Микробиом воздуха зависит от высоты и времени суток

Атмосфера имеет свой микробиом, как наземные и водные экосистемы. Биомасса воздуха состоит из пыльцы, микроскопических грибов и бактерий. Изучать микробиом тропосферы тяжело как из-за низкого уровня биомассы воздуха, так и из-за цикличного изменения микробного состава. Однако международная группа ученых составила вертикальную карту микробиома атмосферы до высоты 3500 метров, используя метеорологическую башню высотой 200 метров и специально оборудованный самолет.

Авторы одновременно замеряли метеорологические параметры воздуха на определенной высоте (температуру, абсолютную влажность, уровень инсоляции и скорость ветра) и отбирали пробы, которые затем анализировали. Исследование производилось на территории Технологического института Карлсруэ (Германия), где стояла метеорологическая башня, и Брауншвейгского технического университета. За пять дней автоматизированная система, установленная на метеорологической башне, произвела забор 120 образцов воздуха. Несмотря на небольшую высоту башни, собранные на ней пробы позволили изучить динамику изменения микробного состава воздуха с хорошим временным разрешением. Самолет же обеспечил большое пространственное разрешение. За пять четырехчасовых полетов с его помощью было собрано 360 проб.

Количество ДНК в пробах воздуха зависело от высоты и времени суток. На высотах до одного километра общая биомасса микробиома была подвержена суточным колебаниям, однако на бóльших высотах биомасса не зависела от времени суток. Метагеномный анализ показал, что присутствующие в воздухе грибы относятся преимущественно к базидиомицетам и аскомицетам, причем в случае базидиомицетов их относительное обилие наиболее существенно снижалось с увеличением высоты, а в случае аскомицетов — увеличивалось почти на 16%. Относительное обилие бактерий, относящихся к актинобактериям, протеобактериям и фирмикутам, также повышалось с высотой на 2–8%.

В течение суток атмосфера, особенно на высотах до 500–1500 метров, подвержена практически постоянному перемешиванию из-за конвекционных потоков и ветра. Авторы исследования показали, что турбулентность атмосферы существенно влияет на микробиом воздуха на небольших высотах: из-за перемешивания воздушных масс пробы, взятые на вершине метеорологической башни и на уровне земли, практически не различались как по общему содержанию ДНК, так и по таксономическому профилю входящих в их состав микроорганизмов. С другой стороны, когда воздушные массы находились в стабильном состоянии, таксономические профили в этих двух точках значительно различались.

На больших высотах увеличивается численность микроорганизмов, устойчивых к излучению, таких как Kineococcus radiotolerans и Truepera radiovictrix. Авторы работы также отметили, что из-за связи турбулентности атмосферы и температуры глобальное изменение климата сильно повлияет на воздушный микробиом у поверхности земли.