какие микробы в снегу
Малыш ест снег? Покажите ему, кто в нем живет!
Удивительный микромир. Кто живет в снегу?
Снег – удивительное природное явление. Белоснежный, холодный – он окутывает Землю, и жизнь замирает. Но такой ли он безжизненный на самом деле? Вовсе нет! Если собрать немного снега в баночку, пару дней подержать его на подоконнике, а потом посмотреть в микроскоп, то можно увидеть такую вот примерно картину:
Водоросли льда и снега называются криофильными. Самая распространенная из них – Хламидомонада снежная. Она делает снег розовым. Рафидонема снежная окрашивает снег в зеленый, а Анцилонема Норденшельда – в коричневый цвет. Всего описано около 100 видов снежных водорослей.
Помимо водорослей в снегу могут присутствовать споры грибов и бактерии. В 1 миллилитре талого снега может находиться до сотни тысяч бактерий! В основном это сапрофитные коринебактерии рода Azotobacter, составляющие важную часть микрофлоры воздуха. Для организма они безвредны, а вот некоторые стафилококки и микрококки могут пагубно отразиться на здоровье малыша – любителя полакомиться снегом. Невооруженным глазом бактерии конечно не увидишь. Но если посадить комочек снега в чашку Петри на питательную среду, то через недельку бактерии размножатся и образуют видимые глазу колонии. Выглядит это примерно вот так:
Надеюсь, эти красочные фото убедят вашего сорванца в том, что снег и сосульки – это не лакомство. Не говоря уже о химически загрязненном снежке: аммиак, диоксид серы, хром, свинец. Убойный коктейль, в самом прямом смысле. Но если вам самим очень уж хочется ловить языком снежинки, поезжайте далеко-далеко за город. Или в горы. Согласно научным исследованиям, на высоте более 500 метров в 1 литре воздуха можно найти всего 2-3 бактерии. А снег, собранный в тайге, совершенно стерилен. Ешь – не хочу! Однако, увлекаться все же не стоит. 
Вот такой он – снег: такой знакомый и такой загадочный.
Интересные околонаучные статьи для особо любознательных: «Когда цветут ледники» и «Бактерии снега и дождя».
Чем снег опасен для детей: 5 глупых вещей, которые мы больше не делаем
Ну, разве что иногда… 🙂
В детстве все немного авантюристы. И зима для маленьких любителей экспериментов – особенно благодатное время. Когда выпал снег, все подмерзло и стало красиво блестеть, так и тянет на приятные шалости. Но, к сожалению, когда шалость наконец удалась, приходится за нее расплачиваться. Наша подборка как раз об этом.
Вот 5 вещей, которые ты точно не захочешь повторить снова.
Облизывать железяки на детской площадке
Помнишь эту рисковую детскую забаву? Когда железные штуки так и манят прикоснуться к ним хотя бы самым кончиком языка. А помнишь эту дикую боль, когда пытаешься оторвать примерзший язык от металла?
Никогда больше так не делай (и младшеньких не пускай)! Влага на языке быстро превращается в лед и примерзает к металлу. Так в этом и прикол, скажешь? Ну, как тебе сказать… Отрывать язык от железяки довольно опасно – в процессе ты можешь сильно повредить слизистую, которая после этого будет долго заживать.
Если уж очень приспичило приклеиться – отогревай язычок. Как? Дыши ртом или лей теплую воду – это самый надежный способ максимально безболезненно вызволить себя без серьезных последствий.
Бегать и кататься по льду в обычной обуви
Признайся, до сих пор при виде замерзшей лужи или утоптанного снега разбегаешься, чтобы прокатиться по скользкой дорожке? Да, это весело – как будто летишь. Но и рискованно – можно очень неудачно упасть и подвернуть руку или ногу. В худшем случае – сломать копчик. А это уже грозит инвалидностью.
Кстати, и обуви такие забавы на пользу не идут. Подошва стирается и начинает скользить и тогда, когда ты совсем не настроена развлекаться. В общем, хочешь кататься – бери коньки и иди на каток.
Грызть и сосать сосульки
Это грешок за тобой наверняка водится. В детстве всем интересно, какие они на вкус, эти аппетитные ледышки. Некоторым так нравится освежающая прохлада сосулек, что они регулярно ими угощаются. Если ты ни разу после таких перекусов не заболела, тебе очень повезло.
Поедание такого незаурядного десерта повышает риск заболеть простудой и ангиной.
Но не только ими! Ведь никто не знает, какие бактерии и микробы содержит в себе замерзшая вода. Можно заболеть чем угодно.
