Flusso di aerosolizzazione, bio

Aug 16, 2023

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 809 (2023) Citare questo articolo

Dettagli sulle metriche

Poco si sa sulle capacità di diffusione del Limnomonas gaiensis nei laghi d’acqua dolce del Nord Europa. In questo studio, mostriamo che la specie potrebbe essere aerosolizzata con successo da fonti d'acqua mediante lo scoppio di bolle (2-40 particelle.cm−3), indipendentemente dalla sua densità nella fonte d'acqua o dalla velocità del getto utilizzata per simulare la rottura delle onde. La vitalità della specie è stata influenzata sia dalle turbolenze dell'acqua che dall'aerosol. Il tasso di sopravvivenza delle cellule emesse era basso, ceppo-specifico e influenzato in modo diverso dai processi di rottura delle bolle. L'entità "microalghe e bionti" potrebbe produrre etanolo e nucleare attivamente le proteine ​​attive della nucleazione solubile del ghiaccio mediata dal ghiaccio (principalmente ≤ −18 ° C), influenzando così potenzialmente la formazione di smog e nuvole. Inoltre, i ceppi più piccoli potrebbero far fronte meglio ai fattori di stress applicati. La sopravvivenza all'esposizione a breve termine a temperature fino a -21 °C e agli eventi di congelamento suggeriscono inoltre che L. gaiensis potrebbe essere disperso nell'aria e contribuire alla sua deposizione.

La microalga Limnomonas gaiensis vive nei laghi d'acqua dolce del Nord Europa. Questo membro del filogruppo Chlamydomonas è stato recentemente descritto dal punto di vista morfologico e genetico1. La specie è stata isolata da sistemi idrici non collegati nel Nord Europa1 e presenta caratteristiche chiave per la dispersione degli organismi e l'adattamento locale, caratterizzate da un potenziale di acclimatazione a un ampio intervallo di pH2. Tuttavia, la sua capacità di diffusione non è nota.

Sono state segnalate specie di Chlamydomonas presenti nell'aria provenienti da un'ampia gamma di posizioni geografiche3, con una dispersione riuscita4,5,6 inclusa la specie nevosa C. nivalis7. A causa della distanza e dell’assenza di connettività idrica tra i laghi in cui è presente L. gaiensis, abbiamo ipotizzato che la dispersione dell’aria possa svolgere un ruolo nella sua diffusione.

Le microalghe acquatiche vengono aerosolizzate dall'abrasione della superficie dell'acqua3, tramite l'attrito del vento e le creste delle onde che si infrangono generando gocce di schiuma8, o mediante lo scoppio di bolle producendo pellicole o goccioline a getto. L'aerosolizzazione di microalghe è stata segnalata sulla terra e sull'oceano, con variazioni in base alla posizione, alle condizioni del vento3,9, alla densità degli organismi nella fonte d'acqua e alle condizioni di crescita10,11. Ad oggi, sono disponibili meno di una manciata di flussi di emissione4,12,13,14 che raggiungono fino a 3 × 103 cellule.m−3 nelle microalghe e 4 × 105 cellule.m−3 nelle picomicroalghe (0,2–2 µm). Inoltre, i processi che governano l’aerosolizzazione delle microalghe sono ancora scarsamente caratterizzati.

L'aerosolizzazione delle microalghe ha attirato l'attenzione a causa della loro capacità di interagire con l'atmosfera, adattandosi morfologicamente per sopravvivere alle condizioni atmosferiche15, disperdendosi in nuovi ambienti ed essendo una fonte di rischi sanitari per l'ambiente e la società3,9,16. La proliferazione di microalghe presenti nell'aria, come Chlamydomonas spp.16, può portare a gravi problemi ambientali e sanitari sia negli ambienti chiusi16,17 che all'aperto3,9,18. Inoltre, alcuni possono proliferare in laghi contaminati da cianobatteri tossici6, una similitudine con L. gaiensis1.

Le microalghe possono produrre composti organici volatili (COV) importanti per la chimica atmosferica19,20,21,22. Possono anche nucleare attivamente il ghiaccio da una temperatura inferiore a −6 °C mediata dalla produzione di composti attivi per la nucleazione del ghiaccio (INA)23 e da una temperatura inferiore a −23 °C attraverso la produzione di essudati INA24. Più specificamente, alcuni Chlamydomonas sp. può nucleare attivamente il ghiaccio25 a temperature comprese tra −8 e −17 °C. Pertanto, i COV microalgali e le molecole INA prodotti possono avere un potenziale impatto sui processi atmosferici come la formazione delle nuvole e la loro stessa deposizione.

Non si prevede che le microalghe aerosolizzate rimangano sospese nell'aria per periodi di tempo prolungati a causa delle loro dimensioni generalmente grandi3. Per questo motivo si ritiene trascurabile il loro impatto sul clima e sulla diffusione del trasporto aereo mediato. Sorprendentemente, alcune microalghe sono state segnalate molto lontano dalle loro potenziali fonti, anche in luoghi remoti come l'Antartide3,26,27,28. Inoltre, utilizzando l'analisi della traiettoria posteriore, gli studi hanno dimostrato che il trasporto lungo e vitale delle microalghe era fattibile15,29,30,31. Il lungo trasporto aereo dà luogo a numerose opportunità di interazione con la radiazione solare e aumenta il loro potenziale di agire come i cosiddetti nuclei di condensazione delle nuvole giganti (CCN) che formano il seme per la formazione delle goccioline liquide delle nuvole. Il ruolo delle microalghe presenti nell'aria come CCN gigante è stato precedentemente suggerito28 ma finora non è ben compreso.