Triljoniem baktēriju, sēnīšu, vīrusu un vienšūnas organismu pārvietojas pa zemeslodi augstu atmosfērā. Zinātnieki atklāj, ka tiem ir būtiska loma laikapstākļos un pat mūsu veselībā.
Mākoņi ir mūsu mūža pavadoņi. Dažreiz tie dreifē virs galvas dūmakaini filigrāni. Citās dienās tie aptumšo debesis un lej mums virsū lietu. Bet, neskatoties uz mūsu pazīšanos ar šiem ūdens tvaiku plīvuriem, tie no mums ir glabājuši noslēpumus. Mākoņi patiesībā ir peldošas dzīvības salas, kurās mīt triljoni organismu no tūkstošiem sugu.
Līdz ar putniem, spārēm un pienenes sēklām gaisā pārvietojas plašs mikroskopisko organismu okeāns. Franču ķīmiķis Luijs Pastērs bija viens no pirmajiem zinātniekiem, kas 1860. gadā atpazina to, ko zinātnieki tagad sauc par aerobiomu. Viņš pacēla sterilas buljona kolbas un ļāva tajās nosēsties peldošiem mikrobiem , padarot dzidro buljonu duļķainu. Pastērs ķēra mikrobus Parīzes ielās, Francijas laukos un pat uz ledāja virsotnes Alpos. Taču viņa laikabiedri pret šo ideju iebilda. “Pasaule, kurā jūs vēlaties mūs ievest, ir patiešām pārāk fantastiska,” tolaik Pastēram teica kāds žurnālists.
Pagāja gadu desmiti, līdz cilvēki pieņēma aerobioma realitāti. 20. gs. trīsdesmitajos gados daži zinātnieki pacēlās gaisā ar lidmašīnām, turot rokās preparātus un Petri trauciņus, lai vējā notvertu sēnīšu sporas un baktērijas. Arī balonu ekspedīcijās stratosfērā tika uztvertas šūnas. Mūsdienās 21. gadsimta aerobiologi izvieto sarežģītus gaisa paraugu ņemšanas ierīces uz droniem un izmanto DNS sekvencēšanas tehnoloģiju, lai identificētu gaisā esošo dzīvību pēc tās gēniem. Pētnieki tagad atzīst, ka aerobioms ir milzīga dzīvotne, kas piepildīta ar īpašiem viesiem.
Viņi ierodas no lielas daļas planētas virsmas. Katru reizi, kad triecas okeāna vilnis, tas gaisā izmet smalkus jūras ūdens pilienus, no kuriem daži pārnēsā vīrusus, baktērijas, aļģes un citus vienšūnas organismus . Lai gan daži pilieni ātri nokrīt atpakaļ okeānā, citus paceļ vējš un tie paceļas debesīs, kur tos var nest tūkstošiem jūdžu attālumā.
Uz sauszemes vējš var izkaisīt zemi, iznēsājot baktērijas, sēnītes un citus organismus . Katru rītu, kad uzlec saule un ūdens iztvaiko gaisā, tas var līdzi paņemt arī mikroskopiskus organismus. Meža ugunsgrēki rada spēcīgas augšupvērstas gaisa plūsmas, kas var izsūkt mikrobus no zemes un noplēst tos no koku stumbriem un lapām, nesot tos augšup kopā ar dūmiem
Daudzas sugas negaida vienkārši fizisku spēku iedarbībā, lai tās pamestu gaisā. Piemēram, sūnas izaudzē kātu ar sporu maisiņu galā, ko tās izlaiž gaisā kā dūmu mutuļus. Vienas vasaras laikā uz viena purva kvadrātmetra var nokrist pat seši miljoni sūnu sporu. Daudzas apputeksnējošu augu sugas vairojas, katru pavasari izdalot miljardiem gaisā esošu ziedputekšņu graudu.
Sēnītes ir īpaši prasmīgas lidošanā. Tās ir attīstījušas bioloģiskos lielgabalus un citus līdzekļus sporu izšaušanai gaisā, un to sporas ir aprīkotas ar izturīgiem čaulām un citiem pielāgojumiem, lai izturētu skarbos apstākļus, ar kuriem tās saskaras, ceļojot līdz pat stratosfērai. Sēnītes ir atrastas līdz pat 20 km augstumā, augstu virs Klusā okeāna atklātā okeāna, un tās turp nes vējš.
