Способы очищения воздуха от бактерий. Живые бактерии перемещаются по планете вместе с потоками воздуха Как микробы попадают в воздух

Микроскопические живые организмы, самые крохотные на планете, самые многочисленные жители Земли - бактерии. Это существа, по крайней мере, удивительные, вызывающие интерес науки с тех пор, как с изобретением многократного увеличения объектов (микроскопа) они были, наконец, замечены человечеством. До этого эволюция бактерий проходила у людей, можно сказать, «под самым носом», но на них никто не обращал должного внимания. И совершенно напрасно!

Древность происхождения

Они самые древние жители нашей планеты. Давнишняя среда обитания бактерий - Земля. Бактерии появились здесь первыми из живых организмов, по мнению некоторых ученых, около трех с половиной миллиардов лет назад (для сравнения: возраст Земли составляет примерно четыре миллиарда). То есть, грубо говоря, возраст бактерий сопоставим с возрастом окружающей нас природы. Кстати, известная история человечества насчитывает всего несколько десятков тысяч лет. Вот такие мы «молодые» по сравнению с этими микроорганизмами.

Самые мелкие и многочисленные

Бактерии также являются самыми мелкими из всех известных представителей живой природы. Дело в том, что клетки почти всех живых организмов имеют приблизительно одинаковые размеры. Но только не клетки бактерий. Средняя примерно в десять раз меньше по размерам, чем среднестатистическая клетка, например, человека. Из-за такой крошечности они являются еще и самыми многочисленными обитателями. Известно, что в комочке почвы, где обитают бактерии, может находиться столько же жителей, сколько, например, людей во всех странах Европы.

Выносливость

Природа, создавая бактерии, вложила в них огромный запас прочности, значительно превышающий выносливость других представителей фауны. Со времен «древности глубокой» на Земле происходило немало катаклизмов, и бактерии научились их стойко переносить. И поныне среда обитания бактерий настолько разнообразна, что вызывает глубокий интерес микробиологов. Микроорганизмы порой могут быть обнаружены в таких местах, где уж точно никто из других существ не сможет обитать.

Где могут жить бактерии

Например, в кипящих гейзерах, где температура воды может достигать почти ста градусов выше нуля. Или - в нефтяных подземных озерах, а также в непригодных для жизни кислотных озерах, где любая рыба или другое животное тотчас бы растворились, - вот где могут жить бактерии.

Ученые предполагают, что некоторые могут существовать даже в космосе! Кстати, на этих данных основывается одна из версий заселения земного шара живыми существами, теория происхождения жизни на планете.

Споры

Для того чтобы переносить подобные неблагоприятные условия, некоторые бактерии образуют споры. Можно сказать, что это особая, спящая, покоящаяся форма. Перед тем как образовать спору, бактерия начинает усыхать, удаляя из себя жидкость. Она уменьшается в размерах, оставаясь внутри своей оболочки, покрываясь дополнительно еще одной оболочкой - защитного характера. В таком виде микроорганизм может существовать очень и очень долго, таким образом как бы «пережидая» трудные времена. Затем, в зависимости от того, в какой среде живут бактерии - благоприятной или нет - они могут возобновлять свою жизнедеятельность в полном объеме. Эта уникальная способность выживать в неблагоприятных условиях внимательно изучается учеными-микробиологами.

Вездесущие

На вопрос «где живут бактерии?» можно ответить очень просто: «Практически везде!» А именно: вокруг нас и в нас, в атмосфере, в почве, в воде. И каждый человек ежедневно вступает в контакт с мириадами этих существ, сам не замечая этого. Среди них есть бактерии патогенные и условно-патогенные. Есть и совершенно безопасные для человеческого организма.

На земле

В почве, где живут бактерии, их содержится наибольшее количество. Здесь есть и питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности, и оптимальное количество воды, отсутствует прямое солнечное освещение. Большинство из подобных бактерий - сапрофиты. Они участвуют в процессах формирования плодородной части почвы (гумуса). Однако здесь присутствуют и болезнетворные микроорганизмы: возбудители столбняка, ботулизма, газовой гангрены и других болезней. Затем они могут попадать в воздух и воду, в дальнейшем заражая человека этими заболеваниями.

