distance from the source system. The distances covered by small animals range from a few meters, Freshwater organisms that must "cross the dry ocean" While these have been qualitatively well studied, accurate estimates of their dispersal rates are lacking. Microorganisms might undergo a selection process during their way up into the troposphere and the stratosphere. and 40 to 8 × 104 cells per cubic metre in the highest part of the troposphere called the free troposphere. The troposphere is the most dynamic layer in terms of chemistry and physics of aerosols and harbors complex chemical reactions and meteorological phenomena that lead to the coexistence of a gas phase, liquid phases (i. e., cloud, rain, and fog water) and solid phases (i. e., microscopic particulate matter, sand dust). The various atmospheric phases represent multiple biological niches. seasons, surface conditions
Уақыт пен кеңістікке
Аэрозольдерге жабысқан микроорганизмдер континенттер аралық қашықтықтарға саяхаттай алады, тірі қалады және алыс жатқан орталарды қоныстандыра алады. Ауада таралатын микробтар қоршаған орта мен климаттық үлгілерге тәуелді, олардың жақын болашақта өзгеруі және белгісіз салдарларға әкелуі күтілуде. Ауада таралатын микробиалды қауымдастықтар халық денсаулығы мен метеорологиялық процестерде маңызды рөл атқарады, сондықтан осы қауымдастықтардың уақыт және кеңістік бойынша қалай таралатынын түсіну маңызды. Қолданылатын организмдер барлық микробиалды қауымдастықтың шамамен 1% құрайтынын ескере отырып, мәдениетке тәуелсіз әдістер және әсіресе атмосфералық микробиологияға қолданылатын метагеномдық зерттеулер ауадағы микроорганизмдердің іріктелуі мен генетикалық бейімделуі туралы қосымша ақпарат беруге қабілетті. Микробтық қауымдастықтың функционалдық потенциалы мен олардың ортасының физикалық және химиялық сипаттамалары арасындағы байқалған бұл корреляция генетикалық өзгерістердің (микробтық бейімделу) нәтижесі болуы мүмкін. Атмосферадағы микробтық функционалдық белгінің болуы әлі зерттелмеген және бактериялық жасушалардан өзгеше болуы мүмкін. Дегенмен, ауадағы микробиалды қауымдастықтардағы қатал атмосфералық жағдайларға төзімді микробиалды жасушалардың үлесі мен сипаты (яғни, саңырауқұлақтарға қарсы бактериялар) белгісіз. Бірнеше зерттеулер атмосферадан әртүрлі микробтық биосигнатураларды алуға болатынын көрсетті. Микробтардың тасымалдануы жер бетіндегі тіршілік ортасының үстінен континенттер аралық қашықтықта жүзеге асады, бұл адам денсаулығына әсер етуі мүмкін. Қатты бөлшектік ластану созылмалы обструктивті өкпе ауруымен және астмамен, сондай-ақ ерте өлім қаупімен байланысты. Бөлшектік ластанудың химиялық компоненттері мен олардың адам денсаулығына тигізетін әсері кеңінен зерттелгенімен, ластаушы заттармен байланысты микробтардың әлеуетті әсері әлі де анық емес. Ауада таралатын микробиалды әсерге, оның ішінде шаңмен байланысты организмдерге ұшырау кейбір аурулардан қорғауға және оларды күшейте беруге қабілетті. Қалалық ауадағы микроорганизмдердің таксономиялық және функционалдық әртүрлілігінің уақыт динамикасын, әсіресе тұман кезінде түсіну, микробтармен байланысты денсаулыққа қатысты салдарларды жақсартуға көмектеседі. Деректерге сүйенсек, патогендер мен антибиотиктерге төзімділік жүктемесі ластану деңгейінің артуымен бірге өседі және қатты тұман оқиғалары осыған себепші болады. Сонымен қатар, бөлшектік заттарда жылжымалы генетикалық элементтермен шектеліп, антибиотиктерге төзімді гендерді қамтитын бірнеше бактериялар бар, бұл жаңадан гендердің көшуімен байланысты болуы мүмкін. Бұл бактериялардың көпшілігі адам микробиомының типтік немесе болжамды мүшелері болды. Сыртқы атмосферада бактериялар, саңырауқұлақтар және вирустардан тұратын әртүрлі микробиалды жиынтықтар бар, олардың функциясы көбінесе зерттелмеген. Жалпы алғанда, ауадағы микробтардың басым көпшілігі топырақ немесе өсімдіктер сияқты табиғи ортадан шығады, биомасса мен биологиялық әртүрліліктің кеңістіктік және уақытша өзгеруімен сипатталады. Жел, жаңбыр тамшыларының әсері немесе судың көпіргені сияқты механикалық бұзылыстар арқылы беттен жыртылып, аэрозольденгеннен кейін, мұхиттар