زیست‌هواپخش
زیست‌هواپخش یا زیست‌هواویز (انگلیسی: Bioaerosol) که کوتاه‌شدهٔ عبارت «هواپخش زیستی» است، زیرگروهی از ذره‌هاست که از بوم‌سازگان‌های خشکی و دریایی به جوّ زمین رها می‌شوند. این ذرات از اجزای زنده و غیرزنده‌ای مانند قارچ، گرده، باکتری و ویروس تشکیل شده‌اند.[۱] منابع رایج زیست‌هواپخش‌ها شامل خاک، آب و فاضلاب می‌شوند.
زیست‌هواپخش‌ها معمولاً از طریق آشفتگی باد بر روی یک سطح وارد هوا می‌شوند. پس از ورود به جو، می‌توانند به‌صورت محلی یا جهانی جابه‌جا شوند: الگوها و شدت‌های معمول باد مسئول پراکندگی محلی هستند، درحالی‌که طوفان‌های حاره‌ای و پَرشارهای گردوغبار می‌توانند زیست‌هواپخش‌ها را میان قاره‌ها جابه‌جا کنند.[۲] بر فراز سطح اقیانوس‌ها، زیست‌هواپخش‌ها از طریق پاشش دریا و حباب‌ها تولید می‌شوند.
زیست‌هواپخش‌ها می‌توانند بیماری‌زاهای میکروبی، درون‌سم‌ها و حساسیت‌زاهایی را که انسان‌ها نسبت به آن‌ها حساسیت دارند منتقل کنند. یکی از موارد شناخته‌شده، شیوع مننژیت مننگوکوکی در جنوب صحرای بزرگ آفریقا بود که با طوفان‌های گردوغبار در فصل‌های خشک مرتبط دانسته شد. شیوع‌های دیگر مرتبط با رویدادهای گردوغبار شامل ذات‌الریه مایکوپلاسمایی و سل بوده‌اند.[۲]
نمونهٔ دیگر، افزایش مشکلات تنفسی انسانی در کارائیب بود که ممکن است ناشی از ردپای فلزات سنگین، زیست‌هواپخش‌های میکروارگانیسمی و آفت‌کش‌های منتقل‌شده از طریق ابرهای گردوغبار عبورکننده از اقیانوس اطلس باشد.
پیش‌زمینه
چارلز داروین نخستین کسی بود که جابه‌جایی ذرات گردوغبار را مشاهده کرد،[۳] اما لویی پاستور نخستین کسی بود که به پژوهش دربارهٔ میکروب‌ها و فعالیت آن‌ها در هوا پرداخت. پیش از کار پاستور، کشت‌های آزمایشگاهی برای رشد و جداسازی زیست‌هواپخش‌های گوناگون به کار می‌رفتند.
از آنجا که همهٔ میکروب‌ها قابل کشت نیستند، بسیاری از آن‌ها پیش از توسعهٔ ابزارهای مبتنی بر دی‌ان‌ای ناشناخته باقی مانده بودند. پاستور همچنین روش‌های آزمایشی برای نمونه‌برداری از زیست‌هواپخش‌ها ابداع کرد و نشان داد که فعالیت میکروبی در ارتفاعات پایین‌تر بیشتر و در ارتفاعات بالاتر کمتر است.[۲]
انواع
زیست‌هواپخش‌ها شامل قارچ، باکتری، ویروس و گرده می‌شوند. غلظت آن‌ها در لایهٔ مرزی سیاره‌ای (PBL) بیشترین میزان است و با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. نرخ بقای زیست‌هواپخش‌ها به عوامل زیستی و غیرزیستی گوناگونی از جمله شرایط اقلیمی، نور فرابنفش (UV)، دما و رطوبت و نیز منابع موجود در گردوغبار یا ابرها بستگی دارد.[۴]
زیست‌هواپخش‌های یافت‌شده در محیط‌های دریایی عمدتاً از باکتری تشکیل شده‌اند، درحالی‌که زیست‌هواپخش‌های یافت‌شده در محیط‌های خشکی سرشار از باکتری، قارچ و گرده هستند.[۵] غلبهٔ گونه‌های خاصی از باکتری و منابع مغذی آن‌ها بسته به زمان و مکان تغییر می‌کند.[۲]
زیست‌هواپخش‌ها می‌توانند از نظر اندازه، از ذرات ویروسی ۱۰ نانومتری تا دانه‌های گردهٔ ۱۰۰ میکرومتری متغیر باشند.[۶] دانه‌های گرده بزرگ‌ترین زیست‌هواپخش‌ها هستند و به دلیل وزن بیشتر، احتمال کمتری دارد که برای مدت طولانی در هوا معلق بمانند.[۱]
در نتیجه، غلظت ذرات گرده با افزایش ارتفاع سریع‌تر از زیست‌هواپخش‌های کوچک‌تری مانند باکتری، قارچ و احتمالاً ویروس‌ها کاهش می‌یابد؛ این ذرات کوچک‌تر ممکن است بتوانند در بخش بالایی تروپوسفر نیز زنده بمانند. در حال حاضر، پژوهش اندکی دربارهٔ تحمل ارتفاعی خاص زیست‌هواپخش‌های گوناگون انجام شده است. با این حال، دانشمندان معتقدند که آشفتگی جوی بر مکان یافت‌شدن زیست‌هواپخش‌های گوناگون تأثیر می‌گذارد.[۵]
قارچ‌ها
سلول‌های قارچی معمولاً هنگام عبور از جو، به دلیل اثرات خشک‌کنندهٔ ارتفاعات بالاتر، از بین می‌روند. با این حال، برخی زیست‌هواپخش‌های قارچی به‌ویژه مقاوم، توانایی بقا در حین جابه‌جایی جوی را با وجود قرارگیری در معرض شرایط شدید نور فرابنفش نشان داده‌اند.[۷] اگرچه سطح زیست‌هواپخش‌های هاگ قارچی در شرایط رطوبت بالاتر افزایش می‌یابد، آن‌ها می‌توانند در شرایط رطوبت پایین و در بیشتر محدوده‌های دمایی نیز فعال باشند. برخی زیست‌هواپخش‌های قارچی حتی در سطوح نسبتاً پایین رطوبت افزایش می‌یابند.
