الهباء الحيوي

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

الهباء الحيوي (اختصارًا للهباء الجوي البيولوجي ) هو فئة فرعية من الجسيمات المنبعثة من النظم البيئية البرية والبحرية إلى الغلاف الجوي. ويتكون من مكونات حية وغير حية، مثل الفطريات وحبوب اللقاح والبكتيريا والفيروسات. [ 1 ] تشمل المصادر الشائعة للهباء الحيوي التربة والمياه ومياه الصرف الصحي.

تنتشر الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء عادةً عبر اضطراب الرياح فوق سطح ما. وبمجرد وصولها إلى الغلاف الجوي، يمكن نقلها محليًا أو عالميًا: إذ تُعزى عملية الانتشار المحلي إلى أنماط/شدة الرياح الشائعة، بينما يمكن للعواصف الاستوائية وأعمدة الغبار نقل الجسيمات الحيوية العالقة بين القارات. [ 2 ] أما فوق أسطح المحيطات، فتتولد الجسيمات الحيوية العالقة عبر رذاذ البحر والفقاعات.

يمكن للهباء الحيوي أن ينقل مسببات الأمراض الميكروبية ، والسموم الداخلية ، والمواد المسببة للحساسية التي يعاني منها الإنسان. ومن الأمثلة المعروفة تفشي التهاب السحايا بالمكورات السحائية في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، والذي ارتبط بعواصف ترابية خلال المواسم الجافة. كما ارتبطت حالات تفشي أخرى بأحداث ترابية، بما في ذلك التهاب الرئة بالميكوبلازما والسل . [ 2 ]

ومن الأمثلة الأخرى زيادة مشاكل الجهاز التنفسي لدى البشر في منطقة البحر الكاريبي والتي ربما تكون ناجمة عن آثار المعادن الثقيلة، والهباء الحيوي للكائنات الدقيقة، والمبيدات الحشرية التي تم نقلها عبر سحب الغبار التي تمر فوق المحيط الأطلسي.

الهباء الحيوي الشائع المعزول من البيئات الداخلية

خلفية

كان تشارلز داروين أول من لاحظ انتقال جزيئات الغبار [ 3 ]، لكن لويس باستور كان أول من بحث في الميكروبات ونشاطها في الهواء. قبل عمل باستور، كانت تُستخدم المزارع المختبرية لزراعة وعزل أنواع مختلفة من الهباء الحيوي.

بما أنه لا يمكن استزراع جميع الميكروبات، فقد ظلّ الكثير منها غير مكتشف قبل تطوير الأدوات القائمة على الحمض النووي. كما طوّر باستور إجراءات تجريبية لأخذ عينات من الهباء الحيوي، وأظهر أن النشاط الميكروبي يزداد في الارتفاعات المنخفضة ويتناقص في الارتفاعات العالية. [ 2 ]

أنواع الهباء الحيوي

الطبقة الحدودية الكوكبية

تشمل الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء الفطريات والبكتيريا والفيروسات وحبوب اللقاح . وتكون تركيزاتها أعلى ما يمكن في طبقة الحدود الكوكبية ، ثم تتناقص مع الارتفاع. ويعتمد معدل بقاء هذه الجسيمات على عدد من العوامل الحيوية وغير الحيوية، بما في ذلك الظروف المناخية، والأشعة فوق البنفسجية، ودرجة الحرارة، والرطوبة، بالإضافة إلى الموارد الموجودة في الغبار أو السحب. [ 4 ]

تتكون الهباءات الحيوية الموجودة فوق البيئات البحرية بشكل أساسي من البكتيريا، بينما تلك الموجودة فوق البيئات الأرضية غنية بالبكتيريا والفطريات وحبوب اللقاح. [ 5 ] وتخضع هيمنة أنواع معينة من البكتيريا ومصادر غذائها للتغير تبعًا للزمان والمكان. [ 2 ]

يتراوح حجم الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء من جزيئات فيروسية بحجم 10 نانومتر إلى حبوب لقاح بحجم 100 ميكرومتر. [ 6 ] تُعد حبوب اللقاح أكبر الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء، وهي أقل عرضة للبقاء معلقة في الهواء لفترة طويلة بسبب وزنها. [ 1 ]

وبالتالي، ينخفض ​​تركيز جزيئات حبوب اللقاح بسرعة أكبر مع الارتفاع مقارنةً بالجسيمات الحيوية الدقيقة الأخرى، مثل البكتيريا والفطريات، وربما الفيروسات، التي قد تتمكن من البقاء في طبقة التروبوسفير العليا. وحاليًا، لا توجد دراسات كافية حول مدى تحمل الجسيمات الحيوية المختلفة للارتفاعات المختلفة. ومع ذلك، يعتقد العلماء أن اضطراب الغلاف الجوي يؤثر على أماكن تواجد هذه الجسيمات. [ 5 ]

الفطريات

تموت الخلايا الفطرية عادةً أثناء انتقالها عبر الغلاف الجوي نتيجةً لتأثيرات الجفاف في المرتفعات العالية. مع ذلك، فقد ثبت أن بعض الهباء الحيوي الفطري شديد المقاومة قادر على البقاء أثناء انتقاله في الغلاف الجوي رغم تعرضه لظروف الأشعة فوق البنفسجية الشديدة. [ 7 ] ورغم أن مستويات الهباء الحيوي للأبواغ الفطرية تزداد في ظروف الرطوبة العالية، إلا أنها قد تظل نشطة في ظروف الرطوبة المنخفضة وفي معظم نطاقات درجات الحرارة. بل إن بعض الهباء الحيوي الفطري يزداد حتى في مستويات الرطوبة المنخفضة نسبيًا.

