Бесчисленная армия. Микроорганизмы становятся врагами человечества на фоне глобального потепления
Бесчисленная армия. Микроорганизмы становятся врагами человечества на фоне глобального потепления

Бесчисленная армия. Микроорганизмы становятся врагами человечества на фоне глобального потепления

Все формы жизни на планете имеют свои отдельные важные функции для поддержания экосистем и биоразнообразия, как и в любом разветвленном отдельно взятом организме все органы и клетки выполняют определенные функции для поддержания жизнедеятельности. Если же имеет место какой-то сбой, как вот, к примеру, у человека, болеющего каким-то аутоиммунным заболеванием, клетки-регуляторы иммунной системы (T-киллеры) начинают ошибочно атаковать другие здоровые клетки. В конце концов, это разрушает полноценную функциональность организма и в лучшем случае, человек вынужден жить с инвалидностью.

Так же и наша планета — единый живой организм, а последствия антропогенной деятельности человечества вызвали тот самый сбой, когда отдельные элементы в разных биомах уже не работают как частицы общей пищевой цепи, а наоборот.

Около 70% поверхности Земли занимают морские экосистемы. Пооценки морских биологов, биомасса микроорганизмов составляет около 90% от общей массы морских обитателей. Количество клеток микроорганизмов в морской среде превышает 10²⁹. Фиксируя углерод и азот, то есть поглощая их, и осуществляя реминерализацию органических веществ, они формируют основу пищевой цепи. Поглощение углерода и его захоронение в морском осадке остается ключевым механизмом долгосрочного сокращения объемов углекислого газа в атмосфере.

Морской фитопланктон поглощает половину всего углерода, который связывается во время фотосинтеза из углекислого газа в атмосфере, где-то около 5×10¹⁰ тонн углерода в год. Он же отдает половину от всего объема кислорода, который возвращается в атмосферу. И это при том, что общая биомасса этого фитопланктона составляет лишь 1% от общей биомассы растений.

Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере и рост температуры приводит к нагреванию морской воды, уменьшению ее плотности, а также вызывает расслоение и подкисление, что непосредственно влияет на перемешивание и вертикальную и термохалинную регуляции

Бесчисленная армия. Микроорганизмы становятся врагами человечества на фоне глобального потепления - Фото 1Между океанскими бассейнами существует постоянное перемешивание, которое уменьшает разницу между ними и объединяет океаны Земли в глобальную систему. Во время движения водные массы постоянно перемещают как энергию (в форме тепла), так и вещество (частицы, растворенные вещества и газы), поэтому термохалинная циркуляция существенно влияет на климат Земли.. Все это уменьшает количество питательных веществ, которые поднимаются из глубин в верхние слои, и снижает эффективность поглощения углерода микроорганизмами.

За последние полвека количество воды в открытом океане с нулевым содержанием кислорода возросший более чем в 4 раза. С середины ХХ века в прибрежных районах количество зон с низкой концентрацией кислорода возросло более чем в 10 раз.

Спецпроекты
Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Атлас Мирового океана

Ученые ожидают, что с дальнейшим ростом температуры на планете уровень содержания кислорода в этих акваториях будет продолжать падать. Даже незначительное падение уровня кислорода в воде замедляет рост морских обитателей и приводит к деградации микроорганизмов, которые поглощают углерод и азот. При отсутствии кислорода в воде может происходить повышение концентрации оксида азота, способного влиять на тепловой баланс на планете в 300 раз сильнее, чем диоксид углерода и сероводород. Нагрев поверхностных вод затрудняет попадание кислорода в глубины океана и кроме этого сокращает уровень кислорода, который и так уже находится в воде.

Теплая вода ускоряет метаболизм морских обитателей, и они начинают нуждаться в большем количестве кислорода. В прибрежных водах в результате сброса промышленных и бытовых отходов образуется чрезмерный уровень загрязнения питательными веществами, что в свою очередь приводит к цветению водорослей, которые при разложении также активно потребляют кислород.

Наиболее распространенными питательными веществами, вызывающими цветение водорослей, являются азот и фосфор, которые кроме как естественным образом — из рек и ручьев, также попадают в моря и океаны в результате сбросов неочищенных вод и сельскохозяйственной деятельности.