Так, возбудитель столбняка, довольно крупная палочка, попадает в организм из почвы при различных повреждениях кожи и размножается в анаэробных (без кислорода) условиях.

В воде

Еще где могут жить бактерии, так это в водной среде. Сюда они попадают, когда их смывает с почвы, а стоки попадают в водоемы. По этой причине, кстати, в артезианской воде намного меньше бактерий, чем в надпочвенной. А обыкновенная вода из озера или речки может стать средой, где обитают болезнетворные бактерии, местом распространения многих опасных заболеваний: брюшного тифа, холеры, дизентерии и некоторых других. Так, например, дизентерия вызывается бактериями из разновидностей шигелл и сопровождается тяжелой интоксикацией организма, поражениями ЖКТ.

В атмосфере

В воздухе, где могут жить бактерии, их не так много, как в почве. Атмосфера является промежуточным этапом в миграции микроорганизмов, поэтому не может служить - в силу отсутствия питательных веществ и недостаточной влажности - постоянным местом обитания для бактерий. В воздух бактерии попадают с пылью, микроскопическими капельками воды, но затем - оседают, в конце концов, на почву. Однако в густонаселенных местах - крупных мегаполисах, например, - количество содержащихся в воздухе микроорганизмов может быть велико, особенно в летнее время. А сам воздух может служить средой, где обитают всевозможные инфекции. Некоторые из них: дифтерия, коклюш. А также туберкулез, вызываемый

На человеке

На коже человека находится великое множество микроорганизмов. Но они неравномерно распределяются по всей плоскости. Есть у бактерий «излюбленные» места, а есть участки, напоминающие безлюдные пустыни. Причем, по данным ученых, большинство микроорганизмов, обитающих на коже людей, не являются вредоносными. Наоборот, они выполняют своего рода защитные функции для человека от микробов, считающихся опасными. Научно доказано, что чрезмерная стерильность и чистота - не так уж и хороши (конечно же, простых еще никто не отменял). Меньше всего бактерий находится у человека за Основное количество - на предплечьях (там их до 45 видов). Множество бактерий живет на слизистых оболочках, так называемых влажных зонах, где они себя чувствуют весьма комфортно. В сухих (ладони, ягодицы) - условия существования не совсем пригодны для микроорганизмов.

Внутри нас

По утверждению врачей-микробиологов, в проживает примерно три килограмма бактерий! А в количественном отношении - это огромная армия, с которой нельзя не считаться. Однако бактерии - умные соседи. Основная масса обитающих в теле человека (а также других млекопитающих) - полезны и осуществляют мирное соседство с «хозяевами». Одни - помогают пищеварению. Другие - выполняют охранные функции: в результате их действий болезнетворные микроорганизмы при попытке проникновения на подзащитную территорию тотчас же уничтожаются. 99% населения - бифидобактерии и бактероиды. А энтерококки, кишечная палочка (являющаяся условно патогенной), лактобактерии - примерно от 1 до 10%. Они при неблагоприятных условиях могут вызвать различные заболевания, но в организме здорового человека выполняют полезные функции. Еще там обитают различные грибы и стафилококки, также могущие быть патогенными. Но в основном в ЖКТ существует некий бактериологический баланс, словно задуманный природой, поддерживающий здоровье человека на должном уровне. А при достаточно высоком иммунитете не могут проникать внутрь и причинять вред.

Воздух как среда обитания для микроорганизмов менее благоприятен, чем почва и вода, так как в нем содержится очень мало или не содержится совсем питательных веществ для размножения микроорганизмов. Тем не менее, попадая в воздух, многие микроорганизмы могут сохраняться в нем более или менее долго. В воздухе микроорганизмы распределены неравномерно. В пыльном и грязном воздухе микроорганизмов больше, чем в чистом, так как они адсорбируются на поверхности твердых частиц. Воздух особенно загрязнен вблизи земной поверхности, а по мере удаления от нее он становится все более чистым. В воздухе центра города микроорганизмов больше, а на окраинах меньше. Летом микроорганизмов в воздухе содержится больше, зимой меньше.

