Wetenschap
Ongeziene reizigers:stofstormen kunnen bacteriën en schimmels over de hele wereld verspreiden
Wanneer het allergieseizoen aanbreekt, wijten velen hun reacties aan de plaatselijke flora in de lente. De stofpluimen uit de Afrikaanse Sahara en de Sahel, die groot genoeg zijn om op de weerradar te worden geregistreerd, reizen echter elke zomer de wereld rond en brengen hun eigen vorm van luchtvervuiling met zich mee.
Dr. Shankar Chellam, professor aan de Zachry Department of Civil and Environmental Engineering en A.P. en Florence Wiley Professor III aan de Texas A&M University, en zijn nu voormalige student Dr. Sourav Das hebben eerder onderzoek voortgezet om micro-organismen te identificeren die mogelijk meegelift zijn het stof verspreidt zich over de Atlantische Oceaan. Dr. Daniel Spalink, universitair docent en directeur van S.M. Tracy Herbarium van Texas A&M hielp bij het analyseren van de biologie en het identificeren van bacteriën en schimmels in de monsters.
"We krijgen allemaal allergieën en mogelijk andere ernstigere gevolgen voor de gezondheid als we stof inademen, en het is niet volledig bekend wat de oorzaak van deze allergieën is", zegt Chellam. "Sommige mensen denken misschien dat het alleen maar de zand- of kleimineralen in het stof zijn. Anderen denken dat het de metalen of organische stoffen in het stof zijn, en weer anderen denken dat het de bacteriën en schimmels zijn."
Vuil, bacteriën en schimmels
Dit onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Environmental Science &Technology , is de eerste die de associatie van bacteriën en schimmels met stofstormen in Noord-Amerika en de Sahara onderzoekt.
"Een paar groepen hebben bacteriën en schimmels bestudeerd in Afrika en Europa, maar niemand heeft metalen, bacteriën en schimmels samen bestudeerd in een Afrikaanse stofgebeurtenis", aldus Chellam.
Er zijn monsters genomen tijdens een stofgebeurtenis in de Sahara in Houston, Texas, in augustus 2018. De samenstelling van elementen, bacteriën en mycobiomen (schimmelgemeenschappen) werd gemeten.
Chellam merkte op dat stofgebeurtenissen jaarlijks kunnen variëren, met elk jaar verschillende elementaire samenstellingen. Het bepalen van de exacte bron van het stof dat naar Houston reist, is een uitdaging. Zelfs satellietbeelden van de gebeurtenissen kunnen de bron mogelijk niet nauwkeurig identificeren. Stof verplaatst zich noordwaarts naar Europa, steekt de Atlantische Oceaan over en reist oostwaarts naar Azië. Het waarschijnlijke brongebied voor dit onderzoek is de woestijn zelf, omdat beelden begin augustus aanzienlijke stofwolken uit de Sahara lieten zien.
Spalink legde uit dat de biodiversiteit van bacteriën en schimmels in grootstedelijke en industriële gebieden zoals Houston zeer dynamisch is en vaak dagelijks verandert. Wereldwijd komen veel bacteriën en schimmels voor.
"Een belangrijke conclusie uit dit onderzoek is dat veel biodiversiteit niet wetenschappelijk beschreven is", zegt Spalink. "Het heeft geen naam, het kan niet worden gekweekt, en omdat het niet kan worden gekweekt, is het moeilijk te bestuderen."
Microbiota werd echter gedetecteerd door DNA uit filters te extraheren. Zorgvuldige sequencingtechnieken detecteerden bacteriële genomen uit 117 families en schimmelgenomen uit 164 families. De techniek liet niet zien of de microben nog leefden, maar detecteerde wel verschillende pathogene bacteriën en schimmels, waarvan er vele op de mondiale prioriteitenlijst van menselijke ziekteverwekkers van de Wereldgezondheidsorganisatie staan.
‘Het vertelt ons niet of ze ons kunnen infecteren en ziek kunnen maken’, zei Spalink. "Maar in het Afrikaanse stof werd in ieder geval het DNA van verschillende pathogene bacteriën en schimmels geïdentificeerd."
Elementaire impact
De biodiversiteit van bacteriën en schimmels was sterk gecorreleerd met een aantal elementen, met name calcium. Uit het onderzoek bleek dat calcium en zirkonium belangrijk zijn voor het verklaren van de bètadiversiteit van bacteriën en schimmels, de verhouding tussen regionale en lokale soortendiversiteit.
"De metalen die we in dit onderzoek benadrukten, zijn niet dezelfde metalen die we in het vorige onderzoek benadrukten", zegt Chellam.
Hoewel deze elementen in stof uit de Sahara voorkomen, worden ze ook lokaal in Houston aangetroffen.
Een soortgelijk voorbehoud werd gevonden bij biota-detecties. Er werden meer dan 2.000 verschillende organische groepen gedetecteerd. Slechts 17 namen in overvloed toe toen het stof uit de Sahara Houston binnendrong. Alle 17 hiervan worden wereldwijd aangetroffen, en verschillende werden vóór de stofgebeurtenis in kleinere hoeveelheden gedetecteerd.
"Er is een kans dat je altijd een soort correlatie met sommige metalen zult krijgen", zei Das. "Dat betekent niet dat het niet uit Afrikaans stof komt."
Toekomstige stofvoorspellingen
Toekomstige studies zouden dit werk kunnen uitbreiden door monsters te nemen voor, tijdens en na stofstormen gedurende meerdere jaren. De bemonstering zou zich ook geografisch kunnen uitbreiden over de reisgebieden van stofpluimen.
Aandrijvende factoren zoals klimaatverandering en andere meteorologische effecten zullen ook belangrijk zijn voor toekomstig onderzoek.
"De hele dynamiek van het stof uit de Sahara dat naar Houston komt, wordt voornamelijk aangedreven door atmosferische processen", zegt Das.
"Dit benadrukt het belang van het hebben van deze basisgegevenssets", voegde Spalink eraan toe. "Het is heel moeilijk te voorspellen hoe de biota gaat veranderen als je niet weet wat er in het verleden is gebeurd of wat er nu gebeurt."
Chellam legde uit dat de grootste storm ooit in Houston werd gemeten in 2020, wat een potentieel gebied voor toekomstig onderzoek benadrukt.
"Het was zo groot dat het een bijnaam kreeg, en het wordt nu de Godzilla-stofstorm genoemd", zei Chellam. "Ik was toen toevallig bezig met het nemen van steekproeven, dus hopelijk kunnen we daar ook goede gegevens en publicaties uit halen."
Alyvia McEwan, een van Chellams studenten, en Dr. Joseph Prospero, emeritus hoogleraar aan de Universiteit van Miami in Florida, hebben belangrijke bijdragen geleverd aan dit onderzoek. Chellam dankt Prospero, die sinds het begin van de jaren zeventig aan Afrikaans stof heeft gewerkt, voor de inspiratie voor zijn onderzoek.
"Hij is de man die dit Afrikaanse stof voor het eerst in het bewustzijn van de wetenschappelijke gemeenschap bracht", zei Chellam over Prospero.
McEwan wordt gecrediteerd voor een groot deel van de gegevensanalyse en -interpretatie en voor het genereren van veel van de grafische weergaven.
"Het is idioot hoeveel de gemiddelde mens wordt blootgesteld als het gaat om de soorten elementen, schimmels en bacteriën waaraan al deze mogelijkheden zijn verbonden", zegt McEwan.