البكتيريا

على عكس أنواع الهباء الحيوي الأخرى، تستطيع البكتيريا إكمال دورات تكاثرها الكاملة خلال الأيام أو الأسابيع التي تقضيها في الغلاف الجوي، مما يجعلها مكونًا رئيسيًا للنظام البيئي الحيوي في الهواء. تدعم دورات التكاثر هذه نظريةً لم تُثبت بعد، مفادها أن الهباء الحيوي البكتيري يُشكّل مجتمعات في النظام البيئي الجوي. [ 2 ] يعتمد بقاء البكتيريا على قطرات الماء من الضباب والغيوم التي تُزوّدها بالعناصر الغذائية والحماية من الأشعة فوق البنفسجية. [ 5 ] تشمل المجموعات البكتيرية الأربع المعروفة والمنتشرة بكثرة في البيئات الميكروبية الهوائية حول العالم: العصيات (Bacillota )، والأكتينوميسيتات (Actinomycetota )، والزائفة (Pseudomonadota) ، والبكتيرويدات (Bacteroidota ) . [ 8 ]

الفيروسات

ينقل الهواء الفيروسات ومسببات الأمراض الأخرى . ولأن الفيروسات أصغر حجماً من الجسيمات الحيوية الأخرى العالقة في الهواء، فإنها قادرة على قطع مسافات أطول. في إحدى المحاكاة، تم إطلاق فيروس وبوغ فطري في آن واحد من أعلى مبنى؛ قطع البوغ مسافة 150 متراً فقط، بينما قطع الفيروس مسافة تقارب 200,000 كيلومتر أفقياً. [ 5 ]

في إحدى الدراسات، تم توليد رذاذ (أقل من 5 ميكرومتر) يحتوي على فيروسي SARS-CoV-1 و SARS-CoV-2 باستخدام مرذاذ، ثم تم إدخاله إلى أسطوانة غولدبيرغ لخلق بيئة رذاذية. أظهرت اللقاحات عتبات دورة تتراوح بين 20 و22، وهي مشابهة لتلك الملاحظة في عينات الجهاز التنفسي العلوي والسفلي البشري. بقي فيروس SARS-CoV-2 حيًا في الرذاذ لمدة 3 ساعات، مع انخفاض في عيار العدوى مشابه لفيروس SARS-CoV-1. بلغ متوسط ​​عمر النصف لكلا الفيروسين في الرذاذ من 1.1 إلى 1.2 ساعة. تشير النتائج إلى أن انتقال كلا الفيروسين عن طريق الرذاذ أمر وارد، حيث يمكنهما البقاء حيين ومعديين في الرذاذ المعلق لساعات، وعلى الأسطح لأيام. [ 9 ]

حبوب اللقاح

على الرغم من أن حبوب اللقاح أكبر حجمًا وأثقل وزنًا من غيرها من الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء، إلا أن بعض الدراسات تُشير إلى إمكانية انتقالها لآلاف الكيلومترات. [ 5 ] وهي مصدر رئيسي لمسببات الحساسية التي تنتشر عبر الرياح، لا سيما تلك الناتجة عن إطلاقها الموسمي من الأعشاب والأشجار. [ 1 ] يُعد تتبع مسافة انتقال حبوب اللقاح، ومواردها، وترسبها في البيئات البرية والبحرية، أمرًا مفيدًا لتفسير سجلات حبوب اللقاح. [ 1 ]

مجموعة

تشمل الأدوات الرئيسية المستخدمة لجمع الهباء الحيوي ألواح التجميع، وأجهزة التجميع الكهروستاتيكية ، وأجهزة قياس الطيف الكتلي ، وأجهزة الصدم، كما تُستخدم طرق أخرى ولكنها ذات طبيعة تجريبية أكثر. [ 8 ]حققت مرشحات البولي كربونات (PC) أعلى دقة في أخذ عينات البكتيريا مقارنةً بخيارات مرشحات البولي كربونات الأخرى. [ 10 ]

مصادمات أحادية المرحلة

لجمع الجسيمات الحيوية العالقة ضمن نطاق حجمي محدد، يمكن تكديس أجهزة التجميع لالتقاط تباين الجسيمات الدقيقة. على سبيل المثال، يسمح مرشح PM 10 بمرور الجسيمات الأصغر حجمًا، وهو ما يُشابه حجم شعرة الإنسان. تترسب الجسيمات على الشرائح الزجاجية أو أطباق الآجار أو الشريط اللاصق في قاعدة جهاز التجميع. يقوم مصيدة هيرست للأبواغ بأخذ عينات بمعدل 10 لترات/دقيقة، ويحتوي على مؤشر اتجاه الرياح لضمان أخذ العينات دائمًا في اتجاه تدفق الرياح. تُجمع الجسيمات وتُصطدم بشريحة زجاجية رأسية مدهونة بالزيت البترولي.