Лежать и сидеть на снегу, делать «ангелочка»
Этим увлекаются не только дети, но и многие взрослые. Каким бы безобидным ни казалось это занятие, последствия могут быть печальными.
Подумай сама, когда теплое тело соприкасается со снегом, он начинает таять. Одежда намокает. А воздух охлажден до-15 или даже-30 градусов по Цельсию. Организм очень быстро переохладится и замерзнет. Дальше – озноб, ломота, насморк и другие «прелести» простуды. К тому же снег может попасть еще и под одежду и в обувь, дополнительно охладив тебя.
Есть снег
Помню, как мы в детском саду ели его на прогулке веточками вместо ложек. Тоже такое было? И как мы еще живы?
Оказывается, есть снег еще опаснее, чем грызть сосульки. Днями и ночами он вбирает в себя чуть ли не всю таблицу Менделеева, особенно на улицах города. Но не только тяжелые металлы и прочие химические элементы могут оказаться в твоей порции снега – могут попасться еще и яйца глистов.
В общем, даже белый и пушистый на вид снежок – жутко вредная штука, которую внутрь употреблять точно не стоит. Лучше лепить из него снеговиков и снежных баб. А еще можно играть в снежки и строить снежные городки. Но ни в коем случае не есть!
Микробы живут даже в «стерильном» полярном снеге
Ученые впервые нашли живых бактерий в полярном льдах и снегах. Разумеется, микробы повсеместно присутствуют в полярных регионах, как замечает ведущая исследовательница этого проекта Келли Редекер, но вот найти метаболически активных микробов, то есть тех, в которых идут катализируемые энзимами реакции, прямо в снежной массе — такого не было никогда.
Полярная снежная масса существует в крайне экстремальных условиях, где постоянные ветра смешивают верхние и вторичные слои снега. Квазижидкостная пленка на поверхности наноса может просочиться внутрь, разрушая условия для проживания микробов.
Чтобы справиться с этими уникальными условиями, группа Редекер разработала систему обработки остаточных газов, которая «минимизирует сигналы от физических, химических и альтернативных биологических источников». Используя химические вещества под названием галоидметилы в качестве химзондов, ученые смогли зафиксировать ясные признаки метаболической активности, которые показывают, что жизнь действительно найдет выход в какой угодно ситуации.
Это открытие доказывает, что, возможно, нам стоит пересмотреть наши представления, где жизнь может существовать, а где нет, что значительно изменит дальнейшие поиски внеземной жизни в далеком космосе.
О, этот благодатный дождь из бактерий!
Автор
Редактор
Многие традиционно считают дождевую воду почти стерильной, но, оказывается, это совсем не так! Из литра дождевой воды или свежего снега можно выделить до миллиона бактерий. Может быть, эти бактерии были случайно подхвачены ветром и смешаны с дождем? Вовсе нет, именно благодаря микробам вода спустилась с небес на землю! В этом обзоре читайте, как бактерии управляют погодой, совершают межконтинентальные перелеты и насколько значима их роль в образовании осадков.
С чего начинается дождь?
Представьте себе поднимающиеся в атмосфере пары́ воды. Они охлаждаются, образуя мельчайшие кристаллики или капельки, которые скапливаются, формируя облака, а когда вес отдельных слившихся частиц становится слишком велик, с неба на нас идет дождь или снег. Но до какой температуры охлаждается вода в облаках? Если вода очень чистая, то она не замерзает при 0 °С и остается жидкой до −36 °С или даже ниже — это явление называется сверхохлаждением воды. Обычная же температура внутри облака, при которой начинают идти дождь или снег, от −10 до −15 °С.
Эксперимент со сверхохлажденной водой.
Рисунок 1. Схема образования осадков. Обратите внимание, что и снег, и дождь начинаются с образования льдинок. Рисунок из [1].
Выпадение осадков становится возможным благодаря взвешенным в воздухе ядрам конденсации: сформировавшимся каплям или мельчайшим твердым частицам, например, пыли и сажи, вокруг которых скапливаются отдельные молекулы воды. Они еще не перестали быть паром или капельками (диаметр в среднем 20 микрометров (0,006–0,035 мм) — очень мало по сравнению с падающей на землю каплей дождя), но вероятность перехода в твердое состояние уже существенно возрастает: эти водные агрегаты находятся в метастабильном состоянии, т.е. переходном положении между взвешенной в воздухе жидкой водой и плотным льдом, сформировавшимся вокруг ядра. В зависимости от температуры резкий переход всех молекул воды в твердую фазу происходит с большей или меньшей вероятностью, которая повышается с понижением температуры. Для каждого ядра конденсации характерна особая температура образования льда. Таким образом, процесс формирования льда влияет на выпадение осадков и, кроме того, на количество солнечной радиации, отраженной или не отраженной облаками [1]. Стоит добавить, что в подавляющем большинстве случаев из облака сначала выпадает град или снег, который тает и превращается в дождь ближе к земле (рис. 1).
