Аэробиология
Аэробиология (от греческого ἀήρ , aēr , « воздух »; βίος , bios , « жизнь » и -λογία , -логия ) — раздел биологии , изучающий пассивный транспорт органических частиц, таких как бактерии , грибковые споры , очень мелкие частицы. 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 [ править ]
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, 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]
Рассеивание частиц [ править ]
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 [ править ]
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 выбить споры. Некоторые грибы могут даже быть вызваны факторами окружающей среды и активно выбрасывать споры. [8]
Распространение по воздуху [ править ]
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]
Перенесение на покой [ править ]
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 [ править ]
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 [ править ]
Аллергический ринит — это тип воспаления носа, который возникает, когда иммунная система слишком остро реагирует на аллергены в воздухе. [11] У людей заболевание обычно 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 — 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]
Современные данные об уровне 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]
изменения Последствия климата
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.
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б «В центре внимания: аэробиология» . Биолог . Королевское биологическое общество . Проверено 26 октября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Лэнс, 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 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ Перейти обратно: а б с д 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 .
- ^ Перейти обратно: а б с Келлог, 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 .
- ^ 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 . ПМИД 36775167 . S2CID 256776523 .
- ^ Табор, Эбигейл (19 ноября 2018 г.). «Что такое аэробиологическая лаборатория НАСА?» . НАСА .
- ^ Перейти обратно: а б с д Это Маккартни, Х. Аластер (апрель 1994 г.). «Распространение спор и пыльцы сельскохозяйственных культур» . Грана . 33 (2): 76–80. дои : 10.1080/00173139409427835 . ISSN 0017-3134 .
- ^ 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. дои : 10.1016/j.jaerosci.2011.08.001 . ISSN 0021-8502 .
- ^ Перейти обратно: а б с 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 . ПМИД 36584954 . S2CID 255251758 .
- ^ «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 ) - ^ Уитли, Лиза М.; Тогиас, Алкис (29 января 2015 г.). Соломон, Карен Г. (ред.). "Аллергический ринит" . Медицинский журнал Новой Англии . 372 (5): 456–463. дои : 10.1056/NEJMcp1412282 . ISSN 0028-4793 . ПМК 4324099 . ПМИД 25629743 .
- ^ Перейти обратно: а б Бастл, Катарина; Бергер, Уве; Кмента, Максимилиан; Вебер, Мартина (1 октября 2017 г.). «Есть ли польза от пребывания в помещении людям, страдающим аллергией на пыльцу? Состав и количественные аспекты спектра пыльцы в помещении» . Строительство и окружающая среда . 123 : 78–87. дои : 10.1016/j.buildenv.2017.06.040 . ISSN 0360-1323 .
- ^ 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 .
