انتشرت عدوى فطرية نادرة في جميع أنحاء غرب الولايات المتحدة. في أكثر من عقدين بقليل ، ارتفعت الحالات في ولايتي أريزونا وكاليفورنيا بأكثر من ستة أضعاف. يسمى هذا المرض بحمى الوادي ، ويمكن أن يسبب السعال والحمى وآلام الصدر - وحتى الموت.
يمكن العثور على الفطريات المسؤولة في جميع أنحاء ولاية كاليفورنيا والصحراء الجنوبية الغربية. رجال الإطفاء معرضون للخطر بشكل خاص. في الواقع ، يبدو أن حرائق الغابات تثير الفطريات المحبة للتربة وتدفع بها في الهواء. من هناك يمكن استنشاقها بعمق في رئتينا.
أدى ارتفاع درجات الحرارة وتفاقم موجات الجفاف إلى مواسم حرائق غابات أطول وأكثر حدة في جميع أنحاء الغرب الأمريكي. يمكن أن يتسبب دخان حرائق الغابات بمفرده في إصابة الناس بالمرض. لقد تم ربطه بالتسبب في كل شيء من أمراض القلب وأمراض الرئة إلى الأكزيما. وجدت دراسة أجريت عام 2018 أنه في الولايات المتحدة وحدها ، يتسبب دخان حرائق الغابات في حدوث حوالي 17000 حالة وفاة مبكرة كل عام - وهو رقم يمكن أن يتضاعف بحلول عام 2100.
يمكن للحرائق الشديدة أن تخلق طقسها الخاص. وقد ولّد عدد قليل منها ألعاب نارية. يمكن لمثل هذه العواصف الساخنة والحيوية أن ترسل الدخان على طول الطريق إلى الستراتوسفير. هذا من 14 إلى 64 كيلومترًا (9 إلى حوالي 31 ميلاً) فوق سطح الأرض. من هناك ، يمكن أن ينتقل الدخان حول العالم ، تمامًا كما ينتقل الرماد البركاني.
إذا كانت الحرائق يمكن أن تسبب فطريات حمى الوادي العلوي ، فهل يمكن أن تفعل الشيء نفسه مع الميكروبات الأخرى؟ قبل بضع سنوات ، قررت ليدا كوبزيار معرفة ذلك.
بصفتها عالمة بيئة حرائق في جامعة أيداهو في موسكو ، بدأت في أخذ عينات من الميكروبات في دخان حرائق الغابات. بحلول عام 2018 ، أطلقت مجالًا بحثيًا جديدًا. إنها تسميها البيولوجيا الحرارية (PY-roh-air-oh-by-OL-oh-gee). إنه اسم طويل لفكرة أن الحرائق يمكنها تحريك الكائنات الحية في الهواء.
لقد أظهر عملها أن العديد من الميكروبات يمكنها تحمل الحرارة الحارقة للنار.
لكن إلى أي مدى يمكن لدخان حرائق الغابات أن ينقل البكتيريا والفطريات لا يزال مجهولاً. يعمل كوبزيار الآن مع علماء آخرين للإجابة على ذلك. هدفهم:معرفة مدى أهمية الدخان لانتشار الميكروبات المسببة للأمراض على نطاق واسع.
غير مرئي ولكنه واسع الانتشار
قد يبدو الهواء صافياً ، لكن "مئات من البكتيريا والفطريات المختلفة تتطاير" حتى أنقى الهواء ، كما يقول نوح فيرير. إنه عالم ميكروبيولوجي في جامعة كولورادو بولدر.
تنقل الرياح البكتيريا والفطريات من الحقول والصحاري والبحيرات والمحيطات. بمجرد ارتفاعها ، يمكن لهذه الميكروبات السفر حول العالم. في الواقع ، تنطلق بلايين الأطنان من الغبار من الصحاري وحقول المزارع كل عام. تعمل الرياح كحزام ناقل للميكروبات. اكتشف العلماء ميكروبات بدأت في الصحراء ، على سبيل المثال ، هبطت في منطقة البحر الكاريبي.
الشرح:ما هي البخاخات؟
يلاحظ فيرير أن القليل من الميكروبات المحمولة في الهواء من المحتمل أن تسبب المرض. لكن العديد منها يمكن أن يجعل الناس مرضى أو يثيرون ردود فعل تحسسية. يمكن أن تتسبب الميكروبات الأخرى التي تطلق الدخان في الإصابة بأمراض النباتات.
