عندما يأتي موسم الحساسية، يلقي الكثيرون باللوم في ردود أفعالهم على النباتات المحلية في الربيع. ومع ذلك، فإن أعمدة الغبار في الصحراء الكبرى والساحل الإفريقي، كبيرة بما يكفي للتسجيل على رادار الطقس، وتسافر حول العالم كل صيف، جالبة شكلها الخاص من تلوث الهواء. .
قام الدكتور شانكار تشيلام، الأستاذ في قسم زاكري للهندسة المدنية والبيئية وأستاذ AP وفلورنس وايلي الثالث في جامعة تكساس إيه آند إم، وطالبه السابق الآن الدكتور سوراف داس، بالاستفادة من الأبحاث السابقة لتحديد الكائنات الحية الدقيقة التي ربما تكون متورطة في ذلك. في رحلة أعمدة الغبار عبر المحيط الأطلسي. ساعد الدكتور دانييل سبالينك، الأستاذ المساعد ومدير SM Tracy Herbarium في جامعة تكساس إيه آند إم، في تحليل علم الأحياء وتحديد البكتيريا والفطريات في العينات.
وقال تشيلام: “نحن جميعا نعاني من الحساسية وربما آثار صحية أخرى أكثر خطورة عندما نستنشق الغبار، وليس من المعروف تماما ما الذي يسبب هذه الحساسية”. «قد يظن البعض أنها مجرد معادن رملية أو طينية موجودة في الغبار، والبعض الآخر يعتقد أنها مرتبطة بالمعادن». أو مواد عضوية موجودة في الغبار، ومن ثم يعتقد البعض أنها بكتيريا وفطريات”.
الأوساخ والبكتيريا والفطريات
يعد هذا البحث، الذي نشر في مجلة العلوم والتكنولوجيا البيئية، أول بحث يدرس ارتباط البكتيريا والفطريات بالعواصف الترابية في أمريكا الشمالية والصحراء.
وقال تشيلام: “قامت مجموعات قليلة بدراسة البكتيريا والفطريات في أفريقيا وأوروبا، ولكن لم يدرس أحد المعادن والبكتيريا والفطريات معًا في حدث الغبار الأفريقي”.
تم أخذ العينات خلال حدث الغبار الصحراوي في هيوستن، تكساس، في أغسطس 2018. وتم قياس التركيبات الأثرية والبكتيرية والفطرية (المجتمعات الفطرية).
وأشار تشيلام إلى أن أحداث الغبار يمكن أن تختلف سنويًا، مع تكوينات عنصرية مختلفة كل عام. من الصعب تحديد المصدر الدقيق للغبار الذي ينتقل إلى هيوستن. وحتى التصوير عبر الأقمار الصناعية للأحداث قد لا يحدد المصدر بدقة. وينتقل الغبار شمالاً إلى أوروبا، ويعبر المحيط الأطلسي ويسافر شرقاً إلى آسيا. منطقة المصدر المحتملة لهذه الدراسة هي الصحراء نفسها لأن الصور أظهرت سحبًا غبارية كبيرة من منطقة الصحراء في أوائل أغسطس.
وأوضح سبالينك أن التنوع البيولوجي للبكتيريا والفطريات في المناطق الحضرية والصناعية مثل هيوستن ديناميكي للغاية، وغالبًا ما يتغير يوميًا. تم العثور على العديد من البكتيريا والفطريات في جميع أنحاء العالم.
وقال سبالينك: “أحد أهم الدروس المستفادة من هذه الدراسة هو أن الكثير من التنوع البيولوجي لم يتم وصفه علمياً”. “ليس لها اسم، ولا يمكن ثقافتها، ولأنها لا يمكن ثقافتها، فمن الصعب دراستها.”
ومع ذلك، تم الكشف عن الكائنات الحية الدقيقة عن طريق استخراج الحمض النووي من المرشحات. كشفت تقنيات التسلسل الدقيق عن الجينومات البكتيرية من 117 عائلة وجينومات فطرية من 164 عائلة. لم تُظهر هذه التقنية ما إذا كانت الميكروبات حية، لكنها كشفت عن العديد من البكتيريا والفطريات المسببة للأمراض، والعديد منها مدرج في قائمة الأولويات العالمية لمنظمة الصحة العالمية لمسببات الأمراض البشرية.