صُممت أنواع مختلفة، مثل مصيدة الأبواغ الحجمية التي تسجل البيانات لمدة 7 أيام، لأخذ عينات مستمرة باستخدام أسطوانة تدور ببطء وتضع المادة المتراكمة على شريط بلاستيكي مطلي. [ 11 ] يمكن لجهاز أخذ عينات البكتيريا المحمولة جوًا أخذ عينات بمعدلات تصل إلى 700 لتر في الدقيقة، مما يسمح بجمع عينات كبيرة في وقت قصير. تُضغط المادة البيولوجية وتُوضع على طبق بتري مُبطن بالأجار، مما يسمح بنمو المزارع. [ 12 ]

مصادمات كاسكيد

على غرار أجهزة التجميع أحادية المرحلة، تتميز أجهزة التجميع المتتالية بتقسيمات متعددة الأحجام (PM 10 ، PM 2.5 )، مما يسمح بفصل الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء وفقًا لحجمها. يُعد فصل المواد البيولوجية حسب القطر الديناميكي الهوائي مفيدًا نظرًا لسيطرة أنواع محددة من الكائنات الحية على نطاقات الأحجام (يتراوح حجم البكتيريا بين 1 و20 ميكرومترًا، بينما يتراوح حجم حبوب اللقاح بين 10 و100 ميكرومتر). تُعد أجهزة التجميع المتتالية من إنتاج شركة أندرسن الأكثر استخدامًا لاختبار جزيئات الهواء. [ 13 ]

الأعاصير

يتكون جهاز أخذ العينات الإعصاري من حجرة دائرية يدخل منها تيار الهباء الجوي عبر فوهة واحدة أو أكثر مماسية. وكما هو الحال في جهاز الصدم، يعتمد جهاز أخذ العينات الإعصاري على قصور الجسيمات الذاتي لترسيبها على جدار الجهاز أثناء انحناء تيار الهواء داخل الحجرة. ومثل جهاز الصدم أيضًا، تعتمد كفاءة التجميع على معدل التدفق. تتميز أجهزة الإعصار بانخفاض احتمالية ارتداد الجسيمات مقارنةً بأجهزة الصدم، ويمكنها جمع كميات أكبر من المواد. كما أنها قد توفر عملية تجميع أكثر لطفًا من أجهزة الصدم، مما قد يحسن من استخلاص الكائنات الحية الدقيقة القابلة للحياة. ومع ذلك، تميل منحنيات كفاءة التجميع في أجهزة الإعصار إلى أن تكون أقل حدة من تلك الموجودة في أجهزة الصدم، كما أن تصميم جهاز صدم متتالي صغير الحجم أسهل مقارنةً بتصميم سلسلة من أجهزة أخذ العينات الإعصارية. [ 14 ]

المتسللون

بدلاً من تجميع الجسيمات الحيوية على سطح مدهون أو طبق أجار، طُوّرت أجهزة الاصطدام لقذفها في سوائل، مثل الماء منزوع الأيونات أو محلول فوسفات منظم. وقد أظهرت دراسة إيرليخ وآخرون (1966) أن كفاءة تجميع هذه الأجهزة أعلى عمومًا من كفاءة تصميمات أجهزة الاصطدام أحادية المرحلة المماثلة. ومن بين أجهزة الاصطدام المتوفرة تجاريًا جهاز AGI-30 (شركة Ace Glass Inc.) وجهاز Biosampler (شركة SKC, Inc.).

أجهزة الترسيب الكهروستاتيكي

حظيت المرسبات الكهروستاتيكية (ESPs) باهتمام متجدد مؤخرًا [ 15 ] في مجال أخذ عينات الهباء الحيوي، نظرًا لكفاءتها العالية في إزالة الجسيمات وطريقة أخذ العينات اللطيفة مقارنةً بطريقة الاصطدام. تعمل المرسبات الكهروستاتيكية على شحن وإزالة جسيمات الهباء الجوي الواردة من تيار الهواء باستخدام مجال كهروستاتيكي غير منتظم بين قطبين كهربائيين، وبقوة مجال عالية. ينتج عن ذلك منطقة ذات كثافة أيونية عالية، تُعرف بالتفريغ الإكليلي، والذي يشحن قطرات الهباء الجوي الواردة، ثم يقوم المجال الكهربائي بترسيب الجسيمات المشحونة على سطح التجميع.

بما أن الجسيمات البيولوجية تُحلل عادةً باستخدام فحوصات سائلة ( مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل ، والفحوصات المناعية ، وفحوصات الحيوية )، فمن الأفضل أخذ العينات مباشرةً في حجم سائل لإجراء التحليلات اللاحقة. على سبيل المثال، يُظهر باردون وآخرون [ 16 ] أخذ عينات من الهباء الجوي وصولاً إلى سطح التماس بين الهواء والسائل في نظام ميكروفلويدي ، بينما يُظهر لادهاني وآخرون [ 17 ] أخذ عينات من فيروس الإنفلونزا المحمول جوًا وصولاً إلى قطرة سائلة صغيرة. يُعد استخدام السوائل ذات الأحجام الصغيرة مثاليًا لتقليل تخفيف العينة، وله إمكانية الربط بتقنيات المختبر على رقاقة لإجراء تحليلات سريعة عند نقطة الرعاية .