В течение последних десятилетий появляется все больше сообщений о так называемых красных приливах, вызванных массовым размножением микроскопических водорослей, которые придают воде красноватый, а иногда темно коричневый оттенок.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Wikipedia.org

Преимущественно за это ответственны динофитовые и диатомовые водоросли. В условиях высокой температуры и чрезмерного количества питательных веществ они быстро размножаются и образуют плотный слой на поверхности воды, препятствуя попаданию солнечного света и лишая другие растения и микроорганизмы возможности осуществлять жизненно необходимый им фотосинтез. Умирая и разлагаясь они также потребляют большое количество кислорода из воды, что способствует расширению зон кислородного минимума. В таких зонах морские обитатели не могут существовать из-за недостаточного уровня кислорода в воде.

Но кроме этого эти водоросли еще и токсичны. Токсины, которые они производят, накапливаются в тканях моллюсков, рыб и других морских животных, а затем в качестве пищи могут попасть на стол к людям, вызывая целый ряд поражений, от желудочно-кишечных расстройств до серьезных неврологических нарушений.

Спецпроекты

Например, красные приливы уже стали привычным явлением в Мексиканском заливе, заливе Мэн, вблизи Калифорнии и в Северном море. Частые красные приливы в Мексиканском заливе вызваны динофитовыми водорослями Karenia brevis, которые производят опасный токсин бреветоксин. Отравление одной из разновидностей этого токсина может вызвать диарею, паралич мышц и даже привести к смерти в результате остановки дыхания.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
ЕКА

В заливе Мэн красные приливы вызывают динофитовые водоросли Alexandrium catanella и Alexandrium fundyense. Они производят сакситоксины, что могут привести к паралитическому отравлению у людей, если они, например, потребляют моллюсков, ткани которых накопили эти токсины.

В Калифорнии виновниками красных приливов выступают диатомовые водоросли Pseudo-Nitzschia. Они вырабатывают токсичную домоевую кислоту.

Но далеко ходить не надо, в последние годы красные приливы становятся привычным явлением в Черном море, например вблизи побережья Одессы. Последний раз красный прилив здесь фиксировали в сентябре 2024 года, а один из самых масштабных в этом районе произошел в 2020 году.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Владислав Балинский/ Facebook

По информации местного эколога Владислава Балинского, виновником красного прилива в сентябре 2024 года стали фотосинтезирующие динофитовые водоросли Lingylodinium polyedra. Они сделали воду опасной для купания из-за возможного риска аллергических реакций и сделали невозможным потребление морепродуктов из-за угрозы отравления.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Галина Теренько/ Facebook

Причиной появления этих водорослей эколог назвал опреснение воды и загрязнение ее биогенами.

Токсины динофитовых водорослей также могут попадать в организм человека из воздуха, вызывая поражение органов дыхания, ухудшение памяти, токсические повреждения головного мозга, а в случае паралитического отравления приводить к смерти.

Другим опасным явлением является глобальное распространение цианобактерий или сине-зеленых водорослей. Сейчас известно о существовании не менее 50 видов токсичных цианобактерий. Развитие их адаптивных механизмов позволяет этим микроорганизмам существовать практически в любых условиях. Их можно встретить как в пресных водоемах, так в слабо соленой и соленой воде от тропиков до антарктического пояса. Они способны вырабатывать гепатотоксины, нейротоксины, цитотоксины, дерматотоксины, опасные как для животных, так и для людей. Их массовое распространение приводит к гибели обитателей водных экосистем и сокращению объемов кислорода в воде, поскольку цветение этих водорослей также блокирует прохождение солнечного света.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
ЕВМЕТСАТ/Сентинел3

Цветение цианобактерий происходит преимущественно, когда температура воды достигает 20-25 С⁰. В то же время отдельные виды цианобактерий способны размножаться и цвести даже в холодной воде и в озерах, покрытых льдом.

Вследствие глобального потепления и роста температуры в водных экосистемах, в озерах на территории Европы были обнаружены виды Cylindrospermopsis, Raphidiopsis raciborskii, которые являются типичными жителями субтропических регионов. Кроме того, благодаря наличию фотозащитных пигментов (каротиноидов) и поглощающих ультрафиолет компонентов (микоспорин-подобных аминокислот) цианобактерии сохраняют жизнеспособность даже при экстремально высоких уровнях радиации.