Saskaņā ar vienu aplēsi, katru gadu no sauszemes un jūras gaisā paceļas aptuveni triljons triljonu baktēriju šūnu . Saskaņā ar citu aplēsi, šajā pašā laikā gaisā nonāk 50 miljoni tonnu sēnīšu sporu. Gaisā paceļas arī neskaitāmi daudz vīrusu, ķērpju, aļģu un citu mikroskopisku dzīvības formu. Ir ierasts, ka tās ceļo vairākas dienas pirms nolaišanās, kuru laikā tās var pacelties simtiem vai tūkstošiem jūdžu attālumā.
Šīs odisejas laikā organisms var ielidot gaisa apgabalā, kur ūdens tvaiki kondensējas pilienos. Drīz vien tas nonāk vienā no šiem pilieniem, un augšupvērstas gaisa plūsmas var to aiznest dziļāk ūdens masā. Tas ir iekļuvis mākoņa sirdī.
Liela daļa no tā, ko zinātnieki ir uzzinājuši par dzīvību mākoņos, ir nākusi no Francijas kalna, ko sauc par Puy de Dome, virsotnes. Tas izveidojās aptuveni pirms 11 000 gadiem, kad magmas dūre ietriecās Francijas centrālās daļas paugurainajos pakalnos, radot vulkānu, kas izlēja lavu, pirms tikai dažus simtus gadu vēlāk iesnaudās. Pēdējos divdesmit gadus vai vairāk meteoroloģiskā stacija Puy de Dome virsotnē ir aprīkota ar gaisa paraugu ņemšanas ierīcēm. Kalns ir tik augsts, ka mākoņi regulāri klāj tā virsotni, ļaujot zinātniekiem uztvert daļu no dzīvības, ko tie pārnes.
Pētījumi, ko vadīja Pjērs Amato, aerobiologs no netālu esošās Klermonas-Overņas Universitātes, ir atklājuši, ka katrā virs Puy de Dome peldošā mākoņu ūdens milimetrā ir pat 100 000 šūnu. To DNS ir atklājusi, ka dažas no tām pieder pie pazīstamām sugām, bet daudzas zinātnei ir jaunas .
Zinātnieki, kas sugu identificēšanai izmanto DNS, pastāvīgi ir noraizējušies par piesārņojumu, un Amato nav izņēmums. Piemēram, vanags, kas planē virs Puy de Dome, varētu pārlidot pāri Amato caurulēm un nokratīt mikrobus no savām spalvām. Amato laboratorijā kāds doktorants var izelpot baktērijas mēģenē. Gadu gaitā Amato ir noraidījis tūkstošiem potenciālo sugu, aizdomīgi, ka viņš vai viņa studenti netīšām ir uzsmērējuši ādas mikrobus uz aprīkojuma. Taču viņi pārliecinoši ir atklājuši vairāk nekā 28 000 baktēriju sugu mākoņos un vairāk nekā 2600 sēņu sugu.
Amato un citi zinātnieki, kas pēta mākoņus, pieļauj, ka tie varētu būt īpaši laba vieta baktēriju izdzīvošanai — vismaz dažām sugām. “Mākoņi ir vide, kas atvērta visiem, bet kur tikai daži var attīstīties,” 2017. gadā rakstīja Amato un kolēģu komanda.
Baktērijām mākonis ir kā sveša pasaule, kas krasi atšķiras no dzīvotnēm, kur tās parasti dzīvo uz sauszemes vai jūrā. Baktērijas parasti drūzmējas. Upēs tās var izaugt mikrobu paklājos. Mūsu zarnās tās veido blīvas plēves. Bet mākonī katrs mikrobs pastāv pilnīgā vientulībā, iesprostots savā pilienā . Šī izolācija nozīmē, ka mākoņa baktērijām nav jākonkurē savā starpā par ierobežotiem resursiem. Taču pilienam nav daudz vietas, lai pārvadātu barības vielas, kas mikrobiem nepieciešamas augšanai.
Tomēr Amato un viņa kolēģi ir atraduši pierādījumus tam, ka daži mikrobi patiešām var augt mākoņos. Vienā pētījumā pētnieki salīdzināja paraugus, ko viņi savāca no mākoņiem Puy de Dome kalnā, ar citiem, ko viņi savāca kalnā skaidrās dienās. Pētnieki meklēja norādes par to aktivitāti, salīdzinot DNS daudzumu savos paraugos ar RNS daudzumu. Aktīvas, augošas šūnas veidos daudz RNS kopiju no savas DNS, lai ražotu olbaltumvielas.