мен континенттер арқылы тасымалдануға жеткілікті уақыт беріледі, егер олар эмиссиядан жинақталуға дейінгі сапарда аман қалса. Бактериялардың тіршілік етуі атмосфералық тасымалдау кезінде табиғи түрде төмендейді, бірақ олардың бір бөлігі тірі қалады. Биіктікте бұлт тамшыларының ерекше ортасы ауадағы тірі жасушаларға су мен қоректік заттарды ұсынатын уақытша микробиалды орта ретінде қарастырылады. Сонымен қатар, гетеротрофияның төмен деңгейін анықтау бұлтты судағы микробиалды функция және оның осы күрделі және динамикалық орталардың химиялық реактивтілігіне тигізетін әсері туралы сұрақтар тудырады. Теңіз аэрозольдері теңіз тұзы, теңіз тұзы емес сульфат және органикалық молекулалардан тұратын күрделі қоспадан тұрады және бұлт конденсациясының ядролары ретінде қызмет ете алады, радиациялық тепе-теңдікке және, демек, климатқа әсер етеді. Мысалы, алыс теңіз ортасындағы биогендік аэрозольдар (мысалы, Оңтүстік мұхит) бұлт тамшыларының санын және мөлшерін арттыра алады, бұл қатты ластанған аймақтардағы аэрозольдарға ұқсас климаттық әсерге ие. Атап айтқанда, фитопланктон диметилсульфид шығарады, ал оның туындысы сульфат бұлт конденсациясын ынталандырады. Теңіз фитопланктонының аэрозольдерге қалай үлес қосатынын түсіну, мұхит жағдайларының өзгеруі бұлттарға қалай әсер ететінін және климатқа кері байланыс жасайтынын жақсы болжауға мүмкіндік береді. Венера планетасы атмосферасында фосфин (PH3) табылуы және осы молекуланың пайда болуын түсіндіретін белгілі және ықтимал химиялық механизмнің болмауына байланысты, Гривс және басқалар 2020 жылы Венера атмосферасында микроорганизмдердің суспензияда болуы мүмкін деген болжам жасады. Олар фосфиннің микробиалды қалыптасу гипотезасын ұсынды, Венерадағы бұлттардағы белгілі бір биіктіктегі тіршілікке жарамды терезеге қатысты қабылданбалы температура диапазонымен микробиалды өмірге мүмкіндік беретін мүмкіндікті қарастырды.
The presence of a specific microbial functional signature in the atmosphere has not been investigated yet. and might behave differently than bacterial cells. Still, the proportion and nature (i. e., fungi versus bacteria) of microbial cells that are resistant to the harsh atmospheric conditions within airborne microbial communities are unknown. and several studies have demonstrated diverse microbial biosignatures are recoverable from the atmosphere. Microbial transport has been shown to occur across inter continental distances above terrestrial habitats. which have potential human health consequences. Severe particulate matter pollution is associated with chronic obstructive pulmonary disease and asthma, as well as risks for early death. While the chemical components of particulate matter pollution and their impacts on human health have been widely studied, the potential impact of pollutant associated microbes remains unclear. Airborne microbial exposure, including exposure to dust associated organisms, has been established to both protect against and exacerbate certain diseases. Understanding the temporal dynamics of the taxonomic and functional diversity of microorganisms in urban air, especially during smog events, will improve understanding of the potential microbe associated health consequences. The data suggest that potential pathogen and antibiotic resistance burden increases with increasing pollution levels and that severe smog events promote the exposure. In addition, the particulate matter also contained several bacteria that harbored antibiotic resistant genes flanked by mobile genetic elements, which could be associated with horizontal gene transfer. Many of these bacteria were typical or putative members of the human microbiome.]] The outdoor atmosphere harbors diverse microbial assemblages composed of bacteria, fungi and viruses whose functioning remains largely unexplored. in general the vast majority of airborne microbes originate from natural environments like soil or plants, with large spatial and temporal variations of biomass and biodiversity. Once ripped off and aerosolized from surfaces by mechanical disturbances such as those generated by wind, raindrop