وقال سبالينك: “لا يخبرنا هذا ما إذا كانوا سيتمكنون من نقل العدوى إلينا وإصابتنا بالمرض”. “ولكن على الأقل تم التعرف على الحمض النووي للعديد من البكتيريا والفطريات المسببة للأمراض في الغبار الأفريقي.”
تأثير عنصري
وارتبط التنوع البيولوجي للبكتيريا والفطريات بقوة ببعض العناصر وأبرزها الكالسيوم. وأظهرت الدراسة أن الكالسيوم والزركونيوم مهمان في تفسير تنوع بيتا البكتيري والفطري، وهي النسبة بين تنوع الأنواع الإقليمية والمحلية.
وقال تشيلام: “المعادن التي أكدناها في هذه الدراسة ليست نفس المعادن التي أكدناها في الدراسة السابقة”.
وبينما يمكن العثور على هذه العناصر في غبار الصحراء، إلا أنها توجد أيضًا محليًا في هيوستن.
وقد تم العثور على تحذير مماثل في اكتشافات الكائنات الحية. تم اكتشاف أكثر من 2000 مجموعة عضوية مختلفة. زادت وفرة 17 فقط مع دخول الغبار الصحراوي إلى هيوستن. تم العثور على 17 منها في جميع أنحاء العالم، وتم اكتشاف الكثير منها بكميات أقل قبل الحدث الغباري.
وقال داس: “هناك احتمال أن تحصل دائمًا على نوع من الارتباط ببعض المعادن”. “هذا لا يعني أنه لا يأتي من الغبار الأفريقي.”
توقعات الغبار في المستقبل
يمكن أن تتوسع الدراسات المستقبلية في هذا العمل عن طريق أخذ العينات قبل وأثناء وبعد العواصف الترابية على مدى عدة سنوات. يمكن أيضًا توسيع أخذ العينات جغرافيًا عبر مناطق سفر عمود الغبار.
وستكون العوامل الدافعة مثل تغير المناخ وتأثيرات الأرصاد الجوية الأخرى مهمة أيضًا للبحث المستقبلي.
وقال داس: “إن ديناميكيات الغبار الصحراوي القادمة إلى هيوستن مدفوعة في المقام الأول بالعمليات الجوية”.
وأضاف سبالينك: “هذا يسلط الضوء على أهمية وجود مجموعات البيانات الأساسية هذه”. “من الصعب حقًا التنبؤ بكيفية تغير الكائنات الحية إذا كنت لا تعرف ما حدث في الماضي أو ما يحدث في الوقت الحاضر.”
أكبر عاصفة مسجلة
وأوضح تشيلام أن أكبر عاصفة مسجلة في هيوستن تم قياسها في عام 2020، مما يسلط الضوء على مجال محتمل للبحث في المستقبل.
وقال تشيلام: “لقد كانت كبيرة جدًا لدرجة أنها اكتسبت لقبًا، ويشار إليها الآن باسم عاصفة جودزيلا الترابية”. “لقد صادف أنني كنت أقوم بأخذ عينات في ذلك الوقت، لذا آمل أن نتمكن من الحصول على بعض البيانات والمنشورات الجيدة من ذلك أيضًا.”
قدمت أليفيا ماك إيوان، إحدى طلاب تشيلام الجامعيين، والدكتور جوزيف بروسبيرو، الأستاذ الفخري بجامعة ميامي في فلوريدا، مساهمات كبيرة في هذا البحث. وينسب تشيلام الفضل إلى بروسبيرو، الذي عمل على الغبار الأفريقي منذ أوائل السبعينيات، في إلهام أبحاثه.
وقال تشيلام عن بروسبيرو: “إنه الرجل الذي جلب هذا الغبار الأفريقي لأول مرة إلى وعي المجتمع العلمي”.
يعود الفضل إلى ماك إيوان إلى حد كبير في تحليل وتفسير البيانات وتوليد العديد من التمثيلات الرسومية.
وقال ماك إيوان: “من الجنون مدى تعرض الإنسان العادي لأنواع العناصر والفطريات والبكتيريا التي ترتبط بها كل هذه الإمكانات”.