الفلاتر

تُستخدم المرشحات غالبًا لجمع الهباء الحيوي نظرًا لبساطتها وانخفاض تكلفتها. ويُعدّ جمع الهباء الحيوي باستخدام المرشحات مفيدًا بشكل خاص لأخذ عينات الهباء الحيوي الشخصية، نظرًا لخفة وزنها وعدم لفتها للانتباه. ويمكن أن يسبق المرشح مدخل انتقائي الحجم، مثل الإعصار أو المصادم، لإزالة الجسيمات الأكبر حجمًا وتصنيفها حسب الحجم. [ 14 ] غالبًا ما تُوصف مرشحات الهباء الجوي باستخدام مصطلح "حجم المسام" أو "قطر المسام المكافئ". تجدر الإشارة إلى أن حجم مسام المرشح لا يُشير إلى الحد الأدنى لحجم الجسيمات التي سيجمعها؛ ففي الواقع، عادةً ما تجمع مرشحات الهباء الجوي جسيمات أصغر بكثير من حجم المسام الاسمي. [ 18 ]

آليات النقل

انبعاث الهباء الحيوي في الغلاف الجوي

تنتشر الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء عادةً عبر اضطراب الرياح فوق سطح الأرض. وبمجرد وصولها إلى الغلاف الجوي، تبقى عادةً في طبقة الحدود الكوكبية، ولكنها قد تصل في بعض الحالات إلى طبقتي التروبوسفير والستراتوسفير العلويتين. [ 19 ] وبمجرد دخولها الغلاف الجوي، يمكن نقلها محليًا أو عالميًا: إذ تُعزى عملية الانتشار المحلي إلى أنماط/شدة الرياح الشائعة، بينما يمكن للعواصف الاستوائية وأعمدة الغبار أن تنقل الجسيمات الحيوية العالقة بين القارات. [ 2 ] أما فوق أسطح المحيطات، فتتولد هذه الجسيمات عبر رذاذ البحر والفقاعات. [ 5 ]

النقل على نطاق صغير عبر السحب

لقد ساهمت معرفتنا بالجسيمات الحيوية المحمولة جواً في تشكيل فهمنا للكائنات الدقيقة والتمييز بينها، بما في ذلك مسببات الأمراض المحمولة جواً. وفي سبعينيات القرن الماضي، حدث تقدم كبير في فيزياء الغلاف الجوي وعلم الأحياء الدقيقة عندما تم التعرف على البكتيريا المُكوِّنة لنوى الجليد . [ 20 ]

يوجد أعلى تركيز للهباء الحيوي بالقرب من سطح الأرض في طبقة الحدود الكوكبية. هنا، تتسبب اضطرابات الرياح في خلط رأسي، ناقلةً الجسيمات من الأرض إلى الغلاف الجوي. يمكن للهباء الحيوي الذي يدخل الغلاف الجوي أن يُشكّل السحب، التي تُنقل بدورها إلى مواقع جغرافية أخرى وتتساقط على شكل مطر أو برد أو ثلج. [ 2 ] وقد لوحظ ارتفاع مستويات الهباء الحيوي في الغابات المطيرة أثناء وبعد هطول الأمطار. كما رُبطت البكتيريا والعوالق النباتية من البيئات البحرية بتكوّن السحب. [ 1 ]

مع ذلك، وللسبب نفسه، لا يمكن نقل الهباء الحيوي لمسافات طويلة في طبقة الحدود الكوكبية، إذ ستؤدي السحب في نهاية المطاف إلى ترسبه. علاوة على ذلك، يتطلب الأمر اضطرابًا أو تيارات حمل إضافية عند الحدود العليا لطبقة الحدود الكوكبية لضخ الهباء الحيوي إلى طبقة التروبوسفير، حيث قد ينتقل لمسافات أطول كجزء من تدفق التروبوسفير. وهذا يحد من تركيز الهباء الحيوي عند هذه الارتفاعات. [ 1 ]

تستخدم قطرات السحب وبلورات الجليد والهطول الجسيمات الحيوية المحمولة جواً كنواة لتكوّن الماء أو البلورات أو لالتصاقها بسطحها. تُظهر هذه التفاعلات قدرة جزيئات الهواء على تغيير الدورة الهيدرولوجية والظروف الجوية وعمليات التجوية حول العالم. قد تؤدي هذه التغييرات إلى آثارٍ مثل التصحر الذي يتفاقم بفعل التحولات المناخية. كما تختلط الجسيمات الحيوية المحمولة جواً عند التقاء الهواء النقي والضباب الدخاني، مما يُغير مستوى الرؤية و/أو جودة الهواء.

النقل على نطاق واسع عبر أعمدة الغبار

تُظهر صور الأقمار الصناعية أن العواصف فوق صحاري أستراليا وأفريقيا وآسيا تُولّد أعمدة غبار قادرة على حمل الغبار إلى ارتفاعات تزيد عن 5 كيلومترات فوق سطح الأرض. تنقل هذه الآلية المواد لآلاف الكيلومترات، بل وتنقلها بين القارات. وقد دعمت دراسات عديدة نظرية إمكانية انتقال الهباء الحيوي مع الغبار. [ 21 ] [ 22 ] وخلصت إحدى الدراسات إلى وجود نوع من البكتيريا المحمولة جوًا في غبار صحراوي معين في موقع يبعد 1000 كيلومتر في اتجاه الريح. [ 2 ]

تشمل الطرق السريعة المحتملة على نطاق عالمي للهباء الحيوي في الغبار ما يلي:

  • تُثير العواصف فوق شمال أفريقيا الغبار، الذي قد ينتقل عبر المحيط الأطلسي إلى الأمريكتين، أو شمالاً إلى أوروبا. وفي حالة النقل عبر المحيط الأطلسي، يتغير مسار الغبار موسمياً: أمريكا الشمالية خلال الصيف، وأمريكا الجنوبية خلال الشتاء.
  • يتم نقل الغبار من صحاري جوبي وتاكلامكان إلى أمريكا الشمالية، وخاصة خلال فصل الربيع في نصف الكرة الشمالي.
  • ينتقل الغبار من أستراليا إلى المحيط الهادئ، مع احتمال ترسبه في نيوزيلندا. [ 22 ]