Глобальное потепление и частые колебания климата увеличивают продолжительность сезонов дождей и засух. В частности, засухи усиливают соленость воды в озерах и реках. Повышение среднегодовых температур может не только способствовать росту цианобактерий, но и влиять на образование токсинов. Более того, даже не токсичные цианобактерии с повышением температуры могут начать синтезировать токсины. На высокую активность и распространение цианобактерий также влияет таяние льда.

Важным источником питательных веществ для стремительного развития цианобактерий также служат азот и фосфор, которые попадают в поверхностные воды из почвы в результате сельскохозяйственной деятельности.

Глобальное распространение токсигенных цианобактерий представляет наиболее серьезную угрозу для окружающей среды. В пресноводных водоемах около 70% цианобактерий являются токсичными.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Depositphotos

В зависимости от конкретной группы токсинов цианобактерий, эти опасные вещества способны вызвать некротическое повреждение внутренних органов — печени, почек, селезенки, легких, кишечника, вызвать воспаление и раздражение желудочно-кишечного тракта.

В случае массового цветения цианобактерии могут вызвать у людей кожное покраснение, зуд или высыпания, приступы астмы, стать причиной раздражения слизистой глаз, привести к появлению сыпи, волдырей на лице и других частях тела.
Сине-зеленые водоросли выделяют свои токсины и воздух, после этого может наступить легочная недостаточность и удушье.

Кроме этого цианобактерии синтезируют метаболиты, которые ухудшают вкус и запах воды.
Лабораторные и полевые наблюдения антропогенного загрязнения природных вод показывают, что сочетание повышенной температуры с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере создают очень благоприятные условия для доминирования цианобактерий в различных экосистемах.

Гранулированный активированный уголь удаляет цианотоксины из воды, устраняет проблему вкуса и запаха. Обратный осмос, нанофильтрация и ультрафильтрация удаляют цианобактерии из воды и цианотоксины. Хлорирование устраняет цианобактерии, но не устраняет цианотоксины.

Самый надежный метод борьбы с цианобактериями в бытовой водоподготовке — ультрафиолетовое облучение, с цианотоксинами — фильтрация воды через слой активированного угля.

Как отмечается в докладе ЮНЕСКО «Состояние Мирового океана в 2024 году», за последние 20 лет потепление мирового океана ускорилось вдвое. В частности, в 2023 году был зафиксирован один из самых высоких приростов температуры с 1950-х годов.

В Средиземном море, тропической части Атлантического океана и Южных океанах наблюдаются явные очаги потепления выше 2°C.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Студия научной визуализации НАСА

С 1960-х годов прошлого века океан уже потерял 2% кислорода из-за роста температуры и загрязнения сточными водами и сбросами от сельскохозяйственной деятельности. Обнаружено около 500 мертвых зон, в которых почти не осталось морской флоры и фауны из-за низкого уровня кислорода.

В прибрежных водах наблюдаются резкие колебания от высокого до низкого уровня закисления, что приводит к массовому вымиранию молодых поколений животных и растений, которые недостаточно адаптированы, чтобы выжить.

Миф о том, что коровы «напердели» потепление

Когда я впервые услышал, что коровы и другие жвачные животные, которые в процессе жизнедеятельности производят метан, виноваты в выбросах парниковых газов больше, чем транспортная сфера, это как-то не укладывалось у меня в голове. Понятно, что контекст несколько сложнее этого примитивного утверждения. Конечно, если учитывать мировые объемы животноводства в мире, включая мясопереработку, производство кормов, вырубку лесов под пастбища и так далее, тот вклад в нагрев атмосферы будет.

Жвачные животные отличаются тем, что их желудок имеет 4 отдела вместо одного. Самый большой из этих отделов, называемый рубец, служит убежищем для анаэробных микроорганизмов, которые называются метаногенные археи. Это единственные из известных организмов, способные производить метан.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Бертран Кулик/Гузелян

Метан — один из ключевых парниковых газов, способный задерживать тепло в 30 раз эффективнее углекислого газа. В среднем он не сохраняется в атмосфере более 8-12 лет, однако после этого метан образует водяной пар и тот же углекислый газ. Вклад метана в парниковый эффект оценивается где-то на уровне от 4 до 9%. По сравнению с доиндустриальной эпохой его концентрация в атмосфере выросла более чем вдвое. Самый высокий уровень метана наблюдался в 21.20.2020 годах и составлял 15-18 частиц на миллиард.