باکتری‌ها
برخلاف دیگر زیست‌هواپخش‌ها، باکتری‌ها می‌توانند در طول روزها یا هفته‌هایی که در جو زنده می‌مانند، چرخه‌های تولیدمثلی کامل را طی کنند و از این رو جزء مهمی از بوم‌سازگان زیواگان هوا هستند. این چرخه‌های تولیدمثلی از نظریه‌ای اثبات‌نشده حمایت می‌کنند مبنی بر اینکه زیست‌هواپخش‌های باکتریایی جوامعی در یک بوم‌سازگان جوی تشکیل می‌دهند.[۲] بقای باکتری‌ها به قطرات آب حاصل از مه و ابر بستگی دارد که به باکتری‌ها مواد مغذی و محافظت در برابر نور فرابنفش می‌دهند.[۵] چهار گروه باکتریایی شناخته‌شده که در محیط‌های هوامیکروبی سراسر جهان فراوان‌اند عبارت‌اند از فیرمیکوت‌ها، اکتینوباکتر، پروتئوباکتریا و باکتروئیدها.[۸]
ویروس‌ها
هوا ویروس‌ها و دیگر بیماری‌زاها را جابه‌جا می‌کند. از آنجا که ویروس‌ها کوچک‌تر از دیگر زیست‌هواپخش‌ها هستند، پتانسیل جابه‌جایی در فواصل بیشتری را دارند. در یک شبیه‌سازی، یک ویروس و یک هاگ قارچی به‌طور همزمان از بالای یک ساختمان رها شدند؛ هاگ تنها ۱۵۰ متر جابه‌جا شد، درحالی‌که ویروس نزدیک به ۲۰۰٬۰۰۰ کیلومتر افقی طی کرد.[۵]
در یک مطالعه، هواپخش‌های کوچک‌تر از ۵ میکرومتر حاوی سارس-کووی-۱ و سارس-کووی-۲ با استفاده از یک دستگاه ذره‌ساز تولید و به یک درام گلدبرگ وارد شدند تا محیطی هواپخش‌شده ایجاد شود. تلقیح حاصل، آستانه‌های چرخه‌ای میان ۲۰ تا ۲۲ به دست داد که مشابه مقادیر مشاهده‌شده در نمونه‌های دستگاه تنفسی فوقانی و تحتانی انسان بود. سارس-کووی-۲ به مدت ۳ ساعت در هواپخش‌ها زنده ماند، با کاهشی در تیتر عفونت مشابه سارس-کووی-۱. نیمه‌عمر هر دو ویروس در هواپخش‌ها به‌طور میانگین بین ۱٫۱ تا ۱٫۲ ساعت بود. این نتایج نشان می‌دهند که انتقال هر دو ویروس از طریق هواپخش محتمل است، زیرا آن‌ها می‌توانند برای ساعت‌ها در هواپخش‌های معلق و تا چند روز بر روی سطوح، زنده و عفونی باقی بمانند.[۹]
گرده
با وجود اینکه گرده بزرگ‌تر و سنگین‌تر از دیگر زیست‌هواپخش‌ها است، برخی مطالعات نشان می‌دهند که گرده می‌تواند تا هزاران کیلومتر جابه‌جا شود.[۵] گرده‌ها یکی از منابع اصلی حساسیت‌زاهای پراکنده‌شده با باد هستند که به‌ویژه از رهاسازی‌های فصلی چمن‌ها و درختان می‌آیند.[۱] ردیابی فاصله، جابه‌جایی، منابع و رسوب‌گذاری گرده در محیط‌های خشکی و دریایی، برای تفسیر سوابق گرده‌شناختی مفید است.[۱]
روش‌های جمع‌آوری
ابزارهای اصلی برای جمع‌آوری زیست‌هواپخش‌ها شامل صفحه‌های جمع‌آوری، جمع‌کننده‌های الکترواستاتیک، طیف‌سنج‌های جرمی و ضربه‌گیرها هستند؛ روش‌های دیگری نیز به کار می‌روند اما ماهیت آزمایشی‌تری دارند.[۸] فیلترهای پلی‌کربنات (PC) در مقایسه با دیگر گزینه‌های فیلتر PC، بیشترین دقت را در نمونه‌برداری باکتریایی داشته‌اند.[۱۰]
ضربه‌گیرها
برای جمع‌آوری زیست‌هواپخش‌هایی که در محدودهٔ اندازهٔ خاصی قرار دارند، ضربه‌گیرها می‌توانند به‌صورت پشته‌ای چیده شوند تا تنوع ذرات معلق (PM) را ثبت کنند. برای نمونه، یک فیلتر PM۱۰ اجازه می‌دهد ذرات کوچک‌تر عبور کنند؛ این اندازه مشابه اندازهٔ یک تار موی انسان است. ذرات معلق بر روی اسلایدها، صفحه‌های آگار یا نوار موجود در پایهٔ ضربه‌گیر رسوب می‌کنند. تلهٔ هاگ هرست با نرخ ۱۰ لیتر بر دقیقه (LPM) نمونه‌برداری می‌کند و دارای یک بادنما است که همواره نمونه‌برداری را در جهت جریان باد انجام می‌دهد. ذرات جمع‌آوری‌شده بر روی یک اسلاید شیشه‌ای عمودی چرب‌شده با نفت جمع می‌شوند.