عندما يأتي موسم الحساسية، يلقي الكثيرون باللوم في ردود أفعالهم على النباتات المحلية في الربيع. ومع ذلك، فإن أعمدة الغبار في الصحراء الكبرى والساحل الإفريقي، كبيرة بما يكفي للتسجيل على رادار الطقس، وتسافر حول العالم كل صيف، جالبة شكلها الخاص من تلوث الهواء. .
قام الدكتور شانكار تشيلام، الأستاذ في قسم زاكري للهندسة المدنية والبيئية وأستاذ AP وفلورنس وايلي الثالث في جامعة تكساس إيه آند إم، وطالبه السابق الآن الدكتور سوراف داس، بالاستفادة من الأبحاث السابقة لتحديد الكائنات الحية الدقيقة التي ربما تكون متورطة في ذلك. في رحلة أعمدة الغبار عبر المحيط الأطلسي. ساعد الدكتور دانييل سبالينك، الأستاذ المساعد ومدير SM Tracy Herbarium في جامعة تكساس إيه آند إم، في تحليل علم الأحياء وتحديد البكتيريا والفطريات في العينات.
وقال تشيلام: “نحن جميعا نعاني من الحساسية وربما آثار صحية أخرى أكثر خطورة عندما نستنشق الغبار، وليس من المعروف تماما ما الذي يسبب هذه الحساسية”. «قد يظن البعض أنها مجرد معادن رملية أو طينية موجودة في الغبار، والبعض الآخر يعتقد أنها مرتبطة بالمعادن». أو مواد عضوية موجودة في الغبار، ومن ثم يعتقد البعض أنها بكتيريا وفطريات”.
الأوساخ والبكتيريا والفطريات
يعد هذا البحث، الذي نشر في مجلة العلوم والتكنولوجيا البيئية، أول بحث يدرس ارتباط البكتيريا والفطريات بالعواصف الترابية في أمريكا الشمالية والصحراء.
وقال تشيلام: “قامت مجموعات قليلة بدراسة البكتيريا والفطريات في أفريقيا وأوروبا، ولكن لم يدرس أحد المعادن والبكتيريا والفطريات معًا في حدث الغبار الأفريقي”.
تم أخذ العينات خلال حدث الغبار الصحراوي في هيوستن، تكساس، في أغسطس 2018. وتم قياس التركيبات الأثرية والبكتيرية والفطرية (المجتمعات الفطرية).
وأشار تشيلام إلى أن أحداث الغبار يمكن أن تختلف سنويًا، مع تكوينات عنصرية مختلفة كل عام. من الصعب تحديد المصدر الدقيق للغبار الذي ينتقل إلى هيوستن. وحتى التصوير عبر الأقمار الصناعية للأحداث قد لا يحدد المصدر بدقة. وينتقل الغبار شمالاً إلى أوروبا، ويعبر المحيط الأطلسي ويسافر شرقاً إلى آسيا. منطقة المصدر المحتملة لهذه الدراسة هي الصحراء نفسها لأن الصور أظهرت سحبًا غبارية كبيرة من منطقة الصحراء في أوائل أغسطس.
وأوضح سبالينك أن التنوع البيولوجي للبكتيريا والفطريات في المناطق الحضرية والصناعية مثل هيوستن ديناميكي للغاية، وغالبًا ما يتغير يوميًا. تم العثور على العديد من البكتيريا والفطريات في جميع أنحاء العالم.
وقال سبالينك: “أحد أهم الدروس المستفادة من هذه الدراسة هو أن الكثير من التنوع البيولوجي لم يتم وصفه علمياً”. “ليس لها اسم، ولا يمكن ثقافتها، ولأنها لا يمكن ثقافتها، فمن الصعب دراستها.”
ومع ذلك، تم الكشف عن الكائنات الحية الدقيقة عن طريق استخراج الحمض النووي من المرشحات. كشفت تقنيات التسلسل الدقيق عن الجينومات البكتيرية من 117 عائلة وجينومات فطرية من 164 عائلة. لم تُظهر هذه التقنية ما إذا كانت الميكروبات حية، لكنها كشفت عن العديد من البكتيريا والفطريات المسببة للأمراض، والعديد منها مدرج في قائمة الأولويات العالمية لمنظمة الصحة العالمية لمسببات الأمراض البشرية.