Pētnieki atklāja, ka RNS un DNS attiecība mākoņos bija vairākas reizes lielāka nekā tīrā gaisā, kas ir spēcīgs signāls tam, ka šūnas mākoņos zeļ. Viņi arī atklāja, ka baktērijas mākoņos ieslēdz gēnus, kas ir būtiski pārtikas metabolismam un augšanai.
Lai saprastu, kā šīs baktērijas var attīstīties mākoņos, pētnieki ir izaudzējuši dažas no sugām, ko viņi ir notvēruši savā laboratorijā, un pēc tam izsmidzinājuši tās atmosfēras simulācijas kamerās . Viens mikrobu veids, kas pazīstams kā Methylobacterium, izmanto saules gaismas enerģiju, lai sadalītu organisko oglekli mākoņu pilienos.
Citiem vārdiem sakot, šīs baktērijas ēd mākoņus. Saskaņā ar kādu aplēsi, mākoņu mikrobi katru gadu visā pasaulē sadala miljonu tonnu organiskā oglekļa .
Šādi atklājumi liecina, ka aerobioms ir spēks, ar kuru jārēķinās – tāds, kas spēcīgi ietekmē atmosfēras ķīmisko sastāvu. Aerobioms pat maina laikapstākļus.
Veidojoties mākonim, tas rada augšupvērstas gaisa plūsmas, kas paceļ ar ūdeni piesātinātu gaisu lielos augstumos, kur tas ir pietiekami auksts, lai pārvērstu ūdeni ledū. Pēc tam ledus krīt atpakaļ. Ja gaiss pie zemes ir auksts, tas var nokrist kā sniegs. Ja tas ir silts, tas pārvēršas lietū.
Ledus mākonī var būt pārsteidzoši grūti veidoties ledum. Pat temperatūrā, kas ir krietni zemāka par sasalšanas punktu, ūdens molekulas var palikt šķidras. Tomēr viens no veidiem, kā izraisīt ledus veidošanos, ir piešķirt tām piemaisījumu aizmetni. Ūdens molekulām pielipstot pie daļiņas virsmas, tās saistās viena ar otru, un šo procesu sauc par kodolu veidošanos. Citas ūdens molekulas tad pie tām pieslēdzas un saliekas kristāliskā struktūrā, kas, ja būs pietiekami smaga, nokritīs no debesīm.
Izrādās, ka bioloģiskās molekulas un šūnu sieniņas ir ārkārtīgi labas lietus izraisīšanā. Sēnītes , aļģes , ziedputekšņi , ķērpji , baktērijas un pat vīrusi var iesēt ledu mākoņos . Ir pat iespējams, ka mākoņi un dzīvība ir saistīti ciešā ciklā, ne tikai dzīvojot un aprijot mākoņus, bet arī palīdzot tiem vispār veidoties.
Viens no labākajiem lietus izraisītājiem ir baktēriju veids, ko sauc par Pseudomonas . Zinātnieki nav pārliecināti, kāpēc tieši šīs baktērijas tik labi veido ledu mākoņos , taču tas varētu būt saistīts ar to, kā tās aug uz lapām . Kad uz lapas līst auksts lietus, Pseudomonas var palīdzēt šķidrajam ūdenim pārvērsties ledū augstākā temperatūrā nekā parasti. Kad ledus saplaisā un atver lapas, baktērijas var mieloties ar to iekšpusē esošajām barības vielām.
Daži zinātnieki pat ir spekulējuši, ka augi atzinīgi vērtē tādas baktērijas kā Pseudomonas , neskatoties uz to nodarīto kaitējumu. Kad vējš nopūš baktērijas no augiem un paceļ tās gaisā , tās paceļas mākoņos virs galvas. Mākoņi, kuros ir Pseudomonas , lej vēl vairāk lietus uz augiem zemāk. Augi izmanto ūdeni, lai audzētu vairāk lapu, un lapas atbalsta vairāk baktēriju, kas paceļas debesīs un mudina mākoņus līt vēl vairāk ūdens, lai veicinātu dzīvību zemāk. Ja tas izrādītos taisnība, tā būtu majestātiska simbioze, kas savieno mežus ar debesīm.
Pētījumi par dzīvību mākoņos arī rada iespēju, ka gaisā esoši organismi varētu pastāvēt uz citām planētām – pat uz tādām, kas varētu šķist vissliktākās vietas dzīvības pastāvēšanai. Piemēram, Venēras virsmas temperatūra ir pietiekami augsta, lai izkausētu svinu. Taču mākoņi, kas klāj Venēru, ir daudz vēsāki un, iespējams, spēj uzturēt dzīvību.