انواعی مانند تلهٔ هاگ حجمی ثبت‌کننده ۷روزه، برای نمونه‌برداری پیوسته با استفاده از یک درام چرخانِ کند طراحی شده‌اند که مواد ضربه‌خورده را روی یک نوار پلاستیکی پوشش‌داده‌شده رسوب می‌دهد.[۱۱] نمونه‌بردار باکتری هوابرد می‌تواند با نرخ‌هایی تا ۷۰۰ لیتر بر دقیقه نمونه‌برداری کند و این امکان را می‌دهد که نمونه‌های بزرگ در زمان کوتاهی جمع‌آوری شوند. مواد زیستی روی یک ظرف پتری پوشیده از آگار ضربه می‌خورند و رسوب می‌کنند و امکان رشد کشت‌ها فراهم می‌شود.[۱۲]
مشابه ضربه‌گیرهای تک‌مرحله‌ای در روش‌های جمع‌آوری، ضربه‌گیرهای آبشاری دارای برش‌های اندازهٔ چندگانه (PM10, PM۲٫۵) هستند که امکان جداسازی زیست‌هواپخش‌ها بر اساس اندازه را فراهم می‌کنند. جداسازی مواد زیستی بر پایهٔ قطر آیرودینامیکی به این دلیل مفید است که محدوده‌های اندازه توسط انواع خاصی از موجودات غالب می‌شوند (باکتری‌ها معمولاً در محدودهٔ ۱ تا ۲۰ میکرومتر و گرده در محدودهٔ ۱۰ تا ۱۰۰ میکرومتر قرار دارند). رده اندرسن از ضربه‌گیرهای آبشاری پرکاربردترین نوع برای آزمایش ذرات هوا هستند.[۱۳]
نمونه‌بردارهای سیکلونی
یک نمونه‌بردار سیکلونی از یک محفظهٔ دایره‌ای تشکیل شده که جریان هواپخش از طریق یک یا چند نازل مماسی وارد آن می‌شود. مانند یک ضربه‌گیر، نمونه‌بردار سیکلونی به اینرسی ذره وابسته است تا باعث رسوب آن بر روی دیوارهٔ نمونه‌بردار شود، در حالی که جریان هوا در داخل محفظه منحنی می‌شود. همچنین مانند ضربه‌گیر، کارایی جمع‌آوری به نرخ جریان بستگی دارد. سیکلون‌ها کمتر از ضربه‌گیرها مستعد پرش ذره هستند و می‌توانند مقادیر بیشتری از مواد را جمع‌آوری کنند. آن‌ها همچنین ممکن است جمع‌آوری ملایم‌تری نسبت به ضربه‌گیرها فراهم کنند که می‌تواند بازیابی میکروارگانیسم‌های زنده را بهبود بخشد. با این حال، سیکلون‌ها معمولاً منحنی‌های کارایی جمع‌آوری کمتر تیزی نسبت به ضربه‌گیرها دارند و طراحی یک ضربه‌گیر آبشاری فشرده در مقایسه با آبشاری از نمونه‌بردارهای سیکلونی، ساده‌تر است.[۱۴]
جداسازی برخوردی
به‌جای جمع‌آوری روی یک بستر چرب‌شده یا صفحهٔ آگار، جداسازهای برخوردی برای ضربه‌دادن زیست‌هواپخش‌ها به داخل مایعاتی مانند آب یون‌زدایی‌شده یا محلول بافر فسفات توسعه یافته‌اند. کارایی جمع‌آوری جداسازهای برخوردی، بر اساس مطالعهٔ ارلیش و همکاران (۱۹۶۶)، به‌طور کلی بالاتر از طرح‌های ضربه‌گیر تک‌مرحله‌ای مشابه بوده است. جداسازهای برخوردی موجود در بازار شامل AGI-30 (شرکت Ace Glass) و Biosampler (شرکت SKC) هستند.
جمع‌کننده‌های الکترواستاتیک
جمع‌کننده‌های الکترواستاتیک (ESP) اخیراً به دلیل کارایی بالای حذف ذرات و روش نمونه‌برداری ملایم‌تر در مقایسه با ضربه‌زدن، توجه دوباره‌ای پیدا کرده‌اند.[۱۵] این جمع‌کننده‌ها با استفاده از یک میدان الکترواستاتیک ناهمگن میان دو الکترود و شدت میدان بالا، ذرات هواپخش ورودی از یک جریان هوا را باردار و حذف می‌کنند. این کار ناحیه‌ای با چگالی یونی بالا، یعنی یک تخلیهٔ کرونا، ایجاد می‌کند که قطرات هواپخش ورودی را باردار می‌کند و میدان الکتریکی ذرات باردارشده را روی یک سطح جمع‌آوری رسوب می‌دهد.
