Микроорганизмы как погодный фактор
3 августа 2012 г.
Бактерии вездесущи: они обильно представлены в любой экосистеме, будь то почва, водоем, атмосфера или организм человека. Но если, скажем, о влиянии взвешенной в воздухе мелкодисперсной пыли на формирование погоды экологи, метеорологи и климатологи говорят уже давно, то о роли микроорганизмов в этих процессах речь заходит крайне редко. Между тем, бактерии, судя по всему, влияют на образование облаков и выпадение осадков ничуть не меньше, чем минеральные микрочастицы. "Количественные оценки тут давать очень трудно, потому что это пока малоизученная область, - говорит Франк Штратман (Frank Stratmann), руководитель рабочей группы "Облака" Института по изучению тропосферы имени Лейбница в Лейпциге. - До сих пор никто всерьез не занимался вопросом, сколько микрочастиц биологического происхождения присутствует в атмосфере и насколько важную роль они играют".
Новая тема : бактерии в атмосфере
Но теперь этот вопрос, в числе прочих, активно обсуждают 500 специалистов, съехавшиеся на проходящую в Лейпциге 16-ю международную конференцию по проблемам облаков и осадков (ICCP-2012). Ее организовали уже упомянутый Институт по изучению тропосферы и Институт метеорологии при Лейпцигском университете. "Наиболее высокая концентрация микроорганизмов в атмосфере регистрируется, естественно, у поверхности земли, - продолжает Франк Штратман. - Однако бактерии были обнаружены и в облаках на высотах в несколько километров. И не просто обнаружены, а выделены из облачных капель и культивированы на питательной среде в лаборатории. То есть тут действительно речь идет о живых и здоровых микроорганизмах".
На конференции в Лейпциге более десятка докладов и сообщений так или иначе затрагивают тему бактерий в атмосфере. А то, что микроорганизмы оказывают значительное влияние на процесс образования облаков и осадков, сомнению уже, кажется, не подлежит. "Этот процесс, если иметь в виду, что в его основе лежит именно бактерия, начинается с того, что бактерия становится ядром конденсации, - говорит Франк Штратман. - Влага образует облачную каплю. А затем, по мере дальнейшего понижения температуры, наличие бактерии приводит к тому, что капля замерзает".
Бактерии служат ядрами конденсации и кристаллизации
Свои эксперименты Франк Штратман проводит в специально оборудованной камере моделирования облаков. Он работает с бактерией Pseudomonas aeruginosa - пожалуй, самым распространенным представителем рода псевдомонад. Эти микроорганизмы можно обнаружить буквально повсюду - и в почве, и в воде, и, главное, в атмосфере. Коллега Штратмана - метеоролог Штефани Аугустин (Stefanie Augustin) - поясняет: "Дело в том, что вообще вода в атмосфере может оставаться в жидком состоянии до очень низких температур, не замерзая. Это переохлажденное состояние, конечно, нестабильно, но чтобы начался процесс льдообразования, необходимы ядра кристаллизации. Похоже, бактерии весьма успешно выполняют эту функцию. В результате облачные капли замерзают не при минус 35-38 градусах, как это часто бывает, а уже при минус 5-8 градусах".
Этот эффект, наблюдаемый в природных условиях, особенно хорошо заметен в средних широтах: здесь льдообразование в облаках начинается при значительно более высоких температурах, чем следовало бы по законам физики. А опыты в Лейпцигской камере моделирования облаков недвусмысленно указывают на то, что виной тому - бактерии, говорит Штефани Аугустин: "Да, мы обнаружили, что именно бактерии запускают процесс льдообразования при относительно высоких температурах. Если ядром кристаллизации являются, скажем, частицы сажи или минеральной пыли, вода может оставаться жидкой еще и при минус 30 градусах, и даже ниже. А в случае бактерий льдообразование начинается уже при минус 5 градусах. И при минус 8-10 градусах заканчивается".
Теперь на очереди - споры и пыльца
Таким образом, бактерии могут оказаться более важным погодным фактором, нежели сажа из выхлопных газов дизельных моторов, о которой в последние годы было столько шума. И не только в процессе образования облаков, но и в процессе выпадения осадков. "У нас имеется немало облаков, не содержащих льда, - говорит Франк Штратман. - Но вот никаких осадков в наших широтах быть не может, если предварительно в облаке не произошло льдообразование". Просто потому, что без кристаллизации капля не наберет массу, достаточную для выпадения. Впрочем, исследователи обнаружили, что не все бактерии одинаково эффективно могут служить ядрами конденсации и кристаллизации. Больше всего для этой функции подходят те, оболочки которых располагают определенными белками. "Тут все дело в структуре поверхности мембраны, ее белков, - поясняет Франк Штратман. - Если она имеет сходство со структурой льда, это существенно облегчает процесс роста и замерзания капли".
Тот вид псевдомонад, с которым работает Франк Штратман и его коллеги, нашел уже даже коммерческое применение: его используют на горнолыжных трассах для получения искусственного снега. Благодаря бактериям этот процесс хорошо идет уже при температурах чуть ниже нуля.
Но в целом ученый прав: изучение атмосферных биочастиц как погодного фактора еще только начинается и потребует немало времени и усилий. Тем более, что одними лишь бактериями дело не ограничивается: не меньшего внимания потребуют и споры грибов, и пыльца растений.