Sara Sīgere, astrobioloģe no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT), ir izvirzījusi pieņēmumu, ka dzīvība uz Veneras virsmas varētu būt radusies tās vēstures sākumā, kad tā bija vēsāka un mitrāka. Planētai sasilstot, daži mikrobi varētu būt atraduši patvērumu mākoņos . Tā vietā, lai nogrimtu atpakaļ uz virsmas, tie, iespējams, ir lēkājuši augšup un lejup atmosfērā, pakļaujoties straumēm miljoniem gadu, viņa saka.
Domājot par Sīgara citplanētiešu aerobiomu, mākoņu vērošana var kļūt vēl patīkamāka. Taču, skatoties uz mākoņiem, Amato pētījums atklāj, ka mēs raugāmies arī uz savu ietekmi uz pasauli. Kad Amato un viņa kolēģi ir izpētījuši gēnus notvertajos mikrobos, viņi atrod ievērojamu skaitu tādu, kas baktērijām piešķir rezistenci pret antibiotikām.
Uz zemes mēs, cilvēki, esam veicinājuši šo rezistences gēnu plašu evolūciju. Pārmērīgi lietojot penicilīnu un citas zāles, lai cīnītos pret infekcijām, mēs dodam priekšroku mutantiem, kas tās spēj izturēt. Situāciju vēl sliktāku padara tas, ka lauksaimnieki baro vistas, cūkas un citus mājlopus ar antibiotikām, lai tie izaugtu lielāki. Tikai 2014. gadā visā pasaulē 700 000 cilvēku nomira no antibiotikām rezistentu baktēriju infekcijām. Piecus gadus vēlāk upuru skaits pieauga līdz 1,27 miljoniem .
Antibiotiku rezistences evolūcija notiek cilvēku un dzīvnieku ķermeņos, ko cilvēki lieto uzturā. Baktērijas, kurām piemīt šī rezistence, pēc tam izbēg no savām perēkļiem un nonāk vidē – augsnē, strautos un, izrādās, pat gaisā. Pētnieki ir atklājuši augstu rezistences gēnu līmeni baktērijās, kas cirkulē slimnīcās un cūku fermu apkārtnē .
Taču gaisā esošie rezistences gēni var izplatīties vēl tālāk. Starptautiska zinātnieku komanda pārbaudīja automašīnu gaisa kondicionieru filtrus deviņpadsmit pilsētās visā pasaulē. Filtri bija fiksējuši plašu rezistentu baktēriju daudzveidību . Citiem vārdiem sakot, šķiet, ka rezistences gēni pārvietojas pa pilsētām.
Pēdējos gados Amato un viņa kolēģi ir iezīmējuši vēl garākus ceļojumus. 2023. gada mākoņu pētījumā viņi ziņoja par baktēriju atrašanu, kas nes 29 dažādu veidu rezistences gēnus . Viena gaisā esoša baktērija var nest pat deviņus rezistences gēnus, katrs no kuriem nodrošina atšķirīgu aizsardzību pret zālēm. Viņi lēsa, ka katrā mākoņa kubikmetrā ir līdz pat 10 000 rezistences gēnu . Tipisks mākonis, kas peld virs galvas, var saturēt vairāk nekā triljonu no tiem.
Amato un viņa kolēģi spekulē, ka mākoņos ir tik liels skaits rezistences gēnu, jo tie var palīdzēt baktērijām tur izdzīvot. Daži gēni nodrošina rezistenci pret antibiotikām, ļaujot baktērijām ātri izsūknēt zāles no sava iekšienes, atbrīvojoties no tām, pirms tās var nodarīt kaitējumu. Dzīves mākonī radītais stress var izraisīt baktēriju toksisku atkritumu veidošanos, kas tām arī ātri jāizsūknē.
Mākoņi varētu spēt izplatīt šos rezistences gēnus tālāk nekā piesārņota gaļa un ūdens. Nonākot mākonī, baktērijas dažu dienu laikā var pārvietoties simtiem jūdžu, pirms izsēj lietus lāsi un nokrīt atpakaļ uz Zemes. Kad tās sasniedz zemi, mikrobi var nodot savus rezistences gēnus citiem mikrobiem, ar kuriem tie sastopas. Amato un viņa kolēģi lēš, ka katru gadu no mākoņiem nokrīt 2,2 triljoni triljonu rezistences gēnu.
Pastaigāties lietū, ir prātu rosinoša doma. Mēs ejam cauri pašu radītu DNS lietusgāzēm.