В желудке жвачных животных микроорганизмы, среди прочего бактерии и грибки помогают переваривать пищу. В результате этой ферментации образуются водород и углекислый газ, которые используются метагоненными археями для производства метана.

Где-то одна корова производит от 70 до 120 кг метана в год. В целом весь крупный рогатый скот в мире выпускает в атмосферу количество метана, эквивалентное 3,1 млрд тонн углекислого газа.

Сейчас в развитых странах, например, США и Европе, активно практикуют добавление в корм для жвачных животных специальные добавки, которые сокращают выбросы метана. Среди наиболее распространенных 3-нитроксипропанол, водоросли Asparagopsis и нитраты, которые снижают выбросы метана более чем на 10%.

В Швейцарии компания Agolin выпускает средство из гвоздики, дикой моркови и семян кориандра, которое просто смешивают с минеральными кормами и дают тем самым коровам.

Как отмечает технический руководитель Agolin Беатрис Цвайфель, эта добавка уже входит в рацион каждой двадцатой коровы в странах ЕС.

По результатам испытаний в США, Нидерландах, Испании и Великобритании, она продемонстрировала способность сокращать выбросы метана на 10-20%.

Однако если бы проблема была в одних только коровах и другом домашнем скоте. Не меньшими источниками распространения метаногенных архей и увеличения выбросов ими метана являются рисовые поля, навоз и таяние вечной мерзлоты.

В болотах, образующихся в результате таяния вечной мерзлоты, сначала преобладают гидрогенотрофные метаногены, образующие метан из водорода и углекислого газа. Позже по мере роста разнообразных популяций этих микроорганизмов, начинают преобладать ацетокластические метаногены, которые для производства метана используют ацетат. Это более эффективный способ создания метана, который ведет к его увеличению в атмосфере.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Дикая и живописная река Birch Creek, Аляска/Крейг Маккаа

Реакции с участием метана влияют на химический состав атмосферы, в частности на концентрацию озона в тропосфере и стратосфере. В этом заключается опосредованное влияние метана на климат Земли.

По нынешним оценкам, потепление на 1,5 — 2 °C (по сравнению со средними значениями температуры поверхности 00.19.1850 лет) уменьшит площадь многолетней мерзлоты на 28-53% и высвободит захороненный там углерод для микроорганизмов. Это, в свою очередь, увеличит выделение этими микробами углерода и метана в атмосферу.

Таяние мерзлоты расширяет площадь, занятую гидроморфными почвами, что способствует поступлению метана, произведенного анаэробными метаногенами, и углекислого газа, произведенного различными микроорганизмами, в атмосферу.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Wikimedia.org

Ожидается, что к концу века выбросы углерода от анаэробных сред обитания будет в большей степени определять изменение климата, чем выбросы аэробных сред обитания.

Рис служит источником питания половины всего населения мира, а рисовые плантации
генерируют около 20% от всего метана, выделяемого в ходе сельскохозяйственного
производства, занимая по площади лишь 10% пахотных земель. Ожидается, что к концу века антропогенное изменение климата удвоит эмиссию метана от производства риса.

Незліченна армія. Мікроорганізми стають ворогами людства на тлі глобального потепління
Палаван -Филиппины-Рисовые поля/Wikimedia.org

Чем дальше, то все описанные в этом материале процессы, будут становиться все более масштабными и угрожающими. Однако речь не идет о том, чтобы отказываться от чего-то, или ставить крест на каких-то сферах человеческой деятельности. Как по мне, человечество должно тщательно оптимизировать свою деятельность, в первую очередь, в интересах собственной безопасности. Потому что сейчас, пока понятие индустрии и экономической целесообразности преобладают над здравым смыслом, мы будто мчим в бешеном поезде к краю пропасти и некому нажать на тормоза. Если этого никто не сделает, на тормоз нажмет сама природа, и сделает это в своем фирменном стиле — безжалостно.

Источник материала
loader