Logo bio-infomedia.ro

Incendiile de vegetație aruncă microbi în atmosferă

  • 24 aprilie 2021
  • Ecologie
Incendiu de vegetație
Studiind cu atenție fumul provenit de la incendiile de vegetație, cum este cel din 2019 din Fishlake National Forest, Utah, S.U.A. (în imagine), cercetătorii și-au format o nouă imagine asupra modului în care incendiile duc la răspândirea microbilor. | Foto: L. KOBZIAR
  • Microorganismele vii și viabile pot fi transportate de fumul provenit de la incendiile de vegetație cel puțin la suprafața scoarței terestre, dacă nu mult mai sus înspre stratosferă.
  • Multe dintre aceste microorganisme sunt inofensive, însă unele pot produce anumite afecțiuni om, cum sunt febra de vale sau alergiile, dar și la culturile agricole sau alte plante.

Pe măsură ce schimbările climatice aduc tot mai multe incendii în partea de vest a Statelor Unite, o infectare rară cu fungi a înregistrat și ea o creștere semnificativă. Cazurile de febră de vale (coccidioidomicoza pulmonară) au crescut de șase ori în Arizona și California, în intervalul, 1998-2008, conform Centrului pentru Prevenirea și Controlul Bolilor (CDC) din Statele Unite.

Febra de vale produce tuse, febră și dureri în piept, putând fi fatală. Ciupercile microscopice care produc această boală, membre ale genului Coccidioides, trăiesc în solurile din California. Pompierii sunt în special vulnerabili la această boală. Incendiile de vegetație par a stârni și trimite în atmosferă aceste ciuperci, de unde ele pătrund ușor în plămânii oamenilor.

Dacă incendiile ajută aceste ciuperci să se răspândească, ar putea ele să ridice în aer și alte microorganisme? În anul 2015, Leda Kobziar, ecolog la Universitatea din Idaho, a decis să studieze modul în care microorganismele, precum bacteriile și ciupercile, sunt transportate cu ajutorul fumului provenit de la incendiile de vegetație - și ce ar putea însemna acest lucru pentru sănătatea oamenilor și a ecosistemelor.

Până în 2018, Kobziar lansase un nou domeniu de cercetare, denumit "piroaerobiologie". Mai întâi, cercetătoarea și-a pus întrebarea dacă microorganismele pot supraviețui în căldura mistuitoare a incendiilor de vegetație. Răspunsul găsit a fost că da, ele pot supraviețui. Însă cât de departe pot călători bacteriile și ciupercile cu ajutorul vântului și în ce număr au rămas două întrebări fără răspuns.

Într-o încercare de a obține noi colaborări și a demara noi investigații, Kobziar speră ca oamenii de știință să înceapă să înțeleagă cât de important pentru microbi este transportul cu prin intermediul fumului.

Prelevare mostre de fum
Stânga: În cadrul studiului lui Kobziar din 2015, studenții săi au ținut vase Petri în vârful unor prăjini lungi, pentru a colecta eșantioane din fumul provenit de la un incendiu de pădure experimental desfășurat la Universitatea din Florida. Dreapta: Astăzi, Kobziar și colegii săi folosesc drone pentru a colecta eșantioane de fum din pădurea experimentală de la Universitatea din Florida. | Foto: L. KOBZIAR

Invizibile, dar omniprezente

Aerul din jur ar putea părea curat, însă chiar și în cel mai curat aer există sute de diferite bacterii și ciuperci care zburdă în jurul tău, spune Noah Fierer, microbiolog la Universitatea din Colorado, Boulder.

Vânturile suflă bacteriile și ciupercile microscopice (fungii) de pe tot felul de suprafețe - terenuri agricole, deșerturi, lacuri, oceane. Acești microbi se pot ridica în atmosferă pentru a călători prin lume. De exemplu, oamenii de știință au găsit microorganisme din Sahara tocmai în Caraibe.