تشتت المجتمع

لا تتسم عملية نقل وتوزيع الهباء الحيوي بالاتساق في جميع أنحاء العالم. فبينما قد ينتقل الهباء الحيوي لآلاف الكيلومترات قبل أن يترسب، فإن المسافة النهائية التي يقطعها واتجاهه يعتمدان على عوامل مناخية وفيزيائية وكيميائية. ويُطلق على فرع علم الأحياء الذي يدرس انتشار هذه الجسيمات اسم علم الأحياء الهوائية . وقد أنتجت إحدى الدراسات خريطة للبكتيريا والفطريات المحمولة جوًا في الولايات المتحدة الأمريكية استنادًا إلى قياسات رصدية، ورُبطت ملامح مجتمعات هذه الجسيمات الحيوية بدرجة حموضة التربة ، ومتوسط ​​هطول الأمطار السنوي، وصافي الإنتاجية الأولية ، ومتوسط ​​درجة الحرارة السنوية، من بين عوامل أخرى. [ 23 ]

التأثيرات البيوجيوكيميائية

تؤثر الجسيمات الحيوية المحمولة جواً على مجموعة متنوعة من الأنظمة البيوجيوكيميائية على الأرض، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر، النظم البيئية الجوية والبرية والبحرية. وعلى الرغم من رسوخ هذه العلاقات، فإن موضوع الجسيمات الحيوية المحمولة جواً لا يزال غير معروف بشكل كافٍ. [ 24 ] [ 25 ] يمكن أن تؤثر الجسيمات الحيوية المحمولة جواً على الكائنات الحية بطرق متعددة، بما في ذلك التأثير على صحتها من خلال الحساسية والاضطرابات والأمراض. بالإضافة إلى ذلك، يساهم انتشار حبوب اللقاح والجراثيم المحمولة جواً في التنوع الجيني للكائنات الحية عبر بيئات متعددة. [ 1 ]

تشكيل السحب

قد تُساهم مجموعة متنوعة من الجسيمات الحيوية العالقة في تكوين نوى تكثيف السحب أو نوى جليد السحب ، وتشمل مكوناتها المحتملة الخلايا الحية أو الميتة، وشظايا الخلايا، والخيوط الفطرية، وحبوب اللقاح، والأبواغ. [ 1 ] يُعدّ تكوّن السحب وهطول الأمطار من السمات الرئيسية للعديد من الدورات الهيدرولوجية التي ترتبط بها النظم البيئية. إضافةً إلى ذلك، يُشكّل الغطاء السحابي العالمي عاملاً هاماً في ميزانية الإشعاع الإجمالية ، وبالتالي في درجة حرارة الأرض.

تشكل الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء نسبة ضئيلة من إجمالي نوى تكثيف السحب في الغلاف الجوي (بين 0.001% و0.01%)، لذا فإن تأثيرها العالمي (أي ميزانية الإشعاع) محل شك. مع ذلك، توجد حالات محددة قد تشكل فيها الجسيمات الحيوية العالقة في الهواء نسبة كبيرة من السحب في منطقة ما. وتشمل هذه الحالات ما يلي:

  • المناطق التي تتشكل فيها السحب عند درجات حرارة تزيد عن -15  درجة مئوية، حيث طورت بعض البكتيريا بروتينات تسمح لها بتكوين نوى الجليد عند درجات حرارة أعلى.
  • المناطق الواقعة فوق المناطق النباتية أو في ظروف نائية حيث يكون الهواء أقل تأثراً بالنشاط البشري.
  • الهواء القريب من سطح الأرض في المناطق البحرية النائية مثل المحيط الجنوبي حيث قد يكون رذاذ البحر أكثر انتشارًا من الغبار المنقول من القارات. [ 1 ]

تُسمى عملية تجمع جزيئات الهباء الحيوي على سطح ما بالترسيب . ويؤثر إزالة هذه الجزيئات من الغلاف الجوي على صحة الإنسان فيما يتعلق بجودة الهواء والجهاز التنفسي. [ 1 ]

بحيرات جبال الألب في إسبانيا

لا تتأثر البحيرات الألبية الواقعة في منطقة جبال البرانس الوسطى شمال شرق إسبانيا بالعوامل البشرية، مما يجعل هذه البحيرات قليلة المغذيات مؤشرات مثالية لتدفق الرواسب والتغيرات البيئية. يمكن للمواد العضوية الذائبة والمغذيات المنقولة بالغبار أن تساعد البكتيريا على النمو والتكاثر في المياه الفقيرة بالمغذيات. في إحدى الدراسات، تم الكشف عن تنوع كبير من الكائنات الحية الدقيقة المحمولة جواً ضمن عينات جُمعت، وأظهرت هذه الكائنات تشابهاً كبيراً مع تربة موريشيوس، على الرغم من حدوث عواصف غبار صحراوية وقت الكشف. [ 26 ]

الأنواع البحرية المتضررة

تختلف أنواع وأحجام الهباء الحيوي في البيئات البحرية، ويحدث ذلك في الغالب نتيجةً لانبعاثات رطبة ناجمة عن تغيرات في الضغط الأسموزي أو التوتر السطحي . وتفرز بعض أنواع الهباء الحيوي البحري انبعاثات جافة من جراثيم فطرية تحملها الرياح. [ 1 ]

