stringtranslate.com

Аэробиология

Некоторые распространенные споры, передающиеся по воздуху

Аэробиология (от греческого ἀήρ, aēr , « воздух »; βίος, bios , « жизнь » и -λογία, -logia ) — раздел биологии , изучающий пассивный транспорт органических частиц, таких как бактерии , споры грибов , очень мелкие насекомые , пыльца и вирусы . [1] Аэробиологи традиционно участвовали в измерении и составлении отчетов о переносимой по воздуху пыльце и спорах грибов, оказывая помощь людям, страдающим аллергией . [1] Однако аэробиология — это разнообразная область, связанная с наукой об окружающей среде , наукой о растениях , метеорологией , фенологией и изменением климата . [2]

Обзор

Первое упоминание об «аэробиологии» было сделано Фредом Кэмпбеллом Мейером в 1930-х годах. [2] Частицы, которые можно назвать аэропланктоном , обычно имеют размер от нанометров до микрометров, что затрудняет их обнаружение. [3]

Аэрозольизация – это процесс взвешивания мелких и легких частиц в движущемся воздухе. Теперь биоаэрозоли , пыльца и споры грибов могут переноситься через океан или даже путешествовать по всему земному шару. [4] Из-за большого количества микробов и легкости их распространения Мартинус Бейеринк однажды сказал: «Все есть везде, окружающая среда выбирает». [5] Это означает, что аэропланктон повсюду и был повсюду, и определение того, какие из них останутся, зависит исключительно от факторов окружающей среды. Аэропланктон встречается в значительных количествах даже в пограничном слое атмосферы (ППС) . [6] Влияние этих популяций атмосферы на климат и химию облаков все еще изучается.

НАСА и другие исследовательские агентства изучают, как долго эти биоаэрозоли смогут оставаться на плаву и как они смогут выжить в столь экстремальном климате. Условия верхних слоев атмосферы аналогичны климату на поверхности Марса, а обнаруженные микробы помогают по-новому определить условия, в которых может поддерживаться жизнь. [7]

Диспергирование частиц

Процесс рассеивания аэробиологических частиц состоит из трех этапов: удаление из источника, рассеивание в воздухе и отложение на хранение. [8] Геометрия частицы и окружающая среда влияют на все три фазы, однако после того, как она распыляется, ее судьба зависит от законов физики, управляющих движением воздуха.

Удаление из источника

Гриб-дождевик, выбрасывающий споры.

Пыльцу и споры можно сдуть с их поверхности или стряхнуть. Обычно скорость ветра, необходимая для выпуска, выше средней скорости ветра. [8] Брызги дождя также могут привести к вытеснению спор. Некоторые грибы могут даже быть вызваны факторами окружающей среды и активно выбрасывать споры. [8]

Распространение через воздух

Выйдя из состояния покоя, аэропланктон оказывается во власти ветра и физики. Скорость оседания спор и пыльцы различна и является основным фактором рассеивания; чем дольше частица плавает, тем дольше ее может подхватить турбулентный порыв ветра. Скорость и направление ветра колеблются со временем и высотой, поэтому конкретный путь когда-то соседних частиц может существенно меняться. [8] Концентрация частиц в воздухе уменьшается по мере удаления от источника, а расстояние рассеивания наиболее точно моделируется как степенная функция . [3]

Помещение в покой

Осаждение представляет собой сочетание силы тяжести и инерции. Скорость падения мелких частиц можно рассчитать по массе и геометрии, но пыльца и споры сложной формы часто падают медленнее, чем их расчетная скорость, смоделированная с помощью простых форм. [9] Споры также можно удалить из воздуха при ударе; инерция частиц заставит их ударяться о поверхности на своем пути, а не обтекать их, как воздух. [8]

Экспериментальные методы

Было проведено множество исследований, чтобы понять реальные закономерности распространения пыльцы и спор. Для сбора образцов в исследованиях часто используются объемные ловушки для спор, такие как пробоотборник типа Херста. Частицы прилипают к полоске для отбора проб, а затем их можно исследовать под микроскопом. [2] Ученым приходится подсчитывать частицы под увеличением, а затем анализировать образец ДНК с помощью варианта последовательности ампликона (ASV) или другого распространенного метода. [10]

Проблема, неоднократно упоминаемая в литературе, заключается в том, что из-за различий в методологиях тестирования или анализа результаты не всегда сопоставимы в разных исследованиях. [5] Поэтому для получения точной модели в каждом исследовании необходимо проводить обширный сбор данных. К сожалению, не существует базы данных о распределении аэробиологических частиц, с которой можно было бы сравнивать результаты. [5]

Влияние на здоровье человека

Иллюстрация, изображающая воспаление, связанное с аллергическим ринитом.