از آنجا که ذرات زیستی معمولاً با روش‌های مبتنی بر مایع (مانند پی‌سی‌آر، ایمونواسی‌ها و آزمون‌های زنده‌مانی) تحلیل می‌شوند، ترجیح داده می‌شود که نمونه‌برداری مستقیماً در یک حجم مایع برای تحلیل بعدی انجام شود. برای نمونه، پاردون و همکاران[۱۶] نمونه‌برداری از هواپخش‌ها تا یک واسط هوا-مایع ریزسیالاتی را نشان دادند، و لادانی و همکاران[۱۷] نمونه‌برداری از آنفلوانزای هوابرد تا یک قطرهٔ کوچک مایع را نشان دادند. استفاده از مایعات کم‌حجم برای کاهش رقیق‌سازی نمونه ایده‌آل است و پتانسیل اتصال به فناوری‌های آزمایشگاه روی تراشه را برای تحلیل سریع در محل مراقبت دارد.
فیلترها
فیلترها به دلیل سادگی و هزینهٔ پایین، غالباً برای جمع‌آوری زیست‌هواپخش‌ها به کار می‌روند. جمع‌آوری با فیلتر به‌ویژه برای نمونه‌برداری شخصی زیست‌هواپخش مفید است، زیرا سبک و بدون مزاحمت هستند. فیلترها می‌توانند با یک ورودی گزینشی از نظر اندازه، مانند یک سیکلون یا ضربه‌گیر، همراه شوند تا ذرات بزرگ‌تر را حذف و طبقه‌بندی اندازه‌ای ذرات زیست‌هواپخش را فراهم کنند.[۱۴] فیلترهای هواپخش معمولاً با اصطلاح «اندازهٔ منفذ» یا «قطر منفذ معادل» توصیف می‌شوند. لازم است ذکر شود که اندازهٔ منفذ فیلتر، حداقل اندازهٔ ذره‌ای را که توسط فیلتر جمع‌آوری خواهد شد نشان نمی‌دهد؛ در واقع، فیلترهای هواپخش معمولاً ذراتی بسیار کوچک‌تر از اندازهٔ اسمی منفذ را نیز جمع‌آوری می‌کنند.[۱۸]
سازوکار جابه‌جایی
زیست‌هواپخش‌ها معمولاً از طریق آشفتگی باد بر روی یک سطح وارد هوا می‌شوند. پس از هوابردشدن، معمولاً در لایهٔ مرزی سیاره‌ای (PBL) باقی می‌مانند، اما در برخی موارد به تروپوسفر بالایی و استراتوسفر می‌رسند.[۱۹] پس از ورود به جو، می‌توانند به‌صورت محلی یا جهانی جابه‌جا شوند: الگوها و شدت‌های معمول باد مسئول پراکندگی محلی هستند، درحالی‌که طوفان‌های حاره‌ای و پرشارهای گردوغبار می‌توانند زیست‌هواپخش‌ها را میان قاره‌ها جابه‌جا کنند.[۲] بر فراز سطح اقیانوس‌ها، زیست‌هواپخش‌ها از طریق پاشش دریا و حباب‌ها تولید می‌شوند.[۵]
دانش دربارهٔ زیست‌هواپخش‌ها، درک ما از میکروارگانیسم‌ها و تمایز میان میکروب‌ها، از جمله بیماری‌زاهای هوابرد، را شکل داده است. در دههٔ ۱۹۷۰، یک پیشرفت مهم در فیزیک جوی و میکروب‌شناسی رخ داد، زمانی که باکتری‌های یخ‌زا شناسایی شدند.[۲۰]
بیشترین غلظت زیست‌هواپخش‌ها نزدیک سطح زمین در PBL است. در اینجا آشفتگی باد باعث اختلاط عمودی می‌شود و ذرات را از زمین به جو می‌آورد. زیست‌هواپخش‌های واردشده به جو می‌توانند ابر تشکیل دهند که سپس به مکان‌های جغرافیایی دیگر رانده می‌شوند و به‌صورت باران، تگرگ یا برف می‌بارند.[۲] افزایش سطح زیست‌هواپخش‌ها در جنگل‌های بارانی، در حین و پس از رویدادهای بارش، مشاهده شده است. باکتری‌ها و فیتوپلانکتون‌های محیط‌های دریایی با تشکیل ابر مرتبط دانسته شده‌اند.[۱]
با این حال، به همین دلیل، زیست‌هواپخش‌ها نمی‌توانند در PBL برای مسافت‌های طولانی جابه‌جا شوند، زیرا ابرها سرانجام آن‌ها را می‌بارانند. علاوه بر این، برای تزریق زیست‌هواپخش‌ها به تروپوسفر — جایی که ممکن است به‌عنوان بخشی از جریان تروپوسفری، در فواصل بزرگ‌تر جابه‌جا شوند — به آشفتگی یا همرفت اضافی در حدود بالایی PBL نیاز است. این موضوع غلظت زیست‌هواپخش‌ها را در این ارتفاعات محدود می‌کند.[۱]
قطرات ابر، بلورهای یخ و بارش، از زیست‌هواپخش‌ها به‌عنوان هسته‌ای استفاده می‌کنند که آب یا بلورها می‌توانند بر روی سطح آن‌ها شکل بگیرند یا بچسبند. این برهم‌کنش‌ها نشان می‌دهند که ذرات هوا می‌توانند چرخهٔ هیدرولوژیکی، شرایط آب‌وهوایی و فرسایش را در سراسر جهان تغییر دهند. آن تغییرات می‌توانند به اثراتی مانند بیابان‌زایی منجر شوند که با تغییرات اقلیمی تشدید می‌شود. زیست‌هواپخش‌ها همچنین هنگام برخورد هوای پاک و دود مه با یکدیگر مخلوط می‌شوند و دید و/یا کیفیت هوا را تغییر می‌دهند.
