Приняв во внимание господствующие ветры, Дэвид Смит (David J. Smith) посчитал, что образцы воздуха, собранные на вершине спящего вулкана в Орегоне, будут содержать в большом количестве ДНК мертвых микроорганизмов из Азии и Тихого океана. Он не ожидал, что что-то сможет пережить полет в верхних слоях атмосферы с их суровыми температурами и долететь до научно-исследовательской станции в обсерватории Маунт-Бэчелор, которая расположена на высоте трех тысяч метров.
«Я думал, что мы сможем собрать только мертвую биомассу», — говорит Смит, работающий научным сотрудником в исследовательском центре НАСА имени Эймса.
Но когда его группа весной 2011 года вернулась в лабораторию, собрав образцы воздуха из двух крупных столбов вулканического пепла, ученые обнаружили благоденствующую компанию маленьких путешественников. Более 27% бактерий и 47% грибков из взятых образцов были живы.
Микробов находят в небе с тех пор, как Дарвин в 1830-х годах собрал образцы разнесенной воздухом пыли на корабле «Бигль» в тысяче милях западнее Африки. Однако новые возможности по проведению анализа ДНК, по сбору образцов на большой высоте и по атмосферному моделированию позволяют ученым по-новому взглянуть на жизнь, царящую высоко над Землей. Например, проведенные недавно исследования говорят о том, что микробы оказывают тайное воздействие на атмосферу. Они собирают облака, вызывают дожди, разносят болезни от континента к континенту, а может быть, даже меняют климат.
«Я считаю, что атмосфера это большая трасса, в буквальном смысле этого слова, — говорит Смит. — Она дает возможность экосистемам, расположенным в тысячах километрах друг от друга, обмениваться микроорганизмами, и на мой взгляд, это имеет гораздо более глубокие экологические последствия, чем мы думаем».
Перелетающие по воздуху микробы могут оказывать огромное воздействие на нашу планету. Некоторые ученые объясняют вспышку ящура в Британии в 2001 году гигантской бурей на севере Африки, которая перенесла пыль, а вместе с ней и споры этого заболевания на тысячи миль к северу. Эта буря произошла всего за неделю до того, как были выявлены первые случаи ящура на британской земле.
Вирус синего языка овец, заражающий домашних и диких животных, когда-то присутствовал только в Африке. Но сейчас его находят и в Великобритании, что может являться результатом преобладающих ветров.
Ученые, занимающиеся проблемами исчезновения коралловых рифов на девственных просторах Карибского моря, говорят, что вся причина в пыли и в переносимой ею микробах, которые поднимаются в воздух во время песчаных бурь в Африке, а затем перелетают на запад. По их словам, грибок, убивающий коралл морской веер, впервые попал на Карибы в 1983 году, когда из-за засухи в Сахаре появились пылевые облака, перенесшиеся через Атлантику.
На западе Техаса ученые из Техасского технологического университета собрали пробы воздуха с наветренной и подветренной стороны от 10 откормочных площадок для скота. В образцах с подветренной стороны устойчивых к антибиотикам микробов оказалось на 4000% больше, чем с наветренной. Адъюнкт-профессор Филип Смит (Philip Smith), занимающийся наземной экотоксикологией, а также адъюнкт-профессор Грег Майер (Greg Mayer), специализирующийся на молекулярной токсикологии, говорят, что эта работа заложила основу для дальнейших исследований.
Они провели исследование жизнестойкости микроорганизмов, материалы которого будут опубликованы в начале 2016 года, а теперь хотят понять, насколько далеко могут перелетать частицы, и может ли устойчивость к антибиотикам передаваться местным микробам. Антибиотики, отмечает Майер, существовали в природе еще задолго до того, как их позаимствовал человек. Но что происходит, когда они сосредотачиваются в одном месте или переносятся ветром?
Сейчас понятно одно: жизнеспособных микробов в суровых и неприветливых местах гораздо больше, чем считали исследователи.
Ученые из Технологического института штата Джорджия, получив от НАСА грант на научные исследования, изучили пробы воздуха, взятые с борта самолета, пролетавшего высоко над зонами ураганов. Они обнаружили, что живые клетки составляют примерно 20% от количества микробов, поднятых в воздух бурей.
«Мы не ожидали, что найдем так много живых и невредимых бактериальных клеток на высоте 10 тысяч метров», — рассказывает микробиолог Костас Константинидис (Kostas Konstantinidis) из Технологического института штата Джорджия.
Константинидис с коллегами заинтересовался тем, каким образом микробы содействуют формированию облаков и выпадению осадков. Ядро находящейся в воздухе бактериальной клетки инициирует конденсацию. Сейчас некоторые ученые полагают, что микробы играют важную роль в метеорологии. «Они могут активно влиять на формирование облаков и на климат», — отмечает Константинидис.
Смит же заинтересовался тем, как после длительного путешествия в условиях жесткой радиации в верхних слоях атмосферы микробы выживают и даже восстанавливаются. Он возглавил проект НАСА EMIST (Микроорганизмы в стратосфере), в рамках которого формирующие споры бактерии дважды поднимали на воздушном шаре на высоту 38 километров над пустыней в Нью-Мексико, чтобы понять, как они там выживают.
Для НАСА эта работа связана с защитой планет от неблагоприятных воздействий. Если зараженный земными бактериями космический корабль прилетит на Марс, где условия схожи со стратосферой Земли, а бактерии в ходе полета выживут, то это осложнит наши поиски следов марсианской жизни, и может даже уничтожить тамошних микробов, если они существуют.
Но эта работа дает и более широкие возможности. Подобно исследователям прошлого, которые изучали влажные тропические леса в поисках чудо-лекарств, сегодняшние ученые могут в один прекрасный день найти лекарство в миниатюрных обитателях атмосферы. Может быть, атмосферные бактерии дадут нам надежную защиту от солнца и радиации.
«Самое удивительное заключается в том, что организм, способный выжить в исключительно суровых условиях, во многих случаях является одноклеточным, — говорит Смит. — Как ему это удается?»