وقال سبالينك: “لا يخبرنا هذا ما إذا كانوا سيتمكنون من نقل العدوى إلينا وإصابتنا بالمرض”. “ولكن على الأقل تم التعرف على الحمض النووي للعديد من البكتيريا والفطريات المسببة للأمراض في الغبار الأفريقي.”
تأثير عنصري
وارتبط التنوع البيولوجي للبكتيريا والفطريات بقوة ببعض العناصر وأبرزها الكالسيوم. وأظهرت الدراسة أن الكالسيوم والزركونيوم مهمان في تفسير تنوع بيتا البكتيري والفطري، وهي النسبة بين تنوع الأنواع الإقليمية والمحلية.
وقال تشيلام: “المعادن التي أكدناها في هذه الدراسة ليست نفس المعادن التي أكدناها في الدراسة السابقة”.
وبينما يمكن العثور على هذه العناصر في غبار الصحراء، إلا أنها توجد أيضًا محليًا في هيوستن.
وقد تم العثور على تحذير مماثل في اكتشافات الكائنات الحية. تم اكتشاف أكثر من 2000 مجموعة عضوية مختلفة. زادت وفرة 17 فقط مع دخول الغبار الصحراوي إلى هيوستن. تم العثور على 17 منها في جميع أنحاء العالم، وتم اكتشاف الكثير منها بكميات أقل قبل الحدث الغباري.
وقال داس: “هناك احتمال أن تحصل دائمًا على نوع من الارتباط ببعض المعادن”. “هذا لا يعني أنه لا يأتي من الغبار الأفريقي.”
توقعات الغبار في المستقبل
يمكن أن تتوسع الدراسات المستقبلية في هذا العمل عن طريق أخذ العينات قبل وأثناء وبعد العواصف الترابية على مدى عدة سنوات. يمكن أيضًا توسيع أخذ العينات جغرافيًا عبر مناطق سفر عمود الغبار.
وستكون العوامل الدافعة مثل تغير المناخ وتأثيرات الأرصاد الجوية الأخرى مهمة أيضًا للبحث المستقبلي.
وقال داس: “إن ديناميكيات الغبار الصحراوي القادمة إلى هيوستن مدفوعة في المقام الأول بالعمليات الجوية”.
وأضاف سبالينك: “هذا يسلط الضوء على أهمية وجود مجموعات البيانات الأساسية هذه”. “من الصعب حقًا التنبؤ بكيفية تغير الكائنات الحية إذا كنت لا تعرف ما حدث في الماضي أو ما يحدث في الوقت الحاضر.”
أكبر عاصفة مسجلة
وأوضح تشيلام أن أكبر عاصفة مسجلة في هيوستن تم قياسها في عام 2020، مما يسلط الضوء على مجال محتمل للبحث في المستقبل.
وقال تشيلام: “لقد كانت كبيرة جدًا لدرجة أنها اكتسبت لقبًا، ويشار إليها الآن باسم عاصفة جودزيلا الترابية”. “لقد صادف أنني كنت أقوم بأخذ عينات في ذلك الوقت، لذا آمل أن نتمكن من الحصول على بعض البيانات والمنشورات الجيدة من ذلك أيضًا.”
قدمت أليفيا ماك إيوان، إحدى طلاب تشيلام الجامعيين، والدكتور جوزيف بروسبيرو، الأستاذ الفخري بجامعة ميامي في فلوريدا، مساهمات كبيرة في هذا البحث. وينسب تشيلام الفضل إلى بروسبيرو، الذي عمل على الغبار الأفريقي منذ أوائل السبعينيات، في إلهام أبحاثه.
وقال تشيلام عن بروسبيرو: “إنه الرجل الذي جلب هذا الغبار الأفريقي لأول مرة إلى وعي المجتمع العلمي”.
يعود الفضل إلى ماك إيوان إلى حد كبير في تحليل وتفسير البيانات وتوليد العديد من التمثيلات الرسومية.
وقال ماك إيوان: “من الجنون مدى تعرض الإنسان العادي لأنواع العناصر والفطريات والبكتيريا التي ترتبط بها كل هذه الإمكانات”.