Аллергический ринит — это тип воспаления носа, который возникает, когда иммунная система слишком остро реагирует на аллергены в воздухе. [11] Обычно у людей он вызывается пыльцой и другими биоаэрозолями. От 10% до 30% людей в западных странах страдают. [12] Симптомы обычно ухудшаются в периоды опыления, когда в воздухе распыляется значительно больше пыльцы. [13] В эти пиковые периоды оставаться дома — это один из способов ограничить воздействие. Однако исследования показали, что в помещении все еще сохраняется значительный уровень пыльцы. Зимой уровень пыльцы в помещении фактически превышает уровень на открытом воздухе. [13]

Обновленные данные об уровнях пыльцы имеют решающее значение для людей, страдающих аллергией. В настоящее время ограничением является то, что многие ловушки для спор требуют от ученых идентификации и подсчета отдельных пыльцевых зерен под увеличением. [10] Это приводит к задержке данных, иногда более чем на неделю. В настоящее время разрабатывается ряд полностью автоматических ловушек для спор, и как только они станут полностью функциональными, они улучшат жизнь людей, страдающих аллергией. [10]

Последствия изменения климата

Карта изменения осадков при +2 °C глобального потепления

Ученые предсказывают, что метеорологические последствия изменения климата ослабят барьеры для распространения пыльцы и спор и приведут к уменьшению биологической уникальности в различных регионах. [4] Осадки увеличивают богатство (количество видов) биоразнообразия в регионах, поскольку облака формируются в верхних слоях атмосферы, где биоразнообразие более разнообразно. [4] В частности, в Арктике изменение климата привело к резкому увеличению количества осадков, и из-за этого ученые заметили в этом районе новые микробы. [4]

Повышение летних температур и уровня CO 2 приводит к увеличению общего количества пыльцы, выделяемой некоторыми деревьями, а также к задержке начала сезона пыльцы. [14] Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы увидеть долгосрочные последствия изменения климата.