Multe (dacă nu majoritatea) dintre microorganismele din aer, inclusiv bacteriile, fungii și virusurile, probabil că nu produc boli, notează Fierer. Însă, unele dintre ele pot îmbolnăvi oamenii și pot produce reacții alergice. Altele pot produce boli la culturile agricole și la alte plante.

Miliardele de tone de praf spulberate în fiecare an din deșerturi și terenurile agricole funcționează ca o bandă rulantă pentru microbi. În locuri precum Arizona, oamenii știu cum să se ferească de bolile transmisibile prin aer după furtunile de nisip, așa cum este febra de vale, din moment ce infecțiile cresc în direcția vântului după aceea. Dacă praful poate răspândi microorganismele vii pe tot globul, este logic ca particulele din fum să poată răspândi și ele microbii, spune Kobziar - presupunând că formele de viață microscopice pot supraviețui în incendiu și se pot ridica în atmosferă.

Călătorii minusculi

Creșterea temperaturilor și înrăutățirea perioadelor de secetă au dus la sezoane cu incendii de vegetație mai lungi și mai intense în Vest. Inhalarea fumului provenit de la incendii îmbolnăvește oamenii, putând chiar duce la moarte prematură din cauza afecțiunilor inimii sau plămânilor. În Statele Unite, fumul de la incendiile de vegetație produce aproximativ 17.000 de decese premature în fiecare an - un număr care se va dubla până în anul 2100, conform unui studiu publicat în GeoHealth, în anul 2018.

În alte părți ale lumii, efectele sunt mult mai grave. În 2015, focurile de vegetație aprinse ilegal pentru curățarea terenurilor și incendiile de vegetație din Indonezia au omorât un număr estimat la 100.000 de persoane în sud-estul Asiei, conform unui raport din 2016 publicat în Environmental Research Letters. Vina este atribuită, de obicei, particulelor de materie - particulele organice și anorganice suspendate în aer, inclusiv polenul, cenușa și poluanții. Însă, oamenii de știință și autoritățile de sănătate publică își dau tot mai mult seama că sunt extrem de multe informații pe care nu le cunoaștem despre modul în care fumul afectează sănătatea oamenilor.

Incendiile cele mai intense, care ard cel mai fierbinte și eliberează cea mai mare energie, își pot crea propriul lor sistem climatic local și pot trimite fum tocmai în stratosferă, care se extinde până la 50 km deasupra scoarței terestre. Ajuns acolo, fumul poate călători în jurul Pământului la fel ca cenușa provenită de la un vulcan. Echipa lui Kobziar și alți cercetători au furnizat dovezi concludente că microorganisme vii și viabile pot fi transportate de fum - cel puțin la suprafața scoarței terestre, dacă nu mult mai sus.

În anul 2015, în timp ce era la Universitatea din Gainesville, Florida, Kobziar și studenții săi au colectat eșantioane de aer în timpul unor incendii de vegetație controlate desfășurate în pădurea experimentală a universității. Grupul a sosit în pădure înarmat cu prăjini lungi de trei metri, în vârful cărora se găseau vase Petri pentru colectarea mostrelor de fum.

Înainte de declanșarea incendiului, echipa a ținut vase Petri în aer pentru a colecta mostre de aer care să servească drept probe de referință. Apoi, Kobziar a aprins focurile. După ce flăcările au început să se răspândească într-un ritm constant, iar fumul a umplut aerul, studenții au introdus în fum vase Petri noi. Aceasta le-au permis să colecteze eșantioane de aer cu fum pentru a le compara cu probele de referință.

Înapoi în laborator, într-o cameră întunecată menținută la o temperatură constantă de 23 de grade Celsius, probele de referință și cele de fum - toate acoperite și sigilate pentru evitarea unei contaminări ulterioare - au fost ținute timp de trei zile. Microbii au început să se dezvolte. Vasele Petri cu mostrele de fum au fost populate cu mult mai multe specii de bacterii și fungi, comparativ cu probele de referință, ceea ce înseamnă că focul a aerosolizat specii care nu se aflau acolo înainte.