Микроорганизмы обнаружены даже в облаках. На больших высотах встречают микроорганизмы, образующие пигменты, которые повышают их устойчивость к неблагоприятным условиям жизни, особенно к ультрафиолетовым лучам. Выше 84 км над уровнем моря микроорганизмы не обнаруживаются.

Численность и видовой состав микроорганизмов в воздухе . В естественных условиях в воздухе обнаруживаются сотни видов сапрофитных микроорганизмов, представленных кокками (в том числе сарцинами), спорообразующими бактериями и мицелиальными грибами, отличающимися большой устойчивостью к ультрафиолетовым лучам и к другим неблагоприятным воздействиям внешней среды. Воздух открытых пространств относительно чист, а воздух закрытых помещений загрязнен значительно больше. В воздухе закрытых помещений при плохом проветривании накапливаются микроорганизмы, выделяемые через дыхательные пути человека. Патогенные микроорганизмы попадают в воздух из мокроты и слюны при кашле, разговоре, чихании. Даже здоровый человек при чихании и кашле выделяет в воздух 10…20 тысяч КОЕ, а больной человек – во много раз больше.

Количество микроорганизмов в воздухе варьирует в больших диапазонах: от единичных бактерий до десятков тысяч КОЕ/1м 3 . Так воздух Арктики содержит 2…3 КОЕ в 20 м 3 , а в городах с промышленными предприятиями в воздухе обнаруживается огромное количество бактерий. В лесу, особенно хвойном, микроорганизмов в воздухе очень мало, на них губительно действуют фитонциды леса. Над Москвой на высоте 500 м в 1м 3 воздуха обнаружено от 1100 до 2700 КОЕ микроорганизмов, а на высоте 2000м – 500-700 КОЕ. Спорообразующие бактерии и мицелиальные грибы были найдены на высоте 20 км, другие группы микроорганизмов – на высоте 61…77 км.

Человек в среднем вдыхает за сутки 12000…14000 дм 3 воздуха. При этом в дыхательных путях задерживаются 99,8% микроорганизмов, содержащихся в воздухе.

Загрязнение воздуха патогенными микроорганизмами . При чихании, кашле и разговоре в воздух выбрасывается множество капелек жидкости, внутри которых содержатся микроорганизмы. Эти капельки могут часами удерживаться в воздухе во взвешенном состоянии, т.е. образуют стойкие аэрозоли. За счет влаги микроорганизмы в капельках живут дольше. Таким воздушно-капельным путем происходит заражение многими острыми респираторными заболеваниями (грипп, корь, дифтерия, легочная чума и др.). Подобный путь распространения возбудителей – одна из основных причин развития не только эпидемий, но и крупных пандемий гриппа, а в прошлом и легочной чумы.

Помимо воздушно-капельного пути патогенные микроорганизмы могут распространяться через воздух «пылевым» путем. Объясняется это тем, что находящиеся в выделениях больных (каплях мокроты, слизи и т.п.) микроорганизмы окружены белковым субстратом, поэтому они более устойчивы к высыханию и другим факторам. Когда такие капли высыхают, они превращаются в своеобразную микробную пыль, содержащую многие патогенные микроорганизмы.

Частицы микробной пыли имеют диаметр от 1 до 100 мкм. У частиц диаметром более 100 мкм сила тяжести превышает сопротивление воздуха, и они быстро оседают. Скорость переноса пыли зависит от интенсивности воздушных перемещений. Микробная пыль играет особенно важную роль в эпидемиологии туберкулеза, дифтерии, туляремии и других заболеваний.

Для снижения микробной обсемененности воздуха в производственных помещениях применяют физические способы его очистки и обеззараживания. С помощью системы приточно-вытяжной вентиляции загрязненный воздух удаляется из помещений, а на его место поступает более чистый атмосферный воздух. Фильтрация поступающего воздуха через специальные воздушные фильтры значительно повышает эффективность вентиляции.