انتقال بزرگ‌مقیاس از طریق توده‌های گرد و غبار
تصاویر ماهواره‌ای نشان می‌دهند که طوفان‌ها بر فراز بیابان‌های استرالیا، آفریقا و آسیا پرهای گردوغباری ایجاد می‌کنند که می‌توانند گردوغبار را تا ارتفاعات بیش از ۵ کیلومتری سطح زمین حمل کنند. این سازوکار مواد را تا هزاران کیلومتر دورتر جابه‌جا می‌کند و حتی آن‌ها را میان قاره‌ها منتقل می‌کند. مطالعات متعددی از این نظریه پشتیبانی کرده‌اند که زیست‌هواپخش‌ها می‌توانند همراه با گردوغبار حمل شوند.[۲۱][۲۲] یک مطالعه نتیجه گرفت که نوعی باکتری هوابرد، موجود در گردوغبار بیابانی خاصی، در محلی به فاصلهٔ ۱٬۰۰۰ کیلومتر در جهت باد یافت شده است.[۲]
مسیرهای احتمالی جهانی برای زیست‌هواپخش‌ها در گردوغبار عبارت‌اند از:
- طوفان‌ها بر فراز شمال آفریقا که گردوغبار را برمی‌دارند و سپس می‌تواند از عرض اقیانوس اطلس به آمریکا یا به سمت شمال به اروپا رانده شود. برای جابه‌جایی فرااقیانوسی، تغییری فصلی در مقصد گردوغبار وجود دارد: آمریکای شمالی در تابستان و آمریکای جنوبی در زمستان.
- گردوغبار بیابان‌های گبی و تکله‌مکان عمدتاً در بهار نیمکرهٔ شمالی به آمریکای شمالی منتقل می‌شود.
- گردوغبار استرالیا به اقیانوس آرام رانده می‌شود، با احتمال رسوب‌گذاری در نیوزیلند.[۲۲]
پراکندگی جامعه
جابه‌جایی و توزیع زیست‌هواپخش‌ها در سراسر جهان یکنواخت نیست. اگرچه زیست‌هواپخش‌ها ممکن است پیش از رسوب‌گذاری هزاران کیلومتر جابه‌جا شوند، فاصلهٔ نهایی و جهت جابه‌جایی آن‌ها به عوامل هواشناختی، فیزیکی و شیمیایی بستگی دارد. شاخه‌ای از زیست‌شناسی که به پراکندگی این ذرات می‌پردازد، هوازیست‌شناسی نام دارد. یک مطالعه نقشه‌ای از باکتری/قارچ هوابرد ایالات متحده را بر پایهٔ اندازه‌گیری‌های میدانی تهیه کرد؛ نمایه‌های جمعیتی حاصل از این زیست‌هواپخش‌ها با پی‌اچ خاک، میانگین بارش سالانه، تولید اولیه خالص و میانگین دمای سالانه، در کنار عوامل دیگر، مرتبط شناخته شدند.[۲۳]
تأثیرات زیست‌شیمیایی
زیست‌هواپخش‌ها بر گسترهٔ متنوعی از سامانه‌های زیست‌زمین‌شیمیایی روی زمین از جمله، اما نه محدود به، بوم‌سازگان‌های جوی، خشکی و دریایی تأثیر می‌گذارند. با وجود دیرینگی این روابط، موضوع زیست‌هواپخش‌ها چندان شناخته‌شده نیست.[۲۴][۲۵] زیست‌هواپخش‌ها می‌توانند موجودات را به روش‌های گوناگونی تحت تأثیر قرار دهند، از جمله تأثیرگذاری بر سلامت موجودات زنده از طریق حساسیت‌ها، اختلال‌ها و بیماری‌ها. علاوه بر این، توزیع زیست‌هواپخش‌های گرده و هاگ به تنوع ژنتیکی موجودات در زیستگاه‌های متعدد کمک می‌کند.[۱]
هسته‌های چگالش ابر
انواع گوناگونی از زیست‌هواپخش‌ها می‌توانند در تشکیل هسته‌های چگالش ابر یا هسته‌های یخی ابر نقش داشته باشند؛ اجزای احتمالی زیست‌هواپخش شامل سلول‌های زنده یا مرده، قطعات سلولی، نخینه، گرده یا هاگ هستند.[۱] تشکیل ابر و بارش از ویژگی‌های کلیدی بسیاری از چرخه‌های هیدرولوژیک هستند که بوم‌سازگان‌ها به آن‌ها وابسته‌اند. علاوه بر این، پوشش ابری جهانی عاملی مهم در هم‌ارزی تابشی زمین و در نتیجه، دمای زمین است.
زیست‌هواپخش‌ها بخش کوچکی از کل هسته‌های چگالش ابر در جو (میان ۰٫۰۰۱٪ تا ۰٫۰۱٪) را تشکیل می‌دهند، بنابراین تأثیر جهانی آن‌ها (یعنی بر بودجهٔ تابشی) جای تردید دارد. با این حال، موارد خاصی وجود دارند که در آن‌ها زیست‌هواپخش‌ها ممکن است بخش قابل‌توجهی از ابرهای یک منطقه را تشکیل دهند. این موارد عبارت‌اند از:
- مناطقی که تشکیل ابر در دماهای بالای ۱۵- درجهٔ سلسیوس رخ می‌دهد، زیرا برخی باکتری‌ها پروتئین‌هایی تکامل داده‌اند که به آن‌ها امکان می‌دهد در دماهای بالاتر یخ‌زایی کنند.
- مناطق پوشیده از پوشش گیاهی یا در شرایط دورافتاده که هوا کمتر تحت تأثیر فعالیت انسانی است.