С конца 1950-х годов ученые по всему миру начали воссоздавать облака в лабораторных условиях и испытывать различные ядра конденсации, рассчитывая температуру образования льда. Для этого к тщательно очищенной и сверхохлажденной воде добавляли разные вещества. Оказалось, что если использовать в качестве ядер частицы минеральной пыли, лед образуется при температуре ниже −15 °С. Однако, как было отмечено выше, в облаках этот процесс происходит при более высоких температурах [1].
Испытания различных экстрактов из почвы, смывов с поверхности листьев или даже бактерий и грибов, снятых с растений, показали, что органические молекулы могут служить ядрами конденсации, образующими лед, иногда даже при −1,3 °С [1].
Таким образом, возможно, что за круговорот воды в природе и «дозирование» света, падающего на землю, — за то, что принципиально важно для продолжения жизни на Земле, — отвечают существа, на этой Земле обитающие.
Хозяева льда
Многие живые существа умеют выделять молекулы, обладающие способностью формировать лед вокруг себя. Считается, что главная функция этих молекул — защитить организм от острых кристалликов льда там, где они могут повредить живые клетки. Для этого вода замораживается на безопасном расстоянии. Роль ядер конденсации играют в основном белки, иногда липопротеины, но есть данные, что сахарá на поверхности пыльцы тоже могут превращать холодную жидкую воду в лед [2].
Среди водорослей лед-формирующей способностью точно обладают виды рода Chlorella — распространенные обитатели почвы и воды. Их клетки вызывают образование льда уже при −6 °C. Известно, что Chlorella spp. легко разносятся воздушными массами, но их вклад в образование осадков еще не изучен [2].
А лучше всего, конечно, описаны замораживающие воду бактерии. Интересно, что все известные виды бактерий, участвующие в образовании льда, принадлежат к одной группе γ-Proteobacteria (грамотрицательные подвижные палочки, не образующие спор). Большинство из них так или иначе связано с растениями (гамма-протеобактерии могут быть как патогенами, так и комменсалами и даже стимуляторами роста растений). Перечислим только некоторых из них: Pseudomonas syringae, P. viridiflava, P. fluorescens, P. borealis, Pantoea agglomerans, Pantoea ananatis и Xanthomonas campestris [2].
Способность вызывать формирование льда у Pseudomonas syringae была открыта в 1972 году (рис. 2). Длина ее клеток примерно 2 мкм, так что они вполне могут затеряться среди капелек дождя (20 мкм, помните?). Эта бактерия считается опасным вредителем в сельском хозяйстве, т.к. наносит серьезные травмы тканям растений: кристаллы льда прокалывают клеточные стенки, освобождая доступ к питательным веществам внутри клеток (рис. 3).
Рисунок 2. Pseudomonas syringae. Рисунок из [1].
Рисунок 3. Лед на листьях крапивы. Фото: Robert Reisman.
Белки в инее
У всех γ-Proteobacteria за образование льда отвечают очень похожие между собой белки длиной 800-1200 аминокислот. Название этой группы белков (INA) напоминает нам об инее, а происходит от английских слов Ice Nucleation Activity. Одним концом белки INA закрепляются во внешней мембране клетки, а их центральные части образуют множество петель β-укладки (рис. 4). Эта четкая структура помогает упорядочить молекулы воды и вызвать образование льда. В оптимальных условиях белок способен замораживать воду при −1 °С, но такое случается редко, обычно он объединяется в комплексы (примерно по 50 копий белка) на поверхности бактерии и участвует в образовании льда при −2 °С (рис. 5) [2].
Очищенные белки INA и их производные используются для получения искусственного снега, например, на горнолыжных курортах или для моментальной заморозки продуктов.
Рисунок 4. Схема строения центральной части белка INA. Цветом выделены аминокислоты, присутствующие во всех белках этого типа. Считается, что именно петли образуют слабые донорно-акцепторные связи с атомами водорода в молекулах воды. Рисунок из [2].
Рисунок 5. Формирование льда бактериальным белком на поверхности растения. Зеленым изображены параллельные петли белка INA. Красно-белые молекулы — замерзшая вода, протыкающая острыми иглами лист растения. Рисунок — Tobias Weidner (Max Planck Institute for Polymer Research).