Наибольшее распространение получил метод фильтрации воздуха через волокнистые пористые или зернистые материалы. Несмотря на то, что волокнистые фильтры имеют диаметр не менее 5 мкм и слабое уплотнение (промежутки не менее 50 мкм), они легко задерживают большинство микроорганизмов со средним размером около 1 мкм.

Фильтры, пропитанные специальной пылесвязывающей жидкостью, задерживают до 90-95% микроорганизмов и частиц пыли, находящихся в воздухе. После очистки воздух подвергают обеззараживанию. Применяя воздушные фильтры тонкой очистки (ФТО) можно добиться эффективности очистки до 99,999%. Требуемая степень очистки воздуха в помещении определяется условиями и характером выпускаемого продукта. Современное оборудование для биологической очистки воздуха обеспечивает организацию общих и специальных зон. Линия биологической очистки воздуха, как правило, включает несколько работающих последовательно технологических элементов: масляный фильтр, фильтр грубой очистки, головной и индивидуальные фильтры тонкой очистки. Набор отдельных элементов в системе определяется конкретной задачей производства.

Обеззараженный воздух можно получить, используя УФ-облучение. С этой целью помещение оборудуется стационарными или переносными бактерицидными лампами из расчета 2,0-2,5 Вт/м 3 объема помещения. Работа ламп в течение 6 час позволяет уменьшить количество микроорганизмов в воздухе на 80-90%. Однако следует иметь в виду, что работа обычных ламп должна проводиться в отсутствии людей, так как их излучение оказывает неблагоприятное воздействие на кожу, слизистые оболочки организма и глаза. Обеззараживание воздуха в присутствии людей можно проводить, только используя ультрафиолетовые бактерицидные облучатели-рециркуляторы, которые рассчитаны на периодическую и непрерывную работу.

Обычно в воздухе производственных помещений пищевых предприятий должно содержаться не более 500 КОЕ/м 3 . Для некоторых производств допустимые показатели содержания микроорганизмов в воздухе более жесткие, их значения приводятся в нормативной документации.

Санитарная оценка воздуха. Для определения микроорганизмов воздуха используют следующие методы:

седиментационный (метод Коха), фильтрационный (воздух пропускают через стерильную воду);

методы, основанные на принципе ударного действия воздушной струи с использованием специальных приборов. Последние методы надежнее, так как они позволяют точно определить количественное загрязнение воздуха микроорганизмами и изучить их видовой состав.

На предприятиях пищевой промышленности, в производственных цехах и в местах хранения продуктов необходимо соблюдать определенную влажность, температуру и микробиологическую чистоту воздуха.

Санитарную оценку воздуха закрытых помещений осуществляют по следующим показателям: КМАФАнМ (количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов); содержание плесневых (мицелиальных) грибов и дрожжей; количество санитарно-показательных стрептококков в 1м 3 воздуха.

По числу клеток (КОЕ) в 1 м 3 воздуха судят о степени обсеменения стрептококком носоглоточных микроорганизмов человека и, следовательно, о возможном присутствии в воздухе патогенных микроорганизмов.

На 111-м собрании Американского общества микробиологии (ASM) в Новом Орлеане на этой неделе Alexander Michaud из Государственного университета штата Монтана в Bozeman представил последние результаты своей команды в новой развивающейся области «биоосаждение», в которой ученые исследуют степень влияния бактерий и других микроорганизмов на погодные явления.

В своем выступлении во вторник Michaud говорил о том, как он и его группа обнаружили высокую концентрацию бактерий в центре градин. Центр градины является первой частью открытия, «зародышем»:

Michaud сказал, что молекулам воды необходимо «ядро», вокруг которого они будут скапливаться и это приведет к осадкам в виде дождя, снега и града.

«Существует все больше доказательств того, что этими ядрами могут быть бактерии или другие биологические частицы », добавил Michaud.

Он и его команда рассмотрели градины более, чем 5 см в диаметре, которые упали в кампусе университета во время града в июне 2010 года.