- هوای نزدیک سطح در مناطق دورافتادهٔ دریایی مانند اقیانوس منجمد جنوبی که در آن‌ها پاشش دریا ممکن است رایج‌تر از گردوغبار منتقل‌شده از قاره‌ها باشد.[۱]
گردآمدن ذرات زیست‌هواپخش بر روی یک سطح، نهشت نامیده می‌شود. حذف این ذرات از جو، بر سلامت انسان از نظر کیفیت هوا و دستگاه تنفسی تأثیر می‌گذارد.[۱]
بوم‌سازگان‌های آب شیرین
دریاچه‌های آلپی واقع در منطقهٔ پیرنه مرکزی در شمال‌شرق اسپانیا، تحت تأثیر عوامل انسانی نیستند و همین امر این دریاچه‌های کم‌مغذی را به شاخص‌های ایده‌آلی برای ورودی رسوب و تغییر محیط‌زیستی تبدیل می‌کند. مادهٔ آلی محلول و مواد مغذی حاصل از جابه‌جایی گردوغبار می‌توانند به رشد و تولید باکتری در آب‌های کم‌مغذی کمک کنند. در نمونه‌های جمع‌آوری‌شدهٔ یک مطالعه، تنوع بالایی از میکروارگانیسم‌های هوابرد شناسایی شد که شباهت‌های زیادی به خاک‌های موریسی داشتند، با وجود اینکه طوفان‌های گردوغبار صحرا در زمان شناسایی در جریان بودند.[۲۶]
بوم‌سازگان‌های دریایی
انواع و اندازه‌های زیست‌هواپخش‌ها در محیط‌های دریایی متفاوت‌اند و عمدتاً به دلیل تخلیه‌های مرطوب ناشی از تغییرات فشار اسمزی یا کشش سطحی رخ می‌دهند. برخی از زیست‌هواپخش‌های با منشأ دریایی، تخلیه‌های خشکی از هاگ‌های قارچی ترشح می‌کنند که با باد جابه‌جا می‌شوند.[۱]
یکی از موارد تأثیر بر گونه‌های دریایی، تلفات سال ۱۹۸۳ شقایق‌های دریایی گورگونین و توتیای دریایی کارائیب بود که با طوفان‌های گردوغبار با منشأ آفریقایی همبستگی داشت. این همبستگی از طریق کار میکروب‌شناسان و یک طیف‌سنج نگاشت ازون کلی که باکتری، ویروس و زیست‌هواپخش‌های قارچی را در ابرهای گردوغباری که بر فراز اقیانوس اطلس ردیابی شده بودند شناسایی کرد، مشخص شد.[۲۷] نمونهٔ دیگری از این پدیده در سال ۱۹۹۷ رخ داد، زمانی که پدیدهٔ ال نینو احتمالاً بر الگوهای فصلی بادهای بسامان از آفریقا به باربادوس تأثیر گذاشت و به تلفات مشابهی انجامید. مدل‌سازی مواردی از این دست می‌تواند به پیش‌بینی‌های دقیق‌تر رویدادهای آینده کمک کند.[۲۸]
سلامت انسان
ایروسل‌شدن باکتری‌ها در گردوغبار، سهم زیادی در جابه‌جایی بیماری‌زاهای باکتریایی دارد. یکی از موارد شناخته‌شدهٔ شیوع بیماری از طریق زیست‌هواپخش، شیوع مننژیت مننگوکوکی در جنوب صحرای آفریقا بود که با طوفان‌های گردوغبار در فصل‌های خشک مرتبط دانسته شد.
شیوع‌های دیگری نیز به رویدادهای گردوغبار مرتبط دانسته شده‌اند، از جمله ذات‌الریه مایکوپلاسمایی و سل.[۲] نمونهٔ دیگری از مشکلات سلامتی مرتبط با زیست‌هواپخش، افزایش مشکلات تنفسی در میان ساکنان منطقهٔ کارائیب بود که ممکن است ناشی از ردپای فلزات سنگین، زیست‌هواپخش‌های میکروارگانیسمی و آفت‌کش‌های منتقل‌شده از طریق ابرهای گردوغبار عبورکننده از اقیانوس اطلس باشد.[۲۷][۲۹]
منابع رایج زیست‌هواپخش‌ها شامل خاک، آب و فاضلاب می‌شوند. زیست‌هواپخش‌ها می‌توانند بیماری‌زاهای میکروبی، درون‌سم‌ها و حساسیت‌زاها را منتقل کنند[۳۰] و می‌توانند هم درون‌سم‌ها و هم برون‌سم‌ها ترشح کنند. برون‌سم‌ها می‌توانند هنگام جابه‌جایی از طریق هوا، به‌ویژه خطرناک باشند و بیماری‌زاهایی را که انسان‌ها نسبت به آن‌ها حساسیت دارند توزیع کنند. سیانوباکتری‌ها به‌ویژه در توزیع بیماری‌زای خود پرکار هستند و در محیط‌های خشکی و آبی هر دو فراوان‌اند.[۱]
زمینه‌های پژوهش آینده
نقش بالقوهٔ زیست‌هواپخش‌ها در تغییر اقلیم، فرصت‌های پژوهشی فراوانی را فراهم می‌کند. زمینه‌های خاص مطالعه شامل پایش تأثیرات زیست‌هواپخش بر بوم‌سازگان‌های گوناگون و استفاده از داده‌های هواشناختی برای پیش‌بینی تغییرات بوم‌سازگانی هستند.[۵] تعیین برهم‌کنش‌های جهانی از طریق روش‌هایی مانند جمع‌آوری نمونه‌های هوا، استخراج دی‌ان‌ای از زیست‌هواپخش‌ها و تکثیر با واکنش زنجیره‌ای پلیمراز امکان‌پذیر است.[۲۱]
توسعهٔ سامانه‌های مدل‌سازی کارآمدتر، گسترش بیماری‌های انسانی را کاهش خواهد داد و به عوامل اقتصادی و بوم‌شناختی سود خواهد رساند.[۲] یک ابزار مدل‌سازی جوی به نام سامانهٔ مدل‌سازی پراکندگی جوی (ADMS 3) در حال حاضر برای این منظور استفاده می‌شود. ADMS 3 از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای یافتن مناطق مسئله‌ساز بالقوه استفاده می‌کند و کاهش گسترش بیماری‌زاهای مضر زیست‌هواپخش شامل ردیابی رخدادهاست.[۲]
بوم‌سازگان‌های کشاورزی دارای گسترهٔ وسیعی از مسیرهای پژوهشی آینده در حوزهٔ زیست‌هواپخش‌ها هستند. شناسایی خاک‌های تخریب‌شده می‌تواند منابع بیماری‌زاهای گیاهی یا جانوری را مشخص کند.