impacts or water bubbling, a time long enough for being transported across oceans and continents and ice nuclei. provided that they survive their journey from emission to deposition. Bacterial survival is indeed naturally impaired during atmospheric transport, but a fraction remains viable. At high altitude, the peculiar environments offered by cloud droplets are thus regarded in some aspects as temporary microbial habitats, providing water and nutrients to airborne living cells. In addition, the detection of low levels of heterotrophy raises questions about microbial functioning in cloud water and its potential influence on the chemical reactivity of these complex and dynamic environments. Marine aerosols consist of a complex mixture of sea salt, non sea salt sulfate and organic molecules and can function as nuclei for cloud condensation, influencing the radiation balance and, hence, climate. For example, biogenic aerosols in remote marine environments (for example, the Southern Ocean) can increase the number and size of cloud droplets, having similar effects on climate as aerosols in highly polluted regions. Specifically, phytoplankton emit dimethylsulfide, and its derivate sulfate promotes cloud condensation. Understanding the ways in which marine phytoplankton contribute to aerosols will allow better predictions of how changing ocean conditions will affect clouds and feed back on climate. After the tantalizing detection of phosphine (PH3) in the atmosphere of the planet Venus, and in the absence of a known and plausible chemical mechanism to explain the formation of this molecule, Greaves et al. speculated in 2020 that microorganisms might be present in suspension in the Venusian atmosphere. They have formulated the hypothesis of the microbial formation of phosphine, envisaging the possibility of a liveable window in the Venusian clouds at a certain altitude with an acceptable temperature range for microbial life.
Ауада таралатын микробиомалар
Ауадағы ұнтақтың физикалық және химиялық қасиеттері кеңінен зерттелсе де, олармен байланысты ауадағы микробиом көбінесе зерттелмеген күйде қалады. Микробиомдар – бұл прокариоттар, саңырауқұлақтар, протозоалар, басқа микроэукариоттар және вирустарды қамтитын, жақсы анықталған ортада қоныстанған ерекше микробиологиялық қоғамдастықтар. Микробиом термині, мысалы, микробиологиялық қоғамдастықтар, микробиологиялық популяция, микробиота немесе микрофлора сияқты басқа терминдерге қарағанда кеңірек, себебі микробиом оның құрамын (қатысқан микроорганизмдер) және функцияларын (мүшелерінің қызметін және қожайынмен/қоршаған ортамен өзара әрекеттесуін) қамтиды, бұл экожүйелік функцияларға үлес қосады. Жер тарихы бойында микробиологиялық қоғамдастықтар климатты өзгерткен, ал климат микробиологиялық қоғамдастықтарды қалыптастырған. Микроорганизмдер экожүйелік процестерді немесе биогеохимияны жаһандық деңгейде өзгерте алады және біз олардың климаттың өзгеруіне қатысу рөлін және мүмкіндіктерін анықтауға бастап отырмыз. Дегенмен, климаттың өзгеруінің микробиологиялық қоғамдастықтарға (яғни, әртүрлілігіне, динамикасына немесе таралуына) тигізетін әсері сирек қарастырылады. Саңырауқұлақтың аэробиотасының құрамына маусым немесе климат емес, оның таралу қабілеті ықпал ететін болса, оның құрамы осыған байланысты қалыптасады. Шындығында, ауа массаларының теңізден, құрлықтан немесе антропогендік факторларға ұшыраған ортадан шығуы атмосфералық ауа микробиомын қалыптастырады. Бұл деректер климаттық жағдайлар аэропланктон үшін қоршаған ортаның сүзгісі ретінде әрекет ете алатынын, аймақтық жиынтықтан түрлердің іріктелген тобын таңдап алатынын көрсетеді және бактериялық және эукариоттық аэропланктонға әсер ететін әртүрлі факторлардың салыстырмалы маңыздылығы туралы сұрақ тудырады.
Ауадағы ДНҚ
2021 жылы зерттеушілер қоршаған ортаның ДНК-сын (eDNA) ауадан жинап, оны сүтқоректілерді анықтау үшін қолдануға болатынын көрсетті. 2023 жылы ғалымдар арнайы сынама алу құралдарын және әуе шараларын жасап, ауадағы eDNA арқылы сүтқоректілерді қоса алғанда, көптеген таксондардың биологиялық әртүрлілігін бағалауға мүмкіндік берді.