Рекомендации

  1. ^ ab «В центре внимания: аэробиология». Биолог . Королевское биологическое общество . Проверено 26 октября 2017 г.
  2. ^ abc Lancia, Андреа; Капоне, Паскуале; Вонеш, Николетта; Пелличчони, Армандо; Гранди, Карло; Магри, Донателла; Д'Овидио, Мария Кончетта (январь 2021 г.). «Прогресс исследований в области аэробиологии за последние 30 лет: акцент на методологии и гигиене труда». Устойчивость . 13 (8): 4337. doi : 10.3390/su13084337 . hdl : 11573/1540128 . ISSN  2071-1050.
  3. ^ Аб Хофманн, Фридер; Отто, Матиас; Восник, Вернер (17 октября 2014 г.). «Отложение пыльцы кукурузы в зависимости от расстояния от ближайшего источника пыльцы при обычном выращивании - результаты 10-летнего мониторинга (2001–2010 гг.)». Науки об окружающей среде Европы . 26 (1): 24. дои : 10.1186/s12302-014-0024-3 . ISSN  2190-4715. S2CID  3924115.
  4. ^ abcd Малард, Люси А.; Авила-Хименес, Мария-Луиза; Шмале, Юлия; Катбертсон, Льюис; Кокертон, Люк; Пирс, Дэвид А. (1 ноября 2022 г.). «Аэробиология Южного океана – последствия бактериальной колонизации Антарктиды». Интернационал окружающей среды . 169 : 107492. doi : 10.1016/j.envint.2022.107492 . ISSN  0160-4120. ПМИД  36174481.
  5. ^ abc Келлогг, Кристина А.; Гриффин, Дейл В. (1 ноября 2006 г.). «Аэробиология и глобальный перенос пустынной пыли». Тенденции в экологии и эволюции . 21 (11): 638–644. дои : 10.1016/j.tree.2006.07.004. ISSN  0169-5347. ПМИД  16843565.
  6. ^ Арчер, Стивен DJ; Ли, Кевин С.; Карузо, Танкреди; Альками, Антонио; Арайя, Джонатан Г.; Кэри, С. Крейг; Коуэн, Дон А.; Эчебехере, Клаудия; Ганцецег, Батдельгер; Гомес-Сильва, Бенито; Хартери, Шон; Хогг, Ян Д.; Кансур, Маяда К.; Лоуренс, Тимоти; Ли, Чарльз К. (1 мая 2023 г.). «Вклад почвенных бактерий в атмосферу в разных биомах». Наука об общей окружающей среде . 871 : 162137. doi : 10.1016/j.scitotenv.2023.162137. HDL : 10486/707035 . ISSN  0048-9697. PMID  36775167. S2CID  256776523.
  7. ↑ Табор, Эбигейл (19 ноября 2018 г.). «Что такое аэробиологическая лаборатория НАСА?». НАСА .
  8. ^ abcde Маккартни, Х. Аластер (апрель 1994 г.). «Распространение спор и пыльцы сельскохозяйственных культур». Грана . 33 (2): 76–80. дои : 10.1080/00173139409427835 . ISSN  0017-3134.
  9. ^ Саббан, Лилах; ван Хаут, Рене (1 декабря 2011 г.). «Измерения распространения пыльцевых зерен в неподвижном воздухе и стационарной, почти однородной, изотропной турбулентности». Журнал аэрозольной науки . 42 (12): 867–882. doi :10.1016/j.jaerosci.2011.08.001. ISSN  0021-8502.
  10. ^ abc Майя-Мансано, Хосе М.; Туммон, Фиона; Абт, Рето; Аллан, Натан; Бандерсон, Лэндон; Клот, Бернар; Крузи, Бенуа; Даунис, Гинтаутас; Эрб, Софи; Гонсалес-Алонсо, Моника; Граф, Элиас; Гревлинг, Лукаш; Хаус, Йорг; Каданцев Евгений; Кавасима, Сигето (25 марта 2023 г.). «На пути к европейскому автоматическому мониторингу биоаэрозолей: сравнение 9 автоматических приборов для наблюдения за пыльцой с классическими ловушками типа Херста». Наука об общей окружающей среде . 866 : 161220. doi : 10.1016/j.scitotenv.2022.161220 . ISSN  0048-9697. PMID  36584954. S2CID  255251758.
  11. ^ «Иммунотерапия аллергии на окружающую среду». 17 июня 2015 года. Архивировано из оригинала 17 июня 2015 года . Проверено 20 апреля 2023 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  12. ^ Уитли, Лиза М.; Тогиас, Алкис (29 января 2015 г.). Соломон, Карен Г. (ред.). "Аллергический ринит". Медицинский журнал Новой Англии . 372 (5): 456–463. doi : 10.1056/NEJMcp1412282. ISSN  0028-4793. ПМК 4324099 . ПМИД  25629743. 
  13. ^ аб Бастл, Катарина; Бергер, Уве; Кмента, Максимилиан; Вебер, Мартина (1 октября 2017 г.). «Есть ли преимущество пребывания в помещении для людей, страдающих аллергией на пыльцу? Состав и количественные аспекты спектра пыльцы в помещении». Строительство и окружающая среда . 123 : 78–87. doi :10.1016/j.buildenv.2017.06.040. ISSN  0360-1323.
  14. ^ Лопес-Ороско, Р.; Гарсиа-Мозо, Х.; Отерос, Дж.; Галан, К. (1 октября 2021 г.). «Долгосрочные тенденции в атмосферной пыльце Quercus, связанные с изменением климата на юге Испании: 25-летняя перспектива». Атмосферная среда . 262 : 118637. doi : 10.1016/j.atmosenv.2021.118637. hdl : 10396/22063 . ISSN  1352-2310.