جستارهای وابسته
منابع
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Fröhlich-Nowoisky، Janine؛ Kampf، Christopher J.؛ Weber، Bettina (۲۰۱۶-۱۲-۱۵). «Bioaerosols in the Earth system: Climate, health, and ecosystem interactions». Atmospheric Research. ۱۸۲: ۳۴۶–۳۷۶. doi:10.1016/j.atmosres.2016.07.018.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Smets، Wenke؛ Moretti، Serena؛ Denys، Siegfried؛ Lebeer، Sarah (۲۰۱۶). «Airborne bacteria in the atmosphere: Presence, purpose, and potential». Atmospheric Environment. ۱۳۹: ۲۱۴–۲۲۱. doi:10.1016/j.atmosenv.2016.05.038.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Darwin، Charles (۱۸۴۵-۰۶-۰۴). «An account of the Fine Dust which often falls on Vessels in the Atlantic Ocean». Quarterly Journal of the Geological Society. ۲ (۱–۲): ۲۶–۳۰. doi:10.1144/GSL.JGS.1846.002.01-02.09.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Acosta-Martínez، V.؛ Van Pelt، S.؛ Moore-Kucera، J.؛ Baddock، M.C.؛ Zobeck، T.M. (۲۰۱۵). «Microbiology of wind-eroded sediments: Current knowledge and future research directions». Aeolian Research. ۲۴ (۴): ۲۰۳. doi:10.1007/s10453-008-9099-x.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - 1 2 3 4 5 6 7 Núñez، Andrés؛ Amo de Paz، Guillermo؛ Rastrojo، Alberto (۲۰۱۶-۰۳-۰۱). «Monitoring of airborne biological particles in outdoor atmosphere. Part ۱: Importance, variability and ratios». International Microbiology. ۱۹ (۱): ۱–۱۳. doi:10.2436/20.1501.01.258.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Brandl، Helmut (۲۰۰۸). «Short-Term Dynamic Patterns of Bioaerosol Generation and Displacement in an Indoor Environment». Aerobiologia. ۲۴ (۴): ۲۰۳–۲۰۹. doi:10.1007/s10453-008-9099-x.
{{cite journal}}: از پارامتر ناشناخته|و دیگران=صرف‌نظر شد (کمک)نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Tang، Julian W. (۲۰۰۹-۱۲-۰۶). «The effect of environmental parameters on the survival of airborne infectious agents». Journal of the Royal Society Interface. ۶ (Suppl ۶): S۷۳۷–S۷۴۶. doi:10.1098/rsif.2009.0227.focus.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - 1 2 Dasgupta، Purnendu K.؛ Poruthoor، Simon K. (۲۰۰۲). «Automated measurement of atmospheric particle composition». Sampling and Sample Preparation for Field and Laboratory. ۳۷: ۱۶۱–۲۱۸.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ van Doremalen، Neeltje؛ Morris، Dylan H.؛ Holbrook، Myndi G. (۲۰۲۰-۰۴). «Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-۲ as Compared with SARS-CoV-۱». The New England Journal of Medicine.
{{cite journal}}: تاریخ وارد شده در|تاریخ= - ↑ Wang، Chi-Hsun؛ Chen، Bean T؛ Han، Bor-Cheng (۲۰۱۵). «Field evaluation of personal sampling methods for multiple bioaerosols». PLOS ONE. ۱۰ (۳): e۰۱۲۰۳۰۸. doi:10.1371/journal.pone.0120308.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:doi رایگان بی‌نشان (رده) نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) نگهداری یادکرد:شماره مقاله به‌جای شماره صفحه (رده) - ↑ «Mycological/Entomological Instruments and Apparatus». www.burkard.co.uk.
{{cite web}}: پارامتر|تاریخ بازیابی=نیاز به وارد کردن|پیوند=دارد (کمک); پارامتر|پیوند=ناموجود یا خالی (کمک)نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Vincent، James H. (۲۰۰۷). Aerosol Sampling: Science, Standards, Instrumentation and Applications. John Wiley & Sons.
{{cite book}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ «Andersen Cascade Impactor (ACI)». www.copleyscientific.com.
{{cite web}}: پارامتر|پیوند=ناموجود یا خالی (کمک) - 1 2 Lindsley، William G.؛ Green، Brett J. (۲۰۱۷-۰۳). «Sampling and characterization of bioaerosols». NIOSH Manual of Analytical Methods.
