Flusso di aerosolizzazione, bio

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

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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.

10 times higher in Exp5–7 than in Exp1–4 (Table 1). Captured cell numbers by impingers did not differ significantly between treatments (Kruskal–Wallis X2(1) = 0.017, p = 0.90), but between strains (Kruskal–Wallis X2(1) = 14.63, p < 0.001)./p>−8 °C with 2.1 × 10−6 INP.cell−1 and R86-47 at <−8 °C with 3.3 × 10−6 INP.cell−1. Strains from Lake Västra Ringsjön were active at lower subzero temperatures, i.e., VR66-10 at <−17 °C with 2.5 × 10−5 INP.cell−1 and VR66-07 at <−18 °C with 8.2 × 10−6 INP.cell−1. In R86-47 the IN activity remained low, between −8 and −17 °C ( ≤ 3.9 × 10−6 INP.cell−1), sometimes below the detection limit (<−12 °C) and started to increase again at <−17 °C ( ≤ 1.5 × 10−4 INP.cell−1). In all strains, half of the replicates were frozen (frozen fraction (FF) of 0.5) from −18 down to −21 °C (Fig. 5). At −21 °C, all replicates were frozen (FF = 1) in R86-45 (Fig. 5a). In the three other strains (Fig. 5b–d), FF reached 0.95 in VR66-10, 0.88 in R86-47 and 0.75 in VR66-07. At −21 °C the number of INP was 1.01 × 10−4 (± 0.4 × 10−4) INP.cell−1 on average, reaching 8.2 × 10−5 INP.cell−1 in R86-45, 1.5 × 10−4 INP.cell−1 in R86-47, 5.2 × 10−5 INP.cell−1 in VR66-07, and 1.2 × 10−4 INP.cell−1 in VR66-10 (Fig. 6). Results indicated that L. gaiensis entity could be IN active at rather low temperatures, almost negligeable compared to known INA PBAPs (e.g., P. syringae, our positive control, ≤−6 °C) and abiotic particles (≤−12 °C)./p>-4 °C (positive control, gray). The error bars show the 95% confidence interval. Each data point is the synthesis of a total of 52 to 64 replicates per strain and treatment, and of 116 replicates per control./p>109 cells, and a better survival rate both after emission and freezing. Additionally, the negative trend between the percentage of revived organisms and the condition of microalgal growth (density, age) suggests that cell abundance and physiology may play an important role in the species survival capacity. The physiological response under aerosolization and freezing differed between strains, despite organismal concentration and growth phase. VR66-07 and R86-47 had similar revival capacities after cold exposure (Z-test X2(1) = 7.45, p = 0.006) and their entity produce INA soluble proteins active below −17 °C, whereas R86-45 was less efficient at coping with cold temperature exposure (Z-test X2(1)VR66-07- R86-45 = 20.58 and X2(1)R86-47- R86-45 = 42.98, p < 0.001, respectively) and its entity produced non-soluble INA proteins active from −8 °C. To decipher the mechanisms behind L. gaiensis tolerance to atmospheric stressors, results call for complement morphological and physiological investigations./p>50,000, and excitement with two lasers at 405 nm and 488 nm. Because the signal from both lasers was similar, we here show data from the 488 nm laser for comparison with available body of literature. Generated data was analyzed using FlowJoTM version 10.8.1 (Becton Dickinson & Company 2006-2021)./p>

2.0.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1175%2F1520-0469%281971%29028%3C0402%3AQEOERA%3E2.0.CO%3B2" aria-label="Article reference 72" data-doi="10.1175/1520-0469(1971)0282.0.CO;2"Article Google Scholar /p>

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