Vase Petri cu medii de cultură
Aceste două vase Petri arată coloniile de bacterii și fungi care s-au dezvoltat după expunerea la fum timp de cinci minute. Fumul a provenit de la acele de pin colectate din Florida, care apoi au fost arse în laboratorul lui Kobziar de la Universitatea din Idaho. | Foto: L. KOBZIAR

Am fost uimiți de cât de multe colonii microbiene au supraviețuit în mediul de combustie și s-au dezvoltat în eșantioanele de fum, comparativ cu probele de referință, spune cercetătoarea. Pe baza testelor de ADN, echipa a identificat zece tipuri de bacterii și fungi; unele sunt patogene pentru plante, alta este un parazit al furnicilor, iar o alta ajută plantele la absorbția nutrimentelor.

În anul 2017, după ce Kobziar s-a mutat în Idaho, echipa sa a colectat eșantioane de sol din pădurea experimentală a Universității din Idaho și le-a ars - de această dată în laborator. Cercetătorii au colectat mostre din fumul rezultat, le-au sigilat și le-au introdus într-o cameră întunecată și caldă pentru a vedea ce se dezvoltă. După o săptămână, au apărut colonii formate din numeroase tipuri de microbi, inclusiv fungi.

Vii și în mișcare

De atunci, echipa lui Kobziar a colectat mai mult eșantioane de aer în timpul incendiilor controlate de diferite intensități, puse în practică în Florida, Idaho, Montana și Utah, unindu-și forțele cu U.S. Forest Service Fire and Smoke Model Evaluation Experiment (FASMEE). Pentru siguranța studenților săi, cercetătoarea a înlocuit prăjinile și vasele Petri cu drone. Drona dotată cu o pompă de vid și un filtru este trimisă în norul de fum la altitudini de până la 120 m.

În cadrul fiecărui experiment, cercetătorii au descoperi bacterii și ciuperci microscopice vii, dintre care multe nu fuseseră identificate și în eșantioanele prelevate înainte de aprinderea focului. De exemplu, în eșantioanele de fum din Idaho, echipa FASMEE a identificat peste 100 de specii de fungi care nu existau în aer înainte de incendiu. Acestea includ specii de Aspergillus, care pot produce febră, tuse și dureri în piept, precum și specii de Cladosporium, mucegaiuri care pot produce alergii și astm.

Încă nu se știe dacă aceste microorganisme reprezintă un pericol pentru oameni, avertizează Kobziar. Echipa sa nu a testat dacă speciile microbiene care supraviețuiesc căldurii pot produce boli, însă plănuiește să realizeze acest lucru.

Cercetările desfășurate în Utah au dezvăluit un alt aspect crucial: aceste microorganisme sunt rezistente. Chiar și în fumul de la incendiile intense și extrem de fierbinți aproximativ 60% dintre celulele de bacterii și fungi sunt vii, spune Kobziar. Circa 80% par să supraviețuiască incendiilor de intensitate mai redusă, ceea ce reprezintă aproximativ același procent de celule care te aștepți să le găsești vii în condițiile aerului ambiental. Așadar, aceste prime studii arată că incendiile trimit bacterii și fungi vii în atmosferă și că aceste microorganisme pot ajunge la 120 de metri deasupra solului și la o distanță de aproape un kilometru față de frontul incendiului.

Însă, în continuare rămân întrebări elementare, spune Kobziar. Cum se modifică microbii - în cantitate, tip și viabilitate - în raport cu distanța pe care o parcurg față de incendiu? Cât de departe pot aceștia să ajungă de fapt? Cum este afectată eliberarea microbilor de diferitele surse de incendiu - pădurile de pin, pădurile de foioase, pășunile, culturile agricole? Cum influențează intensitatea focului eliberarea microbilor și distanța pe care aceștia pot călători? Tipul combustiei (ardere mocnită sau flacără intensă) afectează ceea ce este eliberat? Cât de mult afectează temperatura și umiditatea supraviețuirea microbilor?