{{cite web}}: تاریخ وارد شده در|تاریخ=|تاریخ بازیابی=نیاز به وارد کردن|پیوند=دارد (کمک); پارامتر|پیوند=ناموجود یا خالی (کمک) - ↑ Mainelis، Gediminas؛ Willeke، Klaus؛ Adhikari، Atin (۲۰۰۲-۱۱-۰۱). «Design and Collection Efficiency of a New Electrostatic Precipitator for Bioaerosol Collection». Aerosol Science and Technology. ۳۶ (۱۱): ۱۰۷۳–۱۰۸۵. doi:10.1080/02786820290092212.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Pardon، Gaspard؛ Ladhani، Laila؛ Sandström، Niklas (۲۰۱۵-۰۶-۰۱). «Aerosol sampling using an electrostatic precipitator integrated with a microfluidic interface». Sensors and Actuators B: Chemical. ۲۱۲: ۳۴۴–۳۵۲. doi:10.1016/j.snb.2015.02.008.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Ladhani، Laila؛ Pardon، Gaspard؛ Meeuws، Hanne (۲۰۱۷-۰۳-۲۸). «Sampling and detection of airborne influenza virus towards point-of-care applications». PLOS ONE. ۱۲ (۳): e۰۱۷۴۳۱۴. doi:10.1371/journal.pone.0174314.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:doi رایگان بی‌نشان (رده) نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) نگهداری یادکرد:شماره مقاله به‌جای شماره صفحه (رده) - ↑ «Filter pore size and aerosol sample collection». NIOSH Manual of Analytical Methods. ۲۰۱۶-۰۴.
{{cite web}}: تاریخ وارد شده در|تاریخ=|تاریخ بازیابی=نیاز به وارد کردن|پیوند=دارد (کمک); پارامتر|پیوند=ناموجود یا خالی (کمک) - ↑ Smith، David J.؛ Thakrar، Prital J.؛ Bharrat، Anthony E. (۲۰۱۴-۱۲-۳۱). «A Balloon-Based Payload for Exposing Microorganisms in the Stratosphere (E-MIST)». Gravitational and Space Research. ۲ (۲): ۷۰–۸۰. doi:10.2478/gsr-2014-0019.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Christner، Brent C. (۲۰۱۲). «Cloudy with a Chance of Microbes: Terrestrial microbes swept into clouds can catalyze the freezing of water and may influence precipitation on a global scale». Microbe Magazine. ۷ (۲): ۷۰–۷۵. doi:10.1128/MICROBE.7.70.1.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - 1 2 Smith، David J.؛ Timonen، Hilkka J.؛ Jaffe، Daniel A. (۲۰۱۳). «Intercontinental Dispersal of Bacteria and Archaea by Transpacific Winds». Applied and Environmental Microbiology. ۷۹ (۴): ۱۱۳۴–۱۱۳۹. doi:10.1128/aem.03029-12.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - 1 2 Kellogg، Christina A.؛ Griffin، Dale W. (۲۰۰۶). «Aerobiology and the global transport of desert dust». Trends in Ecology & Evolution. ۲۱ (۱۱): ۶۳۸–۶۴۴. doi:10.1016/j.tree.2006.07.004.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Barberán، Albert؛ Ladau، Joshua؛ Leff، Jonathan W. (۲۰۱۵-۰۵-۰۵). «Continental-scale distributions of dust-associated bacteria and fungi». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. ۱۱۲ (۱۸): ۵۷۵۶–۵۷۶۱. doi:10.1073/pnas.1420815112.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Crutzen، Paul J.؛ Stoermer، Eugene F. (۲۰۰۰). «The "Anthropocene"». International Geosphere–Biosphere Programme Global Change Newsletter.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Crutzen، Paul J. (۲۰۰۲-۰۱-۰۳). «Geology of mankind». Nature. ۴۱۵ (۶۸۶۷): ۲۳. doi:10.1038/415023a.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Barberán، Albert؛ Henley، Jessica؛ Fierer، Noah؛ Casamayor، Emilio O. (۲۰۱۴-۰۷-۱۵). «Structure, inter-annual recurrence, and global-scale connectivity of airborne microbial communities». Science of the Total Environment. ۴۸۷: ۱۸۷–۱۹۵. doi:10.1016/j.scitotenv.2014.04.030.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - 1 2 Schmidt، Laurie J. (۲۰۰۱-۰۵-۱۸). «When the Dust Settles: Feature Articles». earthobservatory.nasa.gov.
{{cite web}}: پارامتر|پیوند=ناموجود یا خالی (کمک)نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Prospero، Joseph M.؛ Blades، Edmund؛ Mathison، George؛ Naidu، Raana (۲۰۰۵). «Interhemispheric transport of viable fungi and bacteria from Africa to the Caribbean with soil dust». Aerobiologia. ۲۱ (۱): ۱–۱۹. doi:10.1007/s10453-004-5872-7.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ «African dust clouds worry Caribbean scientists». Jamaica Observer. ۲۰۱۳-۰۸-۲۷.
{{cite news}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Pillai، Suresh D؛ Ricke، Steven C (۲۰۰۲). «Bioaerosols from municipal and animal wastes: background and contemporary issues». Canadian Journal of Microbiology. ۴۸ (۸): ۶۸۱–۶۹۶. doi:10.1139/w02-070.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده)
واژهشناسی هواپخش | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| انواع هواپخش | |||||||
| واژگان هواپخش |
| ||||||
| اندازهگیری هواپخش |
| ||||||
| |||||||
- هواپخش
- اندازهگیری هواپخش
- شیمیفیزیک