Gezien de heersende wind, dacht David J. Smith dat de luchtmonsters verzameld boven op een slapende vulkaan in Oregon vol zouden zijn met DNA-handtekeningen van dode micro-organismen uit Azië en de Stille Oceaan. Hij verwachtte niet dat iets de reis door de barre bovenatmosfeer naar het onderzoeksstation van de Mount Bachelor Observatory, op een hoogte van 9000 voet, zou overleven.
gerelateerde inhoud
- 11 redenen om van bacteriën, schimmels en sporen te houden
- Wetenschappers vinden het leven in Blood Red Falls in Antarctica
"Ik dacht dat we eigenlijk alleen maar dode biomassa zouden verzamelen", zegt Smith, een onderzoekswetenschapper bij het Ames Research Center van NASA.
Maar toen zijn team in het voorjaar van 2011 naar het lab kwam met de monsters, genomen uit twee grote stofpluimen, ontdekten ze een bloeiende groep lifters. Meer dan 27 procent van de bacteriemonsters en meer dan 47 procent van de schimmelmonsters leefden nog.
Uiteindelijk ontdekte het team ongeveer 2.100 soorten microben, waaronder een type Archea dat eerder eerder geïsoleerd was voor de kust van Japan. "In mijn gedachten was dat het rokende pistool", zegt Smith. Azië, zoals hij graag zegt, had Noord-Amerika niest.
Er zijn microben gevonden in de lucht sinds Darwin in de jaren 3030 winderig stof verzamelde aan boord van de HMS Beagle 1000 mijl ten westen van Afrika. Maar technologieën voor DNA-analyse, verzameling op grote hoogte en atmosferische modellering geven wetenschappers een nieuwe kijk op het drukke leven hoog boven de aarde. Recent onderzoek suggereert bijvoorbeeld dat microben verborgen spelers zijn in de atmosfeer, wolken maken, regen veroorzaken, ziekten verspreiden tussen continenten en misschien zelfs klimaten veranderen.
"Ik beschouw de atmosfeer als een snelweg, in de meest letterlijke zin van het woord, " zegt Smith. "Het maakt de uitwisseling van micro-organismen tussen ecosystemen duizenden kilometers van elkaar mogelijk, en voor mij is dat een diepgaander ecologisch gevolg waar we ons hoofd nog steeds niet volledig omheen hebben gewikkeld."
Microben in de lucht hebben mogelijk enorme gevolgen voor onze planeet. Sommige wetenschappers schrijven een mond- en klauwzeeruitbraak in Groot-Brittannië in 2001 toe aan een gigantische storm in Noord-Afrika die slechts een week voor de eerste gemelde gevallen stof en mogelijk sporen van de dierziekte duizenden kilometers naar het noorden droeg.
Blauwtongvirus, dat huisdieren en wilde dieren infecteert, was ooit alleen in Afrika aanwezig. Maar het wordt nu gevonden in Groot-Brittannië, waarschijnlijk het gevolg van de heersende wind.
Wetenschappers die de achteruitgang van koraalriffen in bijna ongerepte delen van het Caribisch gebied onderzoeken, wijzen op stof en bijbehorende microben, aangewakkerd tijdens Afrikaanse stofstormen en naar het westen gedragen als de dader. Een bijzondere schimmel die zee-fans doodt, arriveerde voor het eerst in 1983, zeggen onderzoekers, toen een droogte in de Sahara stofwolken creëerde die over de Atlantische Oceaan zweefden.
In West-Texas verzamelden onderzoekers van de Texas Tech University luchtmonsters tegen de wind in en tegen de wind in van tien veevoer. Antibioticaresistente microben kwamen 4.000 procent vaker voor in de monsters tegen de wind in. Philip Smith, een universitair hoofddocent aardse ecotoxicologie, en Greg Mayer, een universitair hoofddocent moleculaire toxicologie, zeiden dat het werk een basis legt voor verder onderzoek.
Ze hebben een onderzoek naar levensvatbaarheid voltooid dat begin 2016 moet worden vrijgegeven en willen kijken naar de vragen in hoeverre de deeltjes reizen en of resistentie kan worden overgedragen op inheemse bacteriën. Antibiotica, merkt Mayer op, bestonden al in de natuur lang voordat mensen ze leenden. Maar wat gebeurt er als ze zich op plaatsen concentreren of zich op de wind verspreiden?
Wat duidelijk is, is dat er veel meer levensvatbare microben zijn op veel meer onherbergzame plaatsen dan wetenschappers hadden verwacht.
Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology, ondersteund door een NASA-onderzoekssubsidie, onderzochten luchtmonsters verzameld door een vliegtuig dat tijdens orkanen mijlen boven de aarde vloog. Ze ontdekten dat levende cellen goed waren voor ongeveer 20 procent van de door storm bestormde microben.
"We hadden niet verwacht zoveel intacte en levende bacteriecellen op 10.000 meter te vinden", zegt Kostas Konstantinidis, een microbioloog aan het Georgia Institute of Technology.
Konstantinidis en zijn team zijn vooral geïnteresseerd in hoe microben bijdragen aan wolkvorming en neerslag. Kernen in bacteriën in de lucht veroorzaken condensatie. Sommige wetenschappers geloven nu dat microben een belangrijke rol kunnen spelen in de meteorologie. "Ze hebben een groot potentieel voor het beïnvloeden van wolkenvorming en het klimaat, " voegt Konstantinidis toe.
Ondertussen is Smith geïntrigeerd door hoe microben overleven of zich misschien herstellen na dagenlange reizen in de harde straling van de bovenste atmosfeer. Een NASA-project, EMIST (blootstellen van micro-organismen in de stratosfeer), onder leiding van Smith, heeft tweemaal sporevormende bacteriën op een ballon naar 125.000 voet boven de woestijn van New Mexico gebracht om hun overleving te onderzoeken.
Voor NASA houdt het werk verband met planetaire bescherming. Als een met aardbacteriën besmet ruimtevaartuig Mars bereikt - met vergelijkbare omstandigheden als de stratosfeer van de aarde - en de bacteriën overleven, kan dit onze zoektocht naar bewijs van het leven op Mars bemoeilijken of zelfs de inheemse microben doden, als ze bestaan.
Maar het heeft ook veel bredere mogelijkheden. Net als eerdere onderzoekers die het regenwoud verkenden op zoek naar wondermedicijnen, kunnen onderzoekers op een dag remedies vinden in de minuscule bewoners van de atmosfeer. Misschien kunnen atmosferische bacteriën ons de ultieme zonnebrandcrème en bescherming tegen straling bieden.
"Het is buitengewoon dat een organisme dat zo'n barre omgeving kan overleven in veel gevallen een enkele cel is", zegt Smith. "Hoe doen ze wat ze doen?"
Een wetenschappelijke ballon houdt NASA's Exposing Micro-organismen In The Stratosphere (E-MIST) -experiment kort voor lancering op 24 augustus 2014. Het experiment stelde de aarde-bacteriën bloot aan de bovenste atmosfeer om te weten of ze de zware omstandigheden konden overleven. (NASA)