يعتقد كوبزيار أنه إذا كان بإمكان الغبار تحريك الميكروبات الحية حول العالم ، فمن المنطقي أن رذاذ الدخان الصغير يمكنه أيضًا. تقدم الأبحاث التي أجراها فريقها وآخرون الآن أدلة دامغة على أن الدخان ينقل بالفعل الميكروبات الحية.
ميكروبات الدهن
جمعت كوبزيار وطلابها في جامعة فلوريدا في غينزفيل عينات الهواء الأولى لهذا النوع من البحث في عام 2015. جاءت العينات من الحروق المخطط لها في الغابة التجريبية بالمدرسة. تم إشعال هذه الحرائق عن قصد كجزء من مشروع بحثي.
تصدرت المجموعة أعمدة بطول 3 أمتار (حوالي ياردة واحدة) بأطباق بتري. إذا هبطت الميكروبات في الأطباق ، يجب أن تنمو مستعمرات الميكروبات. ويمكن أن يسهل ذلك رؤيتها والتعرف عليها.
احتفظ الفريق بأطباق بتري في الهواء لمدة ثلاث دقائق قبل اندلاع الحرائق. هذا جمع المستويات الطبيعية من ميكروبات الهواء. ثم أشعل كوبزيار النيران. انتشر اللهب بسرعة بمعدل ثابت. عندما بدأ الدخان يتصاعد ، قام الطلاب برفع أطباق بتري جديدة فيه ، كما لو كانوا يصوبون أعشاب من الفصيلة الخبازية على عصا في نار المخيم. هذا جمع عينات الهواء الدخان.
بعد أن غطت كوبزيار وطلابها الأطباق وختموها ، أخذ فريقها العينات إلى المختبر وانتظر ثلاثة أيام حيث بدأت الميكروبات في النمو. ملأ عدد أكبر بكثير من الأنواع البكتيرية والفطرية أطباق بتري المدخنة أكثر من تلك التي تعرضت للهواء "النظيف". أظهر هذا أن رذاذ النار قد أضاف بعض الأنواع الميكروبية إلى تلك التي كانت في الهواء قبل الحريق.
يقول كوبزيار:"لقد أذهلنا عدد المستعمرات الميكروبية المختلفة التي نجت من بيئة الاحتراق ونمت". وبالمقارنة ، كان هناك "القليل جدًا في الهواء المحيط". حددت اختبارات الحمض النووي 10 أنواع من البكتيريا والفطريات. يمكن للبعض أن يمرض النباتات. واحد هو طفيلي النمل. وآخر يساعد النباتات على امتصاص العناصر الغذائية.
من هذه اللحظة فصاعدًا ، يقول كوبزيار ، "الطريقة التي كنا نفكر بها بشأن الدخان قد تغيرت تمامًا".
أبلغ فريقها عن نتائجه في Ecosphere في 2018.
بحلول عام 2017 ، انتقل كوبزيار إلى أيداهو. جمع فريقها عينات من التربة من غابة بجامعة أيداهو وأحرقوها - هذه المرة في المختبر. مرة أخرى ، وجدوا أن الدخان قد استضاف الكثير من الميكروبات الباقية - بما في ذلك الفطريات - والتي سرعان ما تكاثرت في مستعمرات كبيرة.
منذ ذلك الحين ، عمل فريق كوبزيار على جمع المزيد من عينات الهواء أثناء الحروق البحثية المتعمدة في ولايات أخرى. يعمل فريقها مع خدمة الغابات الأمريكية كجزء من تجربة تقييم نموذج الحريق والدخان ، أو FASMEE. من أجل سلامة طلابها ، استبدلت كوبزيار الأعمدة وأطباق بتري بطائرات بدون طيار. وبينما تحلق تلك الطائرات الآلية عبر أعمدة الدخان ، فإنها تأخذ عينات من الهواء.
وقد تم العثور على بكتيريا وفطريات حية في كل طرد من الدخان أخذ عينات منه بواسطة الطائرات بدون طيار.
