Vedci skúmali vzorky snehu z 19 kútov sveta. Zistili, že baktéria spôsobujúca škody na rastlinách sa nachádza aj v zrážkach.
Neškodne vyzerajúca snehová pokrývka môže obsahovať baktérie, ktoré patria medzi rastlinné patogény. Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Keď teploty klesnú pod bod mrazu, čakáme na prvý sneh, ktorý k zime neodmysliteľne patrí. Sneženie má svoje čaro a snehové vločky pod mikroskopom uchvacujú rozmanitými geometrickými štruktúrami. Okrem ľadových kryštálikov však môžu obsahovať aj baktérie, ktoré sa šíria vzduchom.
Dlho panoval predpoklad, že vločky sú tvorené okrem kryštálikov ľadu najmä anorganickými čiastočkami prachu a smogu. To, že sa na tvorbe vločiek podieľajú aj mikroorganizmy v oveľa väčšej miere, ako sa pôvodne myslelo, zistili v roku 2008 vedci z Louisianskej štátnej univerzity v Baton Rouge.
Zloženie snehových vločiek
Na vzniku snehových vločiek sa okrem kryštálikov ľadu podieľajú aj častice víriace vo vzduchu, ktoré majú anorganický pôvod (zrnká prachu či solí) alebo organický pôvod (mikroorganizmy, peľ, riasy, spóry húb, baktérie či vírusy).
Najväčšia doteraz nameraná vločka mala takmer 38 centimetrov. Drobné vločky merajú len niekoľko milimetrov a sú mimoriadne ľahké. Päťmilimetrová vločka váži len štyri tisíciny gramu.
Na tieto čiastočky, takzvané kondenzačné jadrá, sa usádzajú molekuly vody. V oblakoch sa tak vytvárajú kvapôčky vody, ktoré sa neskôr vracajú na zem v podobe dažďa. Keď sa teplota pohybuje pod nulou, namiesto kvapiek sa tvoria kryštáliky ľadu a namiesto dažďa sneží.
Snehové vločky môžu mať rôznu veľkosť. Priemerné vločky majú asi pol centimetra a vážia štyri miligramy, takže sa vo vzduchu vznášajú ako páperie. Snehové vločky s kondenzačnými jadrami organického pôvodu sú obyčajne väčšie ako tie, ktorých zárodok tvoria zrnká prachu. Organické zárodky, napríklad baktérie, majú totiž väčší objem.
Molekuly vody, ktoré sa na zárodky prichytávajú, majú viac priestoru. Keď je v jadre už uložené veľké množstvo vody, priťahujú ďalšie molekuly vody. Biologické zárodky tak môžu spustiť tvorbu snehových kryštálov aj pri teplotách nad nulou.
Na stope rastlinného patogénu
Vedci pod vedením mikrobiológa Brenta Christnera skúmali vzorky snehu pochádzajúce z 19 kútov sveta, okrem iného z Montany, Francúzska, Yukonu a Antarktídy, ktoré odobrali v odlišných nadmorských výškach. Výsledky multidisciplinárneho výskumu spájajúceho ekológiu, mikrobiológiu, patológiu rastlín a klimatológiu, uverejnili vo vedeckom časopise Science.
Ako informuje stránka EurekAlert, Christner a jeho tím zistili, že baktérie „podieľajúce sa na tvorbe zrážok sú v atmosfére veľmi rozšírené. Biologické častice by mohli významne ovplyvňovať cyklus zrážok, klímu, produktivitu poľnohospodárstva a dokonca aj globálne otepľovanie“.
Na myšlienku výskumu priviedol Brenta Christnera profesor patológie rastlín David Sands, ktorý predpokladal výskyt baktérií vo vzduchu, konkrétne baktérie Pseudomonas syringae. Tá spôsobuje bakteriálnu škvrnitosť listov a môže spôsobiť aj poškodenie rastlín mrazom. Jej pôsobením voda zamŕza pri vyšších teplotách nad bodom mrazu. Ľad naruší bunkové steny rastliny a umožní tak baktérii preniknúť do vnútra rastliny.
Kultúry baktérie Pseudomonas syringae (vľavo). List paradajky napadnutý baktériou Pseudomonas. Zdroj: Wikimedia Commons
Baktéria aktívna v ľade
Na kondenzačných jadrách v podobe čiastočiek prachu alebo smogu sa ľadové kryštáliky tvoria pri teplotách okolo mínus 15 stupňov Celzia. Mikroorganizmy, medzi nimi aj baktéria Pseudomonas syringae, spôsobujú mrznutie kvapiek vody už pri teplotách okolo nuly. Väčšina známych baktérií, ktoré spôsobujú tvorbu ľadu na listoch rastlín, patrí medzi rastlinné patogény. Tie môžu spôsobiť škody na rastlinách, čo môže mať devastačné ekonomické dôsledky na úrodu poľnohospodárskych plodín.
„Baktérie sú najúčinnejšími snehotvornými kondenzačnými jadrami,“ konštatoval vedúci univerzitného tímu mikrobiológ Brent Christner, citovaný stanicou CNN. Najrozšírenejšia z nich je baktéria Pseudomonas syringae. Keď sa uchytí na rastlinách, spôsobuje nekrózu alebo škvrnitosť listov.
Baktérie spôsobujú rýchlejšie zamŕzanie
Prečo baktéria urýchľuje mrznutie? Toto sa podarilo zistiť tímu vedcov z Inštitútu Maxa Plancka pre výskum polymérov v Mainzi začiatkom roka 2016. Analýzou baktérie zistili, že príčinou sú určité bielkovinové molekuly na jej povrchu.
Tie umožňujú baktériám ovplyvňovať poradie a dynamiku molekúl v kvapkách vody prostredníctvom interakcie s určitými sekvenciami aminokyselín. Proteíny zároveň absorbujú tepelnú energiu z vody a prenášajú ju do baktérie. Vďaka tomu molekuly vody rýchlejšie sublimujú a vytvárajú kryštáliky ľadu.
Komerčné využitie baktérií pri výrobe snehu
Účinky baktérie Pseudomonas syringae využíva lyžiarsky priemysel. Keďže baktéria umožňuje mrznutie vody aj pri vyšších teplotách, hlavnou prísadou prípravkov na výrobu umelého snehu sú mŕtve baktérie Pseudomonas syringae.
V USA, kde sa prípravky na báze biologických prísad používajú už viac ako tridsať rokov, sa týmto spôsobom zasnežujú celé lyžiarske strediská. Prípravky sú povolené aj vo Švajčiarsku. V Rakúsku je tento spôsob umelého zasnežovania zakázaný, v Nemecku si používanie regulujú jednotlivé spolkové krajiny. Hoci výrobcovia tvrdia, že metóda je pre prírodu a zdravie človeka neškodná, neexistuje dostatok dlhodobých relevantných štúdií, ktoré by tvrdenia potvrdzovali.
Podľa hydrologičky Carmen de Jongovej, ktorá pôsobí na Univerzite v Štrasburgu, štúdia uskutočnená francúzskym ministerstvom životného prostredia v roku 2010 preukázala, že mŕtve baktérie Pseudomonas podporovali rast iných baktérií, ktoré sú pre človeka škodlivé, napríklad baktérií E. coli. Dochádza k tomu vtedy, keď sa voda obohatená o prípravok skladuje príliš dlho pred samotným zasnežovaním. Vedci preto odporúčali, aby sa voda nenechávala stáť dlhšie ako 24 hodín.
Zdroj: Mikrobenzirkus, iMeteo.sk, EurekAlert, Max Planck Geschelschaft, mdr
(zh)