Они проанализировали талые воды из четырех слоев в каждой градине и обнаружили, что внутреннее ядро, содержит наибольшее количество живых бактерий, о чем свидетельствует их возможность расти.

Термин «биоосаждение» был впервые введен в начале 1980-х David Sands, профессором и фитопатологом в Университете штата Монтана. В настоящее время это развивающаяся область, где ученые исследуют, как формируются ледяные облака, и как бактерии и другие микроорганизмы способствуют этому, образуя ядра, частицы, вокруг которых могут формироваться кристаллы льда.

Как только температура в облаках становится больше, чем -40 градусов Цельсия, лед спонтанно не образуется:

«Аэрозоли в облаках играют ключевую роль в процессах, ведущих к образованию осадков ».

Christner пояснил, что в то время, как различные типы частиц могут служить ядрами для образования льда, наиболее активным и естественным из них является биологический, способный катализировать образование льда на уровне около -2 градусов по Цельсию.

Наиболее хорошо изученным является Pseudomonas syringae, которые можно увидеть в качестве пятен на томатах после заморозков.

«В штаммах P. syringae есть ген, кодирующий белок в их внешней мембране, который связывает молекулы воды в упорядоченное расположение, обеспечивая эффективный шаблон, который усиливает образование кристаллов льда », пояснил Christner.

С помощью компьютерной модели для имитации условий в аэрозольных облаках, исследователи выяснили, что высокая концентрация биологических ядер может влиять на многие события в атмосфере Земли, такие как размер и концентрация ледяных кристаллов в облаках, облачность, количество дождя, снега, града, который падает на землю, и даже помогает изоляции от солнечного излучения.

Учитывая объем ядер в атмосфере и температуру, при которой они функционируют, Christner сделал вывод, что «биологические ядра могут играть роль в гидрологическом цикле Земли и радиационном балансе».

Почему вы решили заняться изучением жизни в атмосфере?

Это последняя неизученная экосистема на планете. В XXI веке осталось совсем мало неизученных сред. Кроме того, в мире было лишь несколько ученых, которые занимались этим вопросом, так что там есть еще огромное поле для работы.

Как вы начали изучать жизнь в верхних слоях атмосферы?

В 2008 году мы использовали для этого самый высотный самолет NASA, он летает так высоко, что пилот вынужден облачаться в космический скафандр. Раньше это был разведывательный самолет U-2. Вы, наверное, знаете, что когда наши страны не «очень» дружили, эти самолеты летали над СССР и Кубой, снимая ракетные установки. Они летали так высоко, что никто не мог обнаружить их при помощи радара.

Не то чтобы совсем никто не мог... Как эти самолеты оказались у вас?

После холодной войны самолеты остались у военных, и они не знали, что с ними делать. Теперь самолеты получили название ER-2, они используются для науки, и это здорово! Ловушка для пыли закреплена на конце крыла, поэтому она не подвергается воздействию со стороны фюзеляжа и ловит пыль непосредственно из набегающего потока воздуха. В 2008 году на этом самолете мы собирали образцы пыли на высоте 20 километров над Тихим океаном. Затем выращивали микроорганизмы, собранные вместе с пылью.

Почему именно над Тихим океаном?

Мы хотели избежать влияния земной поверхности и не загрязнять образцы местной пылью. Над Тихим океаном ее летает не так много, как над континентом. И кроме того, было интересно изучить воздух, который приходит к нам через океан из Азии. Весной там преобладают ветры, которые дуют из Азии в Северную Америку. Пролетая сквозь этот поток, мы узнали, откуда конкретно к нам приходит воздух. Давно известно, что гарь от лесных пожаров, в том числе российских, и выбросы от сжигания угля в Китае пересекают Тихий океан. Но никто раньше не пытался изучить микроорганизмы, путешествующие с этими загрязнителями. Мы впервые доказали наличие живых клеток в стратосфере, выяснили, что они перелетают океан в экстремальных условиях, и это значительное достижение. Если они существуют на высоте 20 километров, почему бы им не быть выше?

Когда люди стали задумываться о присутствии микробов в воздухе?

