Пыль из Сахары за пять дней втрое подняла уровень эндотоксинов над Амазонией
Воздух над амазонским лесом с земли кажется спокойным. Под микроскопом он кишит пыльцой, грибными спорами, растительными остатками и бактериями. Грибное сообщество обычно удивительно стабильно, а бактериальное меняется с высотой и временем. Но в течение пяти дней в феврале 2020 года случилось нечто чужое: пыль из Сахары, которую нёс через Атлантику ветер, принесла совершенно иное бактериальное сообщество. Её приход совпал с трёхкратным ростом содержания эндотоксинов в воздухе.
Исследование возглавили Йенс Вебер и Беттина Вебер из Грацского университета в Австрии. Они работали с исследователями из Института химии Макса Планка и сетью бразильских партнёрских учреждений. Учёные собирали образцы аэрозолей на обсерватории ATTO — исследовательской башне высотой 325 метров, окружённой сотнями километров нетронутого первичного леса в бразильском заповеднике Уатуман.
Засушливые районы Африки — крупнейший источник пыли на планете. Они выбрасывают в атмосферу от 11 до 15 тераграммов минеральных частиц в год, примерно половину мирового объёма. Эти шлейфы регулярно пересекают Атлантику, оставляя фосфор и железо, которые удобряют бассейн Амазонки. Неясно было, каких микробов несёт пыль и как её приход влияет на воздух над лесом.
Команда установила пробоотборники пыли на двух высотах башни: 42 метра, в пологе леса, и 323 метра, заметно выше него. Фильтры собирали ежедневно с 10 февраля по 2 марта 2020 года, затем провели генетический анализ, чтобы охарактеризовать бактериальные и грибные сообщества в образцах. Пятидневное событие пыли пришлось на 18–22 февраля. Моделирование обратных траекторий подтвердило, что воздушные массы пришли из Северной Африки.
Перемена была резкой. Средняя массовая концентрация аэрозоля выросла почти в восемь раз — примерно с 2,7 микрограмма на кубический метр в обычных условиях до более 21 микрограмма во время события, с пиком 45,78. Содержание кальция в частицах соответствовало минеральной пыли Сахары.
В обычных условиях бактериальное сообщество на высоте 42 метра отражало местные источники из полога: микробов, связанных с корой, листьями и лишайниками. На 323 метрах в нём было больше материала дальнего переноса. Но во время вторжения пыли бактериальные сообщества на обеих высотах резко сошлись к одному профилю: организмы, связанные с почвами засушливых районов, биологическими почвенными корками и морскими средами. Бактерии, образующие эндоспоры, из типа бациллотов, в обычных условиях второстепенные, стали доминирующей чертой на обеих высотах. Исследователи выявили отчётливую подпись наземных почвенных родов, включая клостридии, бревибациллы и тумебациллы. Появились и цианобактерии, характерные для биокорок, — схитотрикс и трихоколеус. Морские бактерии тоже проделали путь: синехококк, обнаруженный примерно в 1000 километрах от ближайшего побережья, показал, что шлейф пыли способен подхватывать океанских микробов во время перехода через Атлантику.
Грибы, напротив, почти не отреагировали. Разлагающие древесину базидиомицеты доминировали на обеих высотах до, во время и после события пыли. На 42 метрах они составляли 93,8% грибных последовательностей. Исследователи предполагают, что обилие местных спор могло замаскировать любой грибной материал, прибывший из Африки. «Почвы засушливых регионов и пустынь в значительной степени заселены микробными сообществами, известными как биологические почвенные корки, — говорит Беттина Вебер. — Генетически бактерии совпадают с организмами из Сахары, что доказывает: их переносят из африканских биокорок через Атлантику ветром до самого леса Бразилии».
Самая тревожная находка касалась не конкретного вида, а эндотоксинов — липополисахаридов во внешних мембранах грамотрицательных бактерий, которые высвобождаются при их гибели. Они химически стабильны, устойчивы к нагреву и способны вызывать воспаление у человека. Концентрация эндотоксинов на высоте 323 метра во время события пыли примерно утроилась — с 0,45 до 1,27 единицы эндотоксина на кубический метр, с пиком 2,10. Уровни тесно коррелировали с массой крупнодисперсного аэрозоля. Исследователи связали сигнал с двумя грамотрицательными источниками: мёртвым микробным материалом из почв засушливых районов Африки и обломками морских клеточных стенок, поднятыми над океаном.
«Меня удивило большое количество эндотоксинов в воздухе, — говорит Йенс Вебер. — Прежние исследования в Карибском бассейне показали, что приступы астмы часто учащаются с приходом сахарской пыли. Существует ли похожая связь в Амазонии, ещё предстоит выяснить». Эти эндотоксины важны не только для лесной экосистемы, но и примерно для 3,9 миллиона человек в бразильском штате Амазонас, а также для прибрежных и речных общин на пути шлейфа.
Один важный пробел: исследование не может сказать, живы ли эти бактерии. Секвенирование ампликонов выявляет генетический материал независимо от того, жизнеспособен организм или мёртв. Эндотоксины вызывают иммунный ответ в любом случае — мёртвые бактерии вполне способны вызвать воспаление. Но выживают ли целые живые микроорганизмы после десяти дней ультрафиолета, высыхания и перепадов температуры над открытой Атлантикой — отдельный вопрос. Команда планирует продолжить работу с флуоресцентной микроскопией и проточной цитометрией, чтобы напрямую проверить жизнеспособность.
Есть и вопрос о патогенах. Обязательные патогены во время события пыли не обогащались. Некоторые условно-патогенные роды — стафилококк и клостридии — выросли на высоте 323 метра. Однако определение на уровне рода не позволяет установить, присутствовали ли вызывающие болезни виды. Похоже, пыль приносит почвенные бактерии и иммуностимулирующие обломки, а не армию возбудителей инфекций. Это различие важно, хотя окончательно его не установить, пока не подоспеют тесты на жизнеспособность.
Остаётся вопрос: если пыль из Сахары за пять дней втрое поднимает эндотоксины над Амазонией и приносит бактерии пустынных корок, — означает ли это, что далёкие пустыни влияют на здоровье людей в бассейне Амазонки сильнее, чем мы думали, и стоит ли включать эти шлейфы в прогнозы для местных служб здравоохранения наряду с пожарами и сезонными болезнями?
