Tausende Arten von Mikroorganismen kommen aus Asien über den Pazifik und landen in Nordamerika.
Eine überraschende Anzahl von Mikroorganismen - 99 Prozent mehr Arten als in den vor vier Monaten veröffentlichten Ergebnissen - springt auf die größte Lücke der Welt. Mit Anhängern in der oberen Troposphäre machen sie sich auf den Weg von Asien über den Pazifik und landen in Nordamerika.
Zum ersten Mal konnten Forscher genug Biomasse in Form von DNA sammeln, um molekulare Methoden auf Proben aus zwei großen Staubwolken aus Asien im Frühjahr 2011 anzuwenden. Die Wissenschaftler entdeckten mehr als 2.100 einzigartige Arten, verglichen mit nur 18 gefundenen in den gleichen Federn mit traditionellen Methoden der Kultivierung, veröffentlichten die Ergebnisse im Juli.
Unter dem Rasterelektronenmikroskop wurde eine rosinenförmige Bakterienspore auf einem Staubkorn entdeckt, das von Asien hoch in der Troposphäre bis zur Westküste reiste und von einem Observatorium in Zentraloregon entdeckt wurde. Bildnachweis: NASA Kennedy Space Center
„Der Ferntransport und der überraschende Artenreichtum in der oberen Atmosphäre stürzen die traditionellen Paradigmen in der Aerobiologie“, sagt David J.Smith, der kürzlich an der University of Washington in Biologie und Astrobiologie promovierte. Er ist Hauptautor eines Artikels in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Applied and Environmental Microbiology.
"Es ist eine kleine Welt. Die globale Windzirkulation kann die kleinsten Arten von Leben auf der Erde an nahezu jeden Ort bringen “, sagte Smith.
Schätzungen zufolge passieren jährlich etwa 7,1 Millionen Tonnen (64 Teragramme) Aerosole - Staub, Schadstoffe und andere atmosphärische Partikel, einschließlich Mikroorganismen - den Pazifik. Die Aerosole werden von Windstürmen in den Oberlauf der Troposphäre getragen. In der Troposphäre, der Luftschicht, die der Erde bis zu 18 km am nächsten liegt, ist fast unser gesamtes Wetter.
Der Co-Autor Daniel Jaffe, Professor an der UW Bothell, hat zuvor besonders große Aerosolwolken in der Troposphäre dokumentiert, die die Transpazifik-Reise in sieben bis zehn Tagen bewältigten. Die jüngsten Ergebnisse basieren auf zwei solchen Federn, eine im April und eine im Mai 2011, die am Mount Bachelor in den Cascade Mountains in Zentraloregon entdeckt wurden.
Staubwolken, eine im April und die andere im Mai 2011, stammten aus Asien und wanderten nach Westen - hoch in der Troposphäre - über den Pazifik zur Westküste, wo sie von einem Observatorium in Zentraloregon entdeckt wurden. Wissenschaftler verwendeten Modelle, um die Rückentrajektorien zu bestimmen. Bildnachweis: U of Washington
Die meisten Mikroorganismen - etwa die Hälfte davon waren Bakterien und die andere Hälfte Pilze - stammten aus Böden und waren entweder bei der Ankunft tot oder für den Menschen harmlos. Einige wenige Pilzarten waren zuvor mit Erntewelken assoziiert, aber Wissenschaftler konnten nicht feststellen, ob während eines der beiden Fahnenereignisse irgendwelche Ernten betroffen waren.
Die meisten Arten in den Federn kommen in niedrigen Hintergrundniveaus an der Westküste vor. Die Federn brachten jedoch erhöhte Konzentrationen solcher Organismen mit sich, was die Wissenschaftler zu der Ansicht veranlasste, dass es nützlich sein könnte, Mikroorganismen als Luftverschmutzung zu betrachten: Mikroorganismen, die in Hintergrundkonzentrationen unbemerkt bleiben, könnten in konzentrierten Dosen relevanter sein.
„Ich war sehr überrascht über die Konzentrationen. Man könnte erwarten, dass die Zellkonzentrationen mit der Höhe aufgrund von Fallout und Verdünnung abnehmen “, sagte Smith. "Aber während dieser Fahnenereignisse hat die Atmosphäre diese Zellen gepoolt, genau wie bei anderen Arten von Luftverschmutzung."
Interessanterweise, so Smith, sind zwei der drei häufigsten Bakterienfamilien in den Federn für ihre Fähigkeit bekannt, Sporen so zu bilden, dass sie unter rauen Bedingungen sicher überwintern können, was sie besonders gut für den Transport in großen Höhen geeignet macht.
"Ich denke, wir nähern uns der Bezeichnung der Atmosphäre als Ökosystem", sagte Smith. „Bis vor kurzem bezeichneten die meisten Menschen es als Förderband oder als einen vorübergehenden Ort, an dem sich das Leben bewegt. Aber die Entdeckung so vieler Zellen, die sich möglicherweise an lange Strecken in großen Höhen anpassen können, stellt die alte Klassifizierung in Frage. “
Zellen können auch mit ihrer Umgebung in großer Höhe interagieren und so zum Kern für Regentropfen und Schneeflocken werden und die Niederschlagsmenge beeinflussen. Andere Wissenschaftler schätzen, dass 30 Prozent des globalen Niederschlags auf Mikroben zurückzuführen sind.
Auf der anderen Seite müssen Wissenschaftler noch Hinweise auf den Metabolismus oder das Wachstum von Mikroorganismen in der Luft sehen, und es gibt nur eine begrenzte Zeit, in der sich ein Organismus dort aufhalten könnte.
Die Probenahme der oberen Troposphäre auf Mikroorganismen war in der Vergangenheit mit Flugzeugen und Luftballons nur sehr spärlich
"Weil es so schwierig ist, Proben zu erhalten, ist es wahrscheinlich die letzte biologische Umgebung auf dem Planeten, die erforscht wird", sagte er.
Der Mount Bachelor hat wie viele andere Berge in den Cascades einen Gipfel, der hoch genug ist, um die obere Troposphäre zu durchdringen. Im Gegensatz zu anderen Bergen in den Cascades ist der Gipfel des Mount Bachelor jedoch ein weitaus zugänglicherer Ort für eine Sternwarte, da dort ein Skigebiet vorhanden ist. Strom ist vorhanden und das Mitbringen von Ausrüstung und Personal zur Sternwarte ist kein großes Unterfangen. Sie fahren einfach mit dem Skilift.
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