О них знали задолго до того, как стало понятно, что эти существа, собственно, из себя представляют. Тысячи лет люди знали о летающих в воздухе дрожжах, которые мы используем при приготовлении хлеба и алкоголя. Однако настоящим вызовом стали попытки сбора образцов атмосферы, ведь концентрации в ней микробов ничтожны. Чарлз Дарвин собирал пыль с парусов корабля «Бигль» в тридцатых годах девятнадцатого века. Спустя 150 лет в тех образцах обнаружили микроорганизмы.

В 1862 году Луи Пастер открыл одноклеточных микробов, живущих в воздухе, которые быстро умирают от высокой температуры. Его нехитрые эксперименты с бульоном показали, что любая питательная среда, оставленная на открытом воздухе, постепенно заселяется колониями клеток. Это самый простой способ узнать, какие организмы обитают в воздухе, — попытаться поймать и вырастить их. Мы используем крахмальный агар или простые сахара, и если клетке эта среда нравится, она начинает питаться, расти, делиться, и вскоре мы видим миллионы и миллиарды однотипных микроорганизмов. И для этого нам необходима всего одна жизнеспособная клетка. Метод применяется до сих пор, но мы понимаем, что он выявляет лишь порядка одного процента микробов. Если в питательной среде оказались мертвые организмы, вырастить их таким образом уже не удастся. Поэтому метод позволяет увидеть лишь вершину айсберга.

Какие эксперименты по поиску жизни в атмосфере проводились в XX веке?

Большинство экспериментов в начале XX века было сделано при помощи самолетов. Еще пионер авиации Чарлз Линдберг, перелетая океан, собирал образцы пыли. В них он искал жизнеспособных микробов. В конце семидесятых годов советские ученые под руководством Александра Имшенецкого провели ракетные эксперименты на больших высотах. Ракета в опытах Имшенецкого поднималась до мезосферы на 77 километров и в ходе спуска собирала образцы воздуха. По мере падения ракеты удалось собрать образцы грибов (например, Circinella muscae, Aspergillus niger, Papulaspora anomala). 77 километров по сей день остается самой большой высотой, с которой на Землю вернулись жизнеспособные организмы. Чуть позднее, в восьмидесятые годы, группа британцев запускала высотные аэростаты. Преимущество их перед ракетами заключалось в способности зависать и собирать пробы в течение долгого времени. На высотах от 20 и до 50 километров также были найдены жизнеспособные организмы.

Насколько можно доверять тем результатам?

За последние 10 лет в микробиологии свершилась настоящая революция. Сегодня у нас есть изощренные техники описания микробов и, что еще важнее, мы можем более тщательно следить за тем, чтобы не собирать микроорганизмы случайно с инструментов или нашего тела. Теперь мы знаем, как много микробов живет внутри и на поверхности нашего тела, и это совсем недавнее открытие. Не думаю, что ученые, которые начинали изучать верхние слои атмосферы, уделяли необходимое внимание возможности загрязнения. Они не только были не в состоянии обнаруживать многие виды, но и, скорее всего, сами загрязняли свои образцы. По этому прежние результаты вызывают у меня сомнения: ученые не объяснили, как сохраняли чистоту инструментов, как защищали их от сбора клеток по пути вверх и вниз.

Чем же отличается ваш опыт с самолетом?

Мы могли осуществлять строгий контроль сбора. И самое главное — пылесборники не открывались, пока самолет не набирал высоту 20 километров. По сравнению с прошлыми экспериментами, когда мы не могли быть уверены, откуда взяты образцы, это улучшенный подход. Подобно Луи Пастеру, выделить мы могли только живые организмы, помещая их в питательную среду. Мы выделили несколько микроорганизмов, которые встречаются и на поверхностях предметов, и в почве. Вероятно, мы собрали и сотни других видов микроорганизмов, но, скорее всего, все они были мертвы, кроме бацилл — ведь они образуют споры и выживают в экстремальных условиях.

Какой практический смысл в знании, кто живет в верхних и нижних слоях атмосферы?