Бактерии раскручивают круговорот воды
Благодаря способности образовывать лед и вызывать выпадение осадков микроорганизмы получают возможность спуститься на землю после воздушного путешествия. Ученые предложили следующий цикл: бактерии, поднимаясь с листьев растений вместе с испаряющейся влагой, оказываются в облаке, перемещаются на огромные расстояния (типичные почвенные микроорганизмы были обнаружены даже в снегах Антарктиды), а затем опускаются на землю со снегом или дождем. Осадки ускоряют рост растений, на поверхности которых размножаются бактерии, готовые снова отправиться в полет (рис. 6).
Рисунок 6. Бактерии в атмосфере участвуют в образовании осадков (дождя и снега) и могут возвращаться на землю во время осадков (и без них тоже). Рисунок с сайта microbewiki.kenyon.edu.
Чтобы проверить, как часто бактерии служат ядрами конденсации, исследователи собрали образцы снега возле города Бозмен в Монтане (север США, 1451 м над уровнем моря), со склонов французских Альп и Пиренеев, с острова Росс возле Антарктиды и ледника на Юконе (север Канады). Оказалось, что больше всего ядер конденсации находится в снегу, выпавшем в нижних широтах (США и Франции по сравнению с Юконом и Антарктидой). Видимо, над этими зонами температура внутри облаков значительно выше, чем возле полюсов. Но во всех образцах были найдены ядра конденсации биологического происхождения. И среди них примерно 40% оказались бактериями [4].
Таким образом, любое влияние на движение бактерий в атмосфере — засеивание полей, вырубка лесов, рост городов — может неизвестным образом повлиять на количество выпадающих осадков. Для юга Америки было показано, что над крупными городами, где теплый воздух поднимается значительно быстрее, чем над сельской местностью, дожди идут чаще [5]. Существует гипотеза, что над тропическими лесами обильные ливни вызваны множеством бактерий, живущих в этом лесу. Однако есть работы, где влияние бактерий на атмосферу оценивается меньше, чем в 1% [6].
За 60 лет исследований в этой области была доказана роль бактерий в образовании осадков, но роль бактерий, водорослей, грибов, возможность их размножения в воздухе, пути движения в атмосфере и множество других вопросов остаются предметом для дальнейшего изучения.
Чудесная съемка, запечатлевшая, как быстро замерзает сверхохлажденная вода, если в нее добавить бактерий с белками INA. Обратите внимание, что термостат показывает температуру, при которой вода сама не замерзает — и это −7 °С.
Интересные ссылки
Сайт, где можно посмотреть на движение облаков на Земле в течение последних 10 лет.
Немного больше гипотез и интересных вопросов по теме в журнале «Батрахоспермум».
Научно-популярная книжка на русском про облака: Гэвин Претор-Пинней. Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков. (на сайте можно скачать во множестве разных форматов).
Даже чистый белый снег содержит множество микробов
Поразительные методы выживания в снегу и во льду разработали различные организмы. Они могут ждать сезонных оттепелей, замедлять свой метаболизм, вырабатывать незамерзающие белки или стимулировать вокруг себя таяние снега. Некоторые были известны науке давно, но многие были обнаружены только в последние годы.
Например, есть «арбузный снег», розовый или красный цвет которого был описан Аристотелем много веков назад. Но только в XIX веке ученые поняли, что это явление вызвано чем-то живым. Теперь мы знаем, что это такой цвет придают снегу несколько видов водорослей, включая Chlamydomonas nivalis, часто встречающуюся в горах, полярных регионах и других местах, где снег лежит весь год. Сами водоросли зеленые, но для защиты от ультрафиолетового излучения они выделяют красный пигмент. Он уменьшает коэффициент диффузного отражения снега, помогая ему таять и защищая водоросли, а те служат пищей местным обитателям: ледяным и круглым червям, коловраткам и тихоходкам.
Снег часто содержит микробов еще до того, как он достигает земли, а иногда не может без них образоваться. У снежинок, как и у капель дождя, молекулы воды собираются еще в небе вокруг ядер. Ими могут быть не только частицы пыли или сажи, но и бактерии Pseudomonas syringae, попадающие в воздух с испарениями влаги из листвы и почвы или просто выброшенные в атмосферу ветром. На их поверхности есть белки, очень эффективно заставляющие воду замерзать. Ее молекулы собираются вокруг них, замерзают и выпадают в виде снежинок. Эту бактерию даже часто используют для создания искусственного снега на лыжных склонах.
Есть также водоросли, которые живут в ледниках и морском льду. Кроме того, существуют еще не обнаруженные микробы, которые адаптировались к жизни во льду. Ученые нашили признаки бактериальной жизни в Антарктиде, например, на поверхности снега, а также в темных озерах, находящихся глубоко под огромным ледяным покровом.