La aceste întrebări se adaugă altele legate de desfășurarea activității de cercetare. Care sunt cele mai sigure și mai bune metode de prelevare a eșantioanelor de aer în condițiile periculoase ale unui incendiu de vegetație? Cum se poate preveni contaminarea probelor biologice?

Cercetătoarea a învățat din mers, șlefuindu-și metodologia. Răspunsurile la multe dintre aceste întrebări ar putea veni dacă unul dintre visele lui Kobziar devine realitate: colaborarea cu echipa de cercetători care operează Laboratorul Zburător DC-8 al NASA, care explorează suprafața și atmosfera Pământului, desfășurând activități de cercetare începând de la arheologie și până la vulcanologie.

Cercetătorii deja au identificat diferite chimicale eliberare de incendii în stratosfera din zona arctică până în sudul Pacificului, folosind laboratorul DC-8 în cadrul misiunii ATom (Atmospheric Tomography Mission) a NASA, spune Christine Wiedinmyer, cercetător la Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences din Boulder, Colorado. Descoperirea semnăturilor incendiilor oriunde în atmosferă sugerează că acestea ar putea trimite bacterii și fungi peste tot în lume.

Stratosfera Pământului
La nouă kilometri deasupra suprafeței Pământului, o cameră video a laboratorului zburător DC-8 al NASA a realizat această fotografie cu norii de furtună acumulându-se deasupra coloanelor de fum provenite de la un incendiu de vegetație din Washington, pe 8 august 2019. Astfel de furtuni, produse de incendiile intense, ridică particule de materie, chimicale și poate chiar microbi până în stratosferă. | Foto: DAVID PETERSON/U.S. NAVAL RESEARCH LAB

Piroaerobiologia este atât de interesantă, spune Wiedinmyer, care urmărește și simulează mișcările chimicalelor din fumul provenit de la incendiile de vegetație. Cercetătoare nu vede vreun motiv pentru care aceste modele de chimia atmosferei să nu poată fi folosite pentru urmărirea și prognozarea mișcărilor microorganismelor din norii de fum - după ce cercetătorii au efectuat suficiente măsurători. Aceste date ar putea oferi răspunsuri la întrebări elementare legate de pericolul pentru sănătatea oamenilor reprezentat de microbii din fum.

Microbiologul Noah Fierer și Christine Wiedinmyer au colaborat în privința eșantionării și modelării compușilor chimici, iar acum au în plan să înceapă modelarea bacteriilor și fungilor, folosind datele despre concentrațiile de microbi din fumul provenit de la incendiile de vegetație.

Între timp, Kobziar lucrează la modelarea atmosferică a mișcărilor microbilor din fum. Scopul pe termen lung este dezvoltarea unor modele care să suplimenteze prognozele curente privind calitatea aerului cu avertizări în privința prezenței în aer a microorganismelor din fumul degajat în urma incendiilor de vegetație.

O hartă pentru Statele Unite

În timp ce echipa lui Kobziar se concentrează pe măsurarea microbilor din fum, echipa lui Fierer lucrează la stabilirea unor niveluri de referință pentru microbii din aerul atmosferic din diferite zone, în condiții normale, pentru a le compara apoi cu nivelurile înregistrate în cazul fumului. Cercetătorii au prelevat eșantioane de aer din sute de locații din S.U.A., pentru a realiza o hartă cu microbii pe care îi respirăm în timp ce ne desfășurăm activitatea zilnică, spune Fierer.

Echipa lui Fierer utilizează stații de prelevare dotate cu pompe de vid montate în vârful unor stâlpi de doi metri în înălțime. Analizarea eșantionelor prelevate înaintea, în timpul și de după incendiu este ideală, deoarece există o variație uimitoare a populațiilor de bacterii și ciuperci din aer. De exemplu, lângă un oraș din Vestul mijlociu al S.U.A., în timpul iernii, microorganismele ar putea include specii asociate cu arborii locali sau, în mod straniu, cu excrementele de câine; lângă o fermă de bovine din Colorado, în timpul verii, microbii pot include speciile asociate cu excrementele de vite.