Для формирования облаков, снежинок и капель дождя нужны ядра. Как выяснилось, такими ядрами могут служить микроорганизмы, например бактерии, размером 1-3 микрона. Поэтому важно знать, где и как перемещаются микробы, участвующие в формировании осадков. Ученые из Монтаны исследовали градинки и выяснили, что порядка 30 процентов из них образованы вокруг микроорганизмов.

А остальные 70 процентов?

Остальные — всевозможные твердые частицы: пылинки, пепел, различные выбросы, связанные с деятельностью человека. Думаю, атмосфера играет важную роль в эволюции и экологии микроорганизмов. Высокий уровень ультрафиолетового излучения может вызывать мутации и даже образование новых видов!

Микроорганизмы могут передвигаться сами по себе?

Конечно! К примеру, так перемещаются споры грибов. Их репродуктивная стратегия — использование ветра для распыления спор без участия пыли.

В каких условиях пребывают микроорганизмы в верхних слоях атмосферы?

Живым организмам необходима вода. Верхние слои атмосферы, безусловно, чрезвычайно сухое место. Кроме того, там особенно велико ионизирующее излучение. Большая часть озонового слоя находится между 18 и 40 километрами и предохраняет все живое на Земле от ультрафиолетового излучения. Еще один экстремальный фактор — это низкие температуры. На 20 километрах, у нижней границы стратосферы, где летел наш самолет, температура опускалась до -100 °С. И последний фактор — очень низкое давление. Большинство земных организмов испытывают давление в одну атмосферу. Известно, что живые клетки, помещенные в камеру, из которой откачали воздух, прекращают расти.

Какие внутренние механизмы помогают микробам выживать в этих условиях?

Многие микробы, оказавшись в таких условиях, образуют споры, теряя воду и объем. Клетка становится крепостью, в которой клеточная мембрана предохраняет такие важные части, как ДНК.

Почему жизнью в атмосфере заинтересовались в NASA?

Это расширяет наши представления о том, где в Солнечной системе и Вселенной может существовать жизнь. Интересно наблюдать, как жизнь противостоит суровым условиям, поскольку, взглянув на Солнечную систему, мы видим, что условия на большинстве планет довольно жесткие. Поэтому если мы можем найти формы жизни, обитающие в экстремальных режимах на Земле, мы можем говорить о том, какие виды могут, в принципе, обитать на других планетах. И отправившись к другим мирам, например на Марс, мы будем знать, какие формы жизни нам стоит там искать и каким способом.

Как вы охотитесь за микробами сейчас?

Недостаток ракет и самолетов — ограниченное время для эксперимента. Собирать пробы постоянно мы можем только в горной обсерватории. Эта обсерватория Bachelor находится на высоте 2700 метров выше уровня моря на вершине потухшего вулкана в горах штата Орегон. Мощные насосы позволяют собирать пробы воздуха непрерывно. Мы выбрали эту обсерваторию для поиска микроорганизмов, так как на такой высоте приборы не подвержены загрязнению с поверхности Земли.

Вы освоили и новый метод сбора?

Теперь, собирая огромные объемы воздуха, мы стали получать достаточно клеток, чтобы использовать более тонкие методы. Один из них — ПЦР (метод полимеразной цепной реакции) — состоит в получении большого количества клеток, из которых выделяются молекулы ДНК, а ДНК копируется в лаборатории. Кроме того, мы используем и другие методы, например так называемые ДНК-микрочипы, и изучаем последовательности этих ДНК. Прелесть метода в том, что мы можем получить ДНК мертвых организмов. Именно так мы впервые смогли обнаружить более 2000 видов микроорганизмов в образцах!

Среди них были неизвестные?

Нет, все это уже известные науке виды. ДНКмикрочипы сделаны на основе уже известных последовательностей, поэтому наш метод не позволяет обнаружить неизвестные виды. Из 60 000 видов, на основе которых выполнены микрочипы, мы смогли обнаружить более 2000. Это говорит о том, как много мы пропускали ранее.

А ранее в атмосфере находили неизвестные виды?