من الأمثلة على تأثير ظاهرة النينيو على الكائنات البحرية نفوق مراوح البحر وقنافذ البحر في منطقة الكاريبي عام 1983 ، والذي تزامن مع عواصف ترابية قادمة من أفريقيا. وقد تم تحديد هذا التزامن من خلال عمل علماء الأحياء الدقيقة وجهاز مطياف رسم خرائط الأوزون الكلي ، الذي رصد البكتيريا والفيروسات والفطريات في الهباء الحيوي في سحب الغبار التي تم تتبعها فوق المحيط الأطلسي. [ 27 ] وحدث مثال آخر على ذلك عام 1997 عندما أثرت ظاهرة النينيو على أنماط الرياح التجارية الموسمية من أفريقيا إلى بربادوس، مما أدى إلى نفوق مماثل. ويمكن أن تُسهم نماذج كهذه في تحسين دقة التنبؤات بالأحداث المستقبلية. [ 28 ]

انتشار الأمراض

يُساهم انتشار البكتيريا في الهواء عبر الغبار بشكل كبير في نقل مسببات الأمراض البكتيرية. ومن الأمثلة المعروفة على تفشي الأمراض عن طريق الهباء الحيوي تفشي التهاب السحايا بالمكورات السحائية في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، والذي ارتبط بعواصف ترابية خلال مواسم الجفاف.

أُفيد عن ارتباط حالات تفشٍّ أخرى بأحداث الغبار، بما في ذلك الالتهاب الرئوي بالميكوبلازما والسل . [ 2 ] ومن الأمثلة الأخرى على المشكلات الصحية التي تنتشر عبر الهباء الحيوي زيادة مشاكل الجهاز التنفسي لدى سكان منطقة الكاريبي، والتي ربما تكون ناجمة عن آثار المعادن الثقيلة، والهباء الحيوي للكائنات الدقيقة، والمبيدات الحشرية التي تنتقل عبر سحب الغبار العابرة فوق المحيط الأطلسي. [ 27 ] [ 29 ]

تشمل المصادر الشائعة للهباء الحيوي التربة والمياه ومياه الصرف الصحي. يمكن للهباء الحيوي أن ينقل مسببات الأمراض الميكروبية والسموم الداخلية والمواد المسببة للحساسية [ 30 ] ، كما يمكنه إفراز كل من السموم الداخلية والخارجية . قد تكون السموم الخارجية خطيرة بشكل خاص عند انتقالها عبر الهواء، حيث تنشر مسببات الأمراض التي يعاني منها الإنسان. وتُعد البكتيريا الزرقاء من أكثر الكائنات الحية انتشارًا في نشر مسببات الأمراض، وهي وفيرة في البيئات البرية والمائية على حد سواء. [ 1 ]

البحوث المستقبلية

يُتيح الدور المحتمل للهباء الحيوي في تغير المناخ فرصًا بحثية وفيرة. تشمل مجالات الدراسة المحددة رصد تأثيرات الهباء الحيوي على النظم البيئية المختلفة، واستخدام البيانات المناخية للتنبؤ بتغيرات النظم البيئية. [ 5 ] يُمكن تحديد التفاعلات العالمية من خلال طرق مثل جمع عينات الهواء، واستخلاص الحمض النووي من الهباء الحيوي، وتضخيم الحمض النووي بتقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) . [ 21 ]

سيؤدي تطوير أنظمة نمذجة أكثر كفاءة إلى الحد من انتشار الأمراض البشرية، مما يعود بالنفع على الجوانب الاقتصادية والبيئية. [ 2 ] ويُستخدم حاليًا نظام نمذجة الانتشار الجوي ( ADMS 3 ) لهذا الغرض. يستخدم نظام ADMS 3 ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) لتحديد مناطق المشاكل المحتملة، والحد من انتشار مسببات الأمراض البيولوجية الضارة المحمولة جوًا، بما في ذلك تتبع حالات حدوثها. [ 2 ]