După ce echipa își va colecta toate datele, spune Fierer, vom cunoaște cantitățile și tipurile de microbi găsiți în fumul degajat de la incendiile de vegetație și dacă acești microbi sunt viabili. Odată ce oamenii de știință obțin măsurătorile în privința numărului de microorganisme transportate de fum și până la ce altitudine, echipa lui Fierer poate combina aceste date cu informațiile despre producția globală de fum pentru a calcula niște valori preliminare ale volumului de microbi care călătoresc împreună cu fumul.

Progrese semnificative ar putea fi făcute dacă mai mulți oameni de știință s-ar implica în astfel de cercetări, spun Kobziar și Fierer. Aceste activități de cercetare necesită o abordare multidisciplinară: microbiologi, experți în ecologia pădurilor și experți în studierea atmosferei, spune Fierer. Abordarea problemei de unul singur ar echivala cu un microbiolog care studiază microbii din ocean fără a cunoaște nimic despre oceanografie. Din fericire, după ce Kobziar și expertul în boli infecțioase George Thompson, de la Universitatea din Davis, California, au publicat un articol în revista Science, în care au rezumat cercetările lor din domeniul piroaerobiologiei și au prezentat anumite întrebări-cheie, alți cercetători din alte domenii și-au exprimat interesul în privința acestui subiect. Este exact ceea ce am sperat să se întâmple, spune Kobziar.

Există vreun pericol?

În ultimii ani, Thompson a observat o creștere substanțială a cazurilor de febră de vale și a infecțiilor cu alte ciuperci în zonele din apropierea incendiilor masive de vegetație. Este știut faptul că, atunci când particulele de materie ajung în plămâni, ele pot cauza dificultăți în respirație, pneumonie sau chiar infarct. De fapt, oamenii de știință au raportat chiar din aprilie 2020, într-un articol publicat în Journal of the American Heart Association, că expunerea la cantitățile mari de fum din timpul incendiilor de vegetație din anii 2015-2017 din California a crescut cu până la 70% riscul de atac de cord.

În acest context, Thompson și-a pus întrebarea dacă incendiile de vegetație record din California nu cumva au stârnit și alți microbi, pe lângă ciupercile care produc febra de vale. Astfel, și-a început colaborarea cu Kobziar.

Legătura cu febra de vale pare a fi reală, dar, până acum, doar locală. De exemplu, după incendiile din 2013 din Ventura County, mai mult de 70 de persoane s-au îmbolnăvit de febră de vale. Însă, nimeni nu știe dacă ciupercile Coccidioides pot călători distanțe mai lungi pentru a îmbolnăvi oamenii.

Există metode pentru a stabili dacă mai mulți oameni, fie din zonă, fie din locuri mai îndepărtate, se îmbolnăvesc de infecții bacteriene sau fungice după incendiile de vegetație. Una dintre metode este studierea prescripțiilor de antibiotice și a spitalizărilor din comunitatea respectivă cu o lună înainte și o lună după incendiu: mai multe rețete pentru antibiotice și mai multe spitalizări ar putea indica o legătură.

De exemplu, în anul 2019, la o întâlnire a Congresului American pentru Transplant, cercetătorii au stabilit o legătură între incendiile de vegetație din California și numărul crescut de spitalizări din cauza infecțiilor cu mucegaiul Aspergillus și ciupercile Coccidioides.

Însă până nu aflăm mai multe despre ce microbi ajung în atmosferă după incendiile de vegetație și unde ajung aceștia, nu putem stabili importanța legăturii cu sănătatea umană, spune Fierer.

Source Sursa: www.sciencenews.org
Text: Megan Sever



Din aceeași categorie