Опасные споры грибов могут путешествовать по стратосфере и выживать

Ученые поймали споры грибов, летающие в негостеприимной среде стратосферы, намного выше, чем летают коммерческие самолеты. Когда их вернули в лабораторию, исследователи обнаружили, что некоторые споры, включая патогены растений и людей, пережили межконтинентальные перелеты и могут быть культивированы в лаборатории.

Хотя споры и микробы уже были обнаружены в стратосфере, новые результаты получены с помощью дешевого, самодельного устройства для отбора проб, подвешенного к метеозондам. Более регулярный отбор проб может помочь исследователям выяснить, какие черты и условия позволяют спорам выживать в стратосфере и как они вообще туда попадают. Работа также может стать первым шагом к системе мониторинга атмосферы, которая могла бы пресечь появление грибковых патогенов в зародыше. Авторы исследования представили отчет о своей работе на прошлой неделе на конференции Европейского союза геонаук (EGU).

«Самое главное, что им удалось вернуть грибы из атмосферы и вырастить их», — говорит Карстен Амбелас Скьёт, аэробиолог из Орхусского университета, который не принимал участия в работе. «Это важно в плане понимания и распространения фитопатогенов в глобальном или континентальном масштабе».

Споры для грибов — то же самое, что семена для растений. Исключительно устойчивые, они могут преодолевать большие расстояния с ветром, прежде чем упасть обратно на Землю, часто в каплях дождя. Лабораторные эксперименты показывают, что споры могут даже выживать в стратосфере, слое атмосферы, который начинается примерно в 10 километрах, где температура холодная, а давление воздуха удушающе низкое. Большая часть стратосферы также находится выше озонового слоя, поэтому она не защищена от разрушающего ДНК ультрафиолетового излучения. Если бы споры действительно могли выживать там, это могло бы помочь объяснить, как грибы, включая патогены, вызывающие болезни у растений, часто перепрыгивают между континентами по своего рода стратосферной супермагистрали. Но фактических данных из стратосферы мало.

«С самого начала мы понятия не имели, получим ли мы вообще хоть что-нибудь», — говорит Жером Каспарян, физик из Женевского университета, представивший работу.

Чтобы выяснить это, команда решила разместить устройства для отбора проб спор на метеозондах, которые дважды в день запускала швейцарская метеорологическая служба. Приборы должны были быть легкими: только полезные грузы весом менее 2 килограммов могут быть подвешены.

Решение Каспаряна, представленное на сессии EGU, названной в честь изобретательного героя боевиков на ТВ Макгайвера, не выглядело бы неуместно на научной ярмарке в старшей школе. Пробоотборники сделаны из полистироловых коробок, которые Каспарян спасает из мусорной свалки кафедры биохимии; в них размещаются барометрический высотомер, базовая электроника, камера и 3D-печатное устройство, которое открывает и закрывает два порта. На заданной высоте порты открываются, и воздух проходит через коробку, мимо четырех вращающихся рычагов пробоотборника — стерилизованных спичек, покрытых вазелином, чтобы споры прилипали к ним. Эта вращающаяся установка из спичек, «хотите верьте, хотите нет», довольно стандартна в микологии, говорит Каспарян.

Примерно на высоте 35 километров метеозонды лопаются, и пробоотборники падают на Землю, замедляемые парашютами. Определить, где именно они окажутся в горной местности Швейцарии, непросто, даже несмотря на то, что в ящиках есть GPS-трекеры. «Мы можем избежать полетов в день, когда мы знаем, что окажемся в высоких горах Альп или где мы с большой вероятностью упадем в Женевское озеро», — говорит Каспарян. «Но мы не имеем никакого контроля». Ученые выловили свои пробоотборники из деревьев и спасли их с крыш.

После пяти предварительных полетов коллеги Каспаряна-микологи во главе с Катей Джиндро из Agroscope, сельскохозяйственного исследовательского центра Швейцарии, уже многому научились. На основе анализа секвенирования ДНК они идентифицировали споры из 235 родов, включая грибы, поражающие ежевику и морковь в США и Японии, и один вид, Naganishia albida, который может вызывать заболевание у людей с ослабленным иммунитетом. В лаборатории им удалось оживить и культивировать споры из 15 различных видов грибов, среди которых было несколько фитопатогенов. Многие виды не могут выживать без определенного растения-хозяина, что может объяснить, почему некоторые споры не прорастали на лабораторных пластинах для роста.

По словам Каспаряна, результаты в основном показывают, что их пробоотборник работает. Теперь исследователи хотят организовать регулярные полеты для отслеживания биоразнообразия грибов в воздухе и сезонных изменений. Они также хотят определить, как такие события, как лесные пожары или извержения вулканов, выбрасывают споры в стратосферу.

Полеты до сих пор показали, что споры в стратосфере жизнеспособны, говорит Скьёт. «Следующий уровень — объяснить жизнеспособность».