تُتيح النظم الزراعية الإيكولوجية مجموعة واسعة من مسارات البحث المستقبلية المحتملة في مجال الهباء الحيوي. وقد يُسهم تحديد التربة المتدهورة في تحديد مصادر مسببات الأمراض النباتية أو الحيوانية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 فروليش-نوفويسكي، جانين؛ كامبف، كريستوفر جيه؛ ويبر، بيتينا؛ هوفمان، جيه. أليكس؛ بولكر، كريستوفر؛ أندريا، مينرات أو؛ لانغ-يونا، نعمة؛ بوروز، سوزانا إم ؛ غونثي، ساشين إس. (15 ديسمبر 2016). "الهباء الحيوي في نظام الأرض: المناخ والصحة والتفاعلات البيئية" . بحوث الغلاف الجوي . 182 : 346-376 . Bibcode : 2016AtmRe.182..346F . doi : 10.1016/j.atmosres.2016.07.018 .
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 سميتس، وينكي؛ موريتي، سيرينا؛ دينيس، سيغفريد؛ ليبير، سارة (2016). "البكتيريا المحمولة جواً في الغلاف الجوي: وجودها، وهدفها، وإمكاناتها". بيئة الغلاف الجوي . 139 : 214-221 . Bibcode : 2016AtmEn.139..214S . doi : 10.1016/j.atmosenv.2016.05.038 .
  3. ↑ داروين، تشارلز (4 يونيو 1845). "وصف للغبار الناعم الذي غالبًا ما يتساقط على السفن في المحيط الأطلسي" . المجلة الفصلية للجمعية الجيولوجية . 2 ( 1-2 ): 26-30 . doi : 10.1144/GSL.JGS.1846.002.01-02.09 . ISSN 0370-291X . S2CID 131416813 .  
  4. ↑ أكوستا-مارتينيز، ف.؛ فان بيلت، س.؛ مور-كوسيرا، ج.؛ بادوك، م.س.؛ زوبيك، ت.م. (2015). "علم الأحياء الدقيقة للرواسب المتآكلة بفعل الرياح: المعرفة الحالية وتوجهات البحث المستقبلية" (ملف PDF) . بحوث الرياح . 24 (4): 203. Bibcode : 2008Aerob..24..203B . doi : 10.1007/s10453-008-9099-x . S2CID 83705988 . 
  5. 1 2 3 4 5 6 7 نونيز، أندريس؛ آمو دي باز، غييرمو؛ راستروجو، ألبرتو؛ غارسيا، آنا م.؛ الكامي، أنطونيو؛ غوتييريز بوستيلو، أ. مونتسيرات؛ مورينو ، دييغو أ. (2016/03/01). "رصد الجزيئات البيولوجية المحمولة جواً في الجو الخارجي. الجزء الأول: الأهمية والتباين والنسب". علم الأحياء الدقيقة الدولي . 19 (1): 1– 13. دوى : 10.2436/20.1501.01.258 . ردمك 1139-6709 . بميد 27762424 .  
  6. ↑ براندل، هيلموت؛ وآخرون (2008). "الأنماط الديناميكية قصيرة المدى لتوليد وانتشار الهباء الحيوي في بيئة داخلية" (ملف PDF) . علم الأحياء الهوائية . 24 (4): 203-209 . Bibcode : 2008Aerob..24..203B . doi : 10.1007/s10453-008-9099-x . S2CID 83705988 .  
  7. ↑ تانغ، جوليان و. (2009-12-06). "تأثير العوامل البيئية على بقاء العوامل المعدية المحمولة جواً" . مجلة الجمعية الملكية للعلوم البينية . 6 (ملحق 6): S737– S746 . doi : 10.1098/rsif.2009.0227.focus . ISSN 1742-5689 . PMC 2843949. PMID 19773291 .   
  8. 1 2 داسغوبتا، بورنندو ك.؛ بوروثور، سيمون ك. (2002). "القياس الآلي لتكوين الجسيمات الجوية". أخذ العينات وإعدادها للميدان والمختبر . الكيمياء التحليلية الشاملة. المجلد 37. الصفحات 161-218 . doi : 10.1016/S0166-526X(02)80043-5 . ISBN   978-0-444-50510-1.
  9. ↑ نيلتجيفان دوريمالين، ديلان إتش. موريس، ميندي جي. هولبروك وآخرون: استقرار فيروس SARS-CoV-2 في الهباء الجوي وعلى الأسطح مقارنة بفيروس SARS-CoV-1، مجلة نيو إنجلاند الطبية، أبريل 2020.
  10. ↑ وانغ، تشي-هسون؛ تشين، بين تي؛ هان، بور-تشنغ؛ ليو، أندرو تشي-يو؛ هونغ، بو-تشن؛ تشين، تشيه-يونغ؛ تشاو، هسينغ ياسمين (2015). "التقييم الميداني لأساليب أخذ العينات الشخصية للهباء الحيوي المتعدد" . PLOS ONE . 10 (3) e0120308. Bibcode : 2015PLoSO..1020308W . doi : 10.1371/journal.pone.0120308 . PMC 4370695. PMID 25799419 .  
  11. ↑ "أجهزة ومعدات علم الفطريات/علم الحشرات" . www.burkard.co.uk . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17-10-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-03-2017 .
  12. ↑ فينسنت، جيمس هـ. (2007). أخذ عينات الهباء الجوي: العلم، والمعايير، والأجهزة، والتطبيقات . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-470-06022-3.
  13. ^ "أندرسن كاسكيد إيمباكتور (ACI)" . www.copleyscientific.com .
  14. 1 2 ويليام ج. ليندزلي؛ بريت ج. غرين؛ فرانسواز م. بلاشر؛ ستيفن ب. مارتن؛ براندون ف. لو؛ بول أ. جنسن؛ ميلي ب. شيفر (مارس 2017). "أخذ عينات من الهباء الحيوي وتوصيفه" (ملف PDF) . دليل المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) للطرق التحليلية . تم الاطلاع عليه في 28 مارس 2018 .
  15. ↑ ماينليس، جيديميناس؛ ويليكي، كلاوس؛ أدهيكاري، أتين؛ ريبونين، تينا؛ غرينشبون، سيرجي أ. (1 نوفمبر 2002). "تصميم وكفاءة تجميع مُرسب كهروستاتيكي جديد لجمع الهباء الحيوي". علم وتكنولوجيا الهباء الجوي . 36 (11): 1073-1085 . Bibcode : 2002AerST..36.1073M . doi : 10.1080/02786820290092212 . ISSN 0278-6826 . S2CID 97556443 .  