Индийские ученые запускали аэростат на высоту 50 километров. Они считали, что обнаружили новый вид микробов, залетевших из космоса. Но это бессмыслица, нелепость. Ведь эти виды используют те же молекулы, что и земные организмы. Самое простое объяснение состоит в том, что эти популяции существуют в наземных или водных экосистемах, но пока не обнаружены. В наших работах и работах Имшенецкого (1978) и Лысенко (1980) всегда прослеживалась строгая генетическая связь между организмами, собранными в воздухе, и теми, что живут на поверхности земли и воды.

Есть ли среди найденных микробов болезнетворные или вызывающие аллергию?

Большинство из них не являются патогенными, они безвредны. А некоторые даже весьма полезны. Я не думаю, что стоит беспокоиться о возможности перемещения патогенных микробов в атмосфере, так как большинство их погибает. Однако мы собрали некоторые грибки, которые ассоциированы с заболеваниями сельскохозяйственных культур. Перенос болезней по воздуху вполне реален. Науке известны случаи, когда вирусы разносились на большие расстояния, например через пролив Ла-Манш. Вирусы по численности превосходят бактерии, они более подвержены ионизирующему излучению, но могут находиться внутри бактерий и переноситься ими. В дальнейшем будет очень интересно искать их в наших образцах воздуха.

Как микробы попадают в атмосферу?

Поскольку большинство клеток прикрепляется к пылинкам, то главный фактор — пылевые бури. Это может происходить во время ураганов, гроз, муссонов. Еще один интересный факт, который мы выявили, — обилие морских микроорганизмов, которые попадают в атмосферу при всплеске волн.

Как вы определяете родину микробов?

Основные источники — пустыни (например, Гоби, Такла-Макан), океаны, а также лесные пожары. Еще один источник, который мы обнаружили — городские станции очистки сточных вод. Происхождение частиц мы определяем, используя методы геохимии. К примеру, уголь, сжигаемый в Азии, привносит характерные следы в частички гари. Такие пылинки имеют конечное время существования в атмосфере, и, измеряя их концентрацию в Северной Америке, мы можем узнать, как давно они были выброшены. Из Китая, например, пепел доходит до США за неделю. Некоторые виды пыли заносятся исключительно из пустынь или с вулканов, из лесных экосистем или городов.

Кстати, в нашем исследовании мы обнаружили бактерии, которые встречаются только у берегов Японии. Они живут в районах выхода гидротермальных вод на дне океана. Оказавшись на поверхности, эти бактерии уносятся ветрами и достигают Северной Америки. Изучая ДНК микробов, биологи выстраивают последовательность всех нуклеотидов и, сравнивая их с базой данных, узнают тип среды и даже место на планете, где они обитают. Если разные методы приводят нас к одним и тем же выводам, это здорово!

А к вам прилетают постоянные «гости» из России?

Да. К примеру, Amphibacillus tropicus ранее находили только в России. Вообще, мы ловим довольно много пепла от сибирских лесных пожаров. И с ним прилетает много ваших микробов.

Как далеко и долго могут путешествовать микробы?

Они перемещаются на огромные расстояния, примером самых дальних перелетов может служить перенос через Тихий океан. Клетки в нижних слоях атмосферы быстро возвращаются на землю благодаря осадкам и под действием силы тяжести. Но если микроорганизмы заносятся ветром в верхние слои, вернуться уже сложно, и они могут неделями, месяцами и даже годами летать вокруг света. Я думаю, мы близки к тому, чтобы назвать атмосферу экосистемой.

Каким будет следующий этап в этих исследованиях?

Мы не можем судить о жизни в атмосфере, имея только одну обсерваторию в США. Для нас очень важно, чтобы ученые по всему миру начали заниматься сборами воздуха, и мы могли бы сравнивать наши результаты. На основе наших методик можно разработать единый стандарт — одинаковые насосы и фильтры для сбора клеток. Ставшие универсальными ПЦР и ДНК-микрочипы уже считаются стандартными инструментами. Нужны такие же станции в Европе, России, Азии, Южной Америке, Австралии. Нам нужна всемирная сеть.