Microbiologie in hapklare porties
De geheimen van de hemel ontsluierd: onderzoek naar microben in wolken
Een hemel vol sterren… of… microben!
Heb je ooit verwonderd naar de hemel gekeken om de sterren te bewonderen? Of heb je de wolken gebruikt om je fantasiefiguren voor te stellen? Waarschijnlijk heb je er niet bij stilgestaan dat de hemel een verborgen gemeenschap van microbieel leven herbergt, gevormd door atmosferische omstandigheden en dynamische processen.
De atmosfeer zit vol met microbieel leven, meestal afkomstig van habitats op de grond zoals vegetatie en aarde. De aanwezigheid van bacteriën in wolken beïnvloedt niet alleen weerpatronen, maar roept ook intrigerende vragen op over hun rol in atmosferische processen.
Recente studies hebben het belang van deze microben in de lucht aangetoond. Het blijkt dat bacteriën kunnen dienen als condensatiekernen in wolken die de vorming van wolkendruppels in gang zetten. Waarschijnlijk bevatten wolken genoeg water en voedingsstoffen om microbiële ecosystemen in miniatuurformaat in stand te houden. Er is echter nog niet veel onderzoek gedaan naar atmosferische microben, dus ons begrip van de microbiële dynamiek in de atmosfeer is nog onvolledig.
Basis: microben in schone lucht versus wolken
In een onderzoek dat in Italië werd uitgevoerd, vergeleken onderzoekers microbiële gemeenschappen in mistige en heldere omstandigheden, waardoor ze waardevolle inzichten kregen in de invloed van het weer op bacteriën in de lucht. Verrassend genoeg ontdekten ze dat terwijl sommige bacteriële taxa floreerden in natte omstandigheden, andere juist veerkracht toonden in de droge atmosfeer.
Voortbouwend op dit onderzoek begonnen wetenschappers aan een nieuw onderzoek in Puy de Dôme, een inactieve vulkaan in Frankrijk. Voor dit onderzoek gebruikten de onderzoekers impingers met een hoge stroomsnelheid om de luchtinhoud te verzamelen en de bacteriën zoveel mogelijk te behouden.
Omdat lucht relatief weinig bacteriën bevat, werd een impinger met hoge stroomsnelheid (een machine die gewoonlijk gebruikt wordt om luchtmonsters te verzamelen) speciaal ontworpen om efficiënt grote hoeveelheden lucht te verzamelen. De bemonstering moest ook snel gebeuren om aantasting van de microben voor het einde van de procedure te voorkomen. Tot slot werd het materiaal direct in een vloeistof bemonsterd (door middel van impingement): dit bleek de levensvatbaarheid van de cellen en de biologische eigenschappen te behouden.
Met behulp van DNA-sequentieanalyse konden de onderzoekers vervolgens bepalen welke soorten aanwezig waren. Met deze informatie probeerden ze de vraag te beantwoorden of er een verschil is tussen de bacteriegemeenschappen in wolken en die in heldere lucht.
In tegenstelling tot de verwachtingen was de overvloed aan microben lager in wolken dan in heldere lucht, waardoor het idee dat wolken microbiële toevluchtsoorden zijn in twijfel werd getrokken. In plaats daarvan bevatten bacteriële gemeenschappen gemiddeld meer diversiteit in heldere lucht, maar deze varieerde meer van monster tot monster. Dit zou te wijten kunnen zijn aan de grotere invloed van seizoensgebondenheid en hoogte op de microbiële samenstelling in heldere lucht.
Het belang van herhalingen
Ondanks de verschillen tussen wolken en heldere lucht, waren er veel bacteriële taxa gemeenschappelijk tussen de twee, wat de veerkracht van bepaalde soorten in verschillende atmosferische omstandigheden benadrukt. Opmerkelijk genoeg vertoonden replicaten die op slechts enkele meters van elkaar genomen waren een opmerkelijke variabiliteit, wat de heterogene aard van atmosferische microbiële gemeenschappen onderstreept.
Verdere analyse toonde aan dat monstertype (wolken of heldere lucht), seizoen en hoogte significante voorspellers waren voor de bacteriële samenstelling. Het aantal taxa (rijkdom) was gekoppeld aan zowel de aanwezigheid van wolken als het seizoen, waarbij een lagere rijkdom werd waargenomen in wolken en tijdens de wintermaanden.
Gezien de variatie tussen monsters en de invloed van externe factoren zoals seizoen en hoogte, benadrukken de onderzoekers het belang van replicatie bij het bestuderen van atmosferische microben, ook al is het verzamelen van monsters uit wolken in de bergen geen eenvoudige taak en gaat dit gepaard met praktische uitdagingen. Daarom zijn herhalingsmonsters essentieel om statistisch significante resultaten te bereiken en veranderingen op korte tijdschalen te begrijpen.
De hemel heeft onnoemelijke geheimen
Naarmate ons begrip van atmosferische microbiologie zich verdiept, rijzen er nieuwe vragen. Wat bepaalt de microbiële diversiteit in de atmosfeer? Hoe vormen omgevingsfactoren gemeenschappen in de lucht? En welke implicaties hebben deze bevindingen voor weersvoorspellingen en milieubeheer?
De conclusie is dat de lucht boven ons niet alleen een uitgestrekt gebied van lucht en wolken is, maar ook een dynamisch ecosysteem dat wemelt van het microbiële leven. Hoewel er nog veel ontdekt moet worden, is één ding duidelijk: de atmosfeer heeft onnoemelijke geheimen die wachten om onthuld te worden.
Dus als je de volgende keer naar de wolken kijkt, denk er dan aan: het is niet alleen maar waterdamp, maar ook de gastheer van een bloeiende gemeenschap van microbiële pioniers.
Link to the original post: Péghuilhan, R., Rossi, F., Rué, O., Joly, M., Amato, P. Comparative analysis of bacterial diversity in clouds and aerosols. Atmospheric Environment 298 (2023) 119635. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2023.119635
Featured image: Image by author from La Pinea in France (not from the Puy de Dôme).
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 