Pilvistä satavat bakteerit voivat aiheuttaa epidemioita - samalla taudit leviävät mantereelta toiselle

Sade syntyy, kun vesihöyry tiivistyy ilmassa lentävien hiukkasten ympärille ja alkaa kasvaa jääkiteinä. Pitkään ajateltiin, että tällaisina tiivistymisytiminä toimisivat vain elottomat hiukkaset, kuten mineraalit, hiekkapöly tai ilmansaasteet.

Tiedeyhteisölle tuli siis melkoisena yllätyksenä, kun jotkut tutkijat alkoivat löytää yhä vahvempia todisteita siitä, että myös bakteereilla voisi olla jotakin tekemistä sateen kanssa.

Pilvibakteerien tarina alkaa maasta 1960-luvulla. Tuolloin yhdysvaltalaiset tutkijat koettivat päästä selville maissilla elävän sienitaudin elämänkierrosta. He jauhoivat sienen infektoimia lehtiä hienoksi jauheeksi ja levittivät sitä uusien maissien lehdille nähdäkseen, miten sieni leviää.

Tutkimusprosessin aikana tuli kuitenkin hallayö, ja tutkijat tekivät omituisen havainnon. Halla oli purrut ainoastaan niitä maisseja, joihin oli levitetty jauhetta infektoituneista kasveista. Kun tutkijat myöhemmin koettivat ymmärtää, miksi näin oli, he törmäsivät syylliseen.

Jauheessa oli mukana bakteeria nimeltä Pseudomonas syringae, joka osasi muodostaa jäätä melko lämpimissä olosuhteissa. Bakteerille tästä oli hyötyä, sillä pakkasen vaurioittamista kohdista bakteeri pääsi sisälle kasvin solukkoon, jonne se halusikin.

Myöhemmät tutkimukset osoittivat, että bakteerin kyky saada vesi jäätymään perustui sen tuottamiin proteiineihin. Nämä proteiinit ovat tehokkaita jäänmuodostajia, sillä yksi ainoa bakteeri voi tuottaa riittävästi proteiineja tuhanteen jääkiteeseen.

Ei kulunut aikaakaan, kun proteiinit valjastettiin kaupalliseen toimintaan. Niitä käytetään nykyään yleisesti lumetuskoneissa tekemässä vedestä lunta. Niillä saadaan myös sadetta aikaan, kun niitä kylvetään pilviin.

Näytteitä pilvistä

Kun bakteerin proteiineja ensimmäisen kerran kylvettiin pilviin, harva tuli ajatelleeksi, että sitä tapahtuu myös luonnostaan. Tästä on saatu yhä uusia todisteita pitkin 2000-lukua.

Vuonna 2008 yhdysvaltalaiset tutkijat keräsivät luminäytteitä vuoristoista sekä etelänapamantereelta ja etsivät niistä merkkejä Pseudomonas-bakteerin proteiineista.

He eivät tulleet kotiin tyhjin käsin. Joillakin alueilla jopa 70 prosenttia lumihiutaleista oli muodostunut bakteerin proteiinien ympärille. Koska näytteet kerättiin alueilta, joissa ei ollut kasvillisuutta, bakteerit olivat kulkeutuneet jostakin muualta.

Lisää todisteita bakteerien osallisuudesta saatiin muutaman vuoden kuluttua, kun yhdysvaltalaistutkijat keräsivät rakeita yliopiston kampukselta. Niidenkin sisältä löydettiin Pseudomonas-bakteeria. Bakteeria löytyi nimenomaisesti rakeen ytimestä, joten rakeen muodostus oli ilmeisesti alkanut bakteerista.

Näiden varhaisten havaintojen jälkeen tutkijat ovat keränneet bakteerinäytteitä pilvistä ja pilvien yläpuolelta ja saaneet tuloksia, joista kukaan ei olisi muutama vuosi sitten osannut edes haaveilla.

Jumbojettien lentokorkeudesta on löytynyt yli kaksituhatta lajia erilaisia mikrobeja. Suurin osa näistä korkeuksista kerätyistä mikrobeista on ollut elossa, ja ne mahdollisesti ”syövät” siellä ilmaan nousseita hiiliyhdisteitä, joita myös on näissä korkeuksissa.

Mikrobien löytyminen 9–15 kilometrin korkeudesta on merkittävää siksikin, että muut hiukkaset, kuten hiekkapöly ja suolat, eivät yleensä nouse näin korkealle.

Sateen mukana maahan

Se, miten mikrobit korkeuksiin nousevat, on hämärän peitossa.

Eräässä tutkimuksessa lentokone keräsi mikrobinäytteitä merialueiden yläpuolelta ennen ja jälkeen hurrikaanin.

Hirmumyrskyn jälkeen kilometrien korkeudesta löydettiin paljon ulosteperäisiä mikrobeja, joita korkeuksissa muutoin on harvoin. Näin osa mikrobeista on todennäköisesti väliaikaisia vierailijoita, jotka tempautuvat ilmakehään sattumalta.

Pseudomonaksen kaltaiset bakteerit sen sijaan ovat vakituisempi löydös tutkimuksissa. Se voi tarkoittaa, että korkeuksissa eläminen on ehkä osa lajin elämäniertoa.

Ilmavirtoja pitkin bakteeri pääsee uusille elinalueille, ja sateen mukana se laskeutuu takaisin maan pinnalle. Ylhäällä ollessaan se voi vaikuttaa pilvisyyteen ja sateisuuteen, ja alas tullessaan se aiheuttaa usein odottamattomia hallavaurioita.

Hiekka voi tuoda sairauksia

Yläilmojen mikrobistossa on havaittu myös tauteja aiheuttavia lajeja. Se, voivatko nämä vaikuttaa sairastavuuteen, on kuitenkin vielä avoin kysymys.

Tutkijoita on kiinnostanut pitkään esimerkiksi Saharan hiekkapölyn ja sairastavuuden suhde. Hiekkamyrskyjen nostattama pöly vaeltaa yläilmoissa tuhansien kilometrien päähän. Pöly itsessään voi olla haitallista esimerkiksi astmapotilaille, mutta hiekan mukana voi tulla myös sairauksia aiheuttavia mikrobeja.

Yksi esimerkki on Britanniassa vuonna 2001 yhtäkkisesti leimahtanut eläinten suu- ja sorkkatautiepidemia. Hetkeä tätä ennen Saharassa oli ollut valtava hiekkamyrsky, jonka nostattamaa pölyä kulkeutui paljon Britanniaan.

Toinen kiinnostava esimerkki on Kawasakin tauti, jossa lasten verisuonet tulehtuvat tuntemattomasta syystä. Sairaus on harvinainen, mutta sitä esiintyy Japanissa.

Muutama vuosi sitten tutkijat havaitsivat, että Kawasakin taudin esiintyminen korreloi tiettyjen ilmavirtojen kanssa. Jos tuulet puhalsivat Koillis-Kiinasta, sairaustapauksissa nähtiin selvä piikki.

Vuonna 2013 tutkijat lensivät näihin ilmavirtoihin ottamaan näytteitä ja havaitsivat, että tuulten mukana lensi lukuisia mikrobeja. Yksi näistä, hiivasieni Candida, oli näytteissä erittäin yleinen, ja nyt tutkijat selvittävät, onko sillä yhteyttä Kawasakin tautiin.