  16. ↑ باردون، غاسبار؛ لادهاني، ليلى؛ ساندستروم، نيكلاس؛ إيتوري، ماكسيم؛ لوبوف، غليب؛ فان دير وينغارت، ووتر (2015-06-01). "أخذ عينات الهباء الجوي باستخدام مرسب كهروستاتيكي مدمج مع واجهة ميكروفلويدية" . أجهزة الاستشعار والمحركات ب: الكيميائية . 212 : 344-352 . Bibcode : 2015SeAcB.212..344P . doi : 10.1016/j.snb.2015.02.008 .
  17. ↑ لاذاني، ليلى؛ عفوا غاسبارد. ميوز، هان؛ ويسنبيك، ليسبث فان؛ شميدت، كريستيان. ستيفر، ليفين؛ ويجنجارت ، فوتر فان دير (28/03/2017). "أخذ عينات من فيروس الأنفلونزا المحمول جواً والكشف عنه في تطبيقات نقطة الرعاية" . بلوس واحد . 12 (3) هـ0174314. بيب كود : 2017PLoSO..1274314L . دوى : 10.1371/journal.pone.0174314 . ردمك 1932-6203 . بمك 5369763 . بميد 28350811 .   
  18. ↑ "حجم مسام المرشح وجمع عينات الهباء الجوي" (ملف PDF) . دليل المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) للطرق التحليلية . أبريل 2016. تم الاطلاع عليه في 2 أبريل 2018 .
  19. ↑ سميث، ديفيد جيه؛ ثاكار، بريتال جيه؛ بهارات، أنتوني إي؛ دوكوس، آدم جي؛ كيني، تيريزا إل؛ جيمس، لياندرو إم؛ لين، مايكل إيه؛ خوداداد، كريستينا إل؛ ماغواير، فينلي (31 ديسمبر 2014). "حمولة محمولة على بالون لتعريض الكائنات الدقيقة في طبقة الستراتوسفير (E-MIST)" . أبحاث الجاذبية والفضاء . 2 (2): 70-80 . Bibcode : 2014GSR.....2...70S . doi : 10.2478/gsr-2014-0019 . ISSN 2332-7774 . S2CID 130076615 .  
  20. ↑ كريستنر، برنت سي. (2012). "غائم مع احتمال وجود ميكروبات: يمكن للميكروبات الأرضية التي تحملها السحب أن تحفز تجمد الماء وقد تؤثر على هطول الأمطار على نطاق عالمي". مجلة الميكروبات . 7 (2): 70-75 . doi : 10.1128/MICROBE.7.70.1 .
  21. سميث ، ديفيد جيه؛ تيمونين، هيلكا جيه؛ جافي، دانيال أ؛ غريفين، ديل دبليو؛ بيرميل، ميشيل ن؛ بيري، كيفن د؛ وارد، بيتر د؛ روبرتس، مايكل س. (2013). " انتشار البكتيريا والعتائق عبر القارات بفعل الرياح العابرة للمحيط الهادئ" . علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي . 79 (4): 1134-1139 . Bibcode : 2013ApEnM..79.1134S . doi : 10.1128/aem.03029-12 . PMC 3568602. PMID 23220959 .  
  22. كيلوج ، كريستينا أ.؛ غريفين ، ديل و. (2006). "علم الأحياء الهوائي والنقل العالمي لغبار الصحراء". اتجاهات في علم البيئة والتطور . 21 (11): 638-644 . Bibcode : 2006TEcoE..21..638K . doi : 10.1016/j.tree.2006.07.004 . PMID 16843565 . 
  23. ↑ باربيران، ألبرت؛ لادو، جوشوا؛ ليف، جوناثان دبليو؛ بولارد، كاثرين إس؛ مينينجر، هولي إل؛ دان، روبرت آر؛ فيرير، نوح (5 مايو 2015). "التوزيعات القارية للبكتيريا والفطريات المرتبطة بالغبار" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 112 (18): 5756-5761 . Bibcode : 2015PNAS..112.5756B . doi : 10.1073/pnas.1420815112 . ISSN 1091-6490 . PMC 4426398. PMID 25902536 .   
  24. ↑ كروتزن، بول جيه؛ ستورمر، يوجين إف (2000). "الأنثروبوسين"" النشرة الإخبارية للتغير العالمي لبرنامج الغلاف الجوي الحيوي الدولي . "
  25. ↑ كروتزن، بول ج. (2002-01-03). "جيولوجيا البشرية" . مجلة نيتشر . 415 (6867): 23. رمز Bibcode : 2002Natur.415...23C . doi : 10.1038/415023a . ISSN 0028-0836 . PMID 11780095. S2CID 9743349 .   
  26. ↑ باربيران، ألبرت؛ هينلي، جيسيكا؛ فيرير، نوح؛ كاسامايور، إميليو أو. (15 يوليو 2014). "بنية المجتمعات الميكروبية المحمولة جوًا، وتكرارها السنوي، وترابطها على نطاق عالمي". مجلة علوم البيئة الشاملة . 487 : 187-195 . Bibcode : 2014ScTEn.487..187B . doi : 10.1016/j.scitotenv.2014.04.030 . PMID 24784743 . 
  27. 1 2 J., Schmidt, Laurie (2001-05-18). "عندما تهدأ الأمور: مقالات مميزة" . earthobservatory.nasa.gov .{{cite web}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  28. ↑ بروسبيرو، جوزيف م.؛ بليدز، إدموند؛ ماثيسون، جورج؛ نايدو، رانا (2005). "انتقال الفطريات والبكتيريا الحية بين نصفي الكرة الأرضية من أفريقيا إلى منطقة البحر الكاريبي مع غبار التربة" (ملف PDF) . علم الأحياء الهوائية . 21 (1): 1-19 . Bibcode : 2005Aerob..21....1P . doi : 10.1007/s10453-004-5872-7 . S2CID 16644704 . 
  29. ↑ "سحب الغبار الأفريقية تُقلق علماء الكاريبي" . صحيفة جامايكا أوبزرفر . 27 أغسطس 2013.
  30. ↑ بيلاي، سوريش د؛ ريكي، ستيفن س (2002). "الهباء الحيوي من النفايات البلدية والحيوانية: الخلفية والقضايا المعاصرة". المجلة الكندية لعلم الأحياء الدقيقة . 48 (8): 681-696 . doi : 10.1139/w02-070 . PMID 12381025 .