يقول كوبزيار إنه في ولاية يوتا ، وجد فريق FASMEE أكثر من 100 نوع من الفطريات المختلفة التي لم تكن في الهواء قبل الحريق. وشمل ذلك أنواعًا من الرشاشيات ، والتي يمكن أن تسبب الحمى والسعال وألم الصدر. كما اكتشفوا العفن الذي يمكن أن يسبب الحساسية والربو.
لم يختبر فريقها ما إذا كانت الأنواع التي نجت من الحرارة يمكن أن تسبب المرض ، لكنه يخطط لاختبار ذلك.
ميكروبات قوية
كشفت أبحاث يوتا أيضًا أن هذه الميكروبات قوية.
يقول كوبزيار إن حوالي ستة من كل 10 خلايا بكتيرية وفطرية في الدخان كانت على قيد الحياة - حتى في الدخان الناتج عن حرائق درجات الحرارة المرتفعة. أكثر من ذلك ، يبدو أن ما يقرب من ثمانية من كل 10 خلايا نجت من الحرائق منخفضة الشدة. يشير كوبزيار إلى أن هذه "النسبة المئوية نفسها تقريبًا من الخلايا التي نتوقع رؤيتها حية في هواء [غير مدخن]."
تعد دراسات فريقها هي الأولى التي تُظهر أن الحرائق ترفع البكتيريا الحية والفطريات على ارتفاع لا يقل عن 120 مترًا (393 قدمًا) فوق سطح الأرض - وقريبًا من كيلومتر واحد (0.6 ميل) من الخطوط الأمامية للحريق.
لا يزال ، العديد من الأسئلة الأساسية لا تزال قائمة. كيف يتغير مزيج الميكروبات - من حيث الكمية أو النوع أو قابلية البقاء - كلما ابتعدت عن النار؟ إلى أي ارتفاع يمكن أن يرتفعوا وإلى أي مدى يمكنهم السفر؟ كيف تؤثر أنواع الوقود المختلفة - أشجار الصنوبر أو الأراضي العشبية أو الأشجار المتساقطة الأوراق أو المحاصيل ، على سبيل المثال - على الميكروبات التي تدخل في دخان الحريق؟ هل نوع الحرق - مثل الاحتراق (مثل سجل رطب على نار المخيم) مقابل اللهب عالي الكثافة - يغير نوع الميكروبات المنبعثة؟ وكيف تؤثر درجة حرارة الحريق أو الطقس (مثل الرطوبة) على معدلات بقاء الميكروبات؟
يمكن أن تظهر الإجابات إذا تحقق أحد أحلام كوبزيار. إنها تتوق للعمل مع الباحثين في "مختبر الطيران DC-8" التابع لناسا. يستكشف سطح الأرض والغلاف الجوي لإجراء دراسات تتراوح من علم الآثار إلى علم البراكين.
تشير كريستين ويدنماير إلى أنه تم تعقب المواد الكيميائية المختلفة التي أطلقتها الحرائق في طبقة الستراتوسفير من القطب الشمالي إلى جنوب المحيط الهادئ وفي كل مكان بينهما. تعمل في المعهد التعاوني لأبحاث العلوم البيئية. إنه في بولدر ، كولورادو. استخدم الباحثون عينات DC-8 لكتل من الهواء على ارتفاعات عالية بحثًا عن الملوثات وكيفية تفاعلها مع الجزيئات الأخرى في الهواء.
إنهم يعثرون على بصمات يمكن تتبعها للحرائق في كل مكان في الغلاف الجوي. يقول فيدينماير إن هذا يشير إلى أن الحرائق يمكن أن ترسل البكتيريا والفطريات إلى جميع أنحاء العالم. وهذا يثير اهتمامها. لقد كانت تتعقب وتستخدم جهاز كمبيوتر لنمذجة حركة المواد الكيميائية في دخان حرائق الغابات حول العالم.
وهي لا ترى أي سبب يمنع استخدام مثل هذه النماذج الحاسوبية لتتبع حركة الميكروبات في الدخان والتنبؤ بها - بمجرد أن يجمع الباحثون بيانات كافية. هذا هو السبب في أن "البيولوجيا الحرارية الجوية رائعة جدًا ،" كما تقول. قد تجيب هذه البيانات على أسئلة أساسية حول المخاطر الصحية للميكروبات التي تحمل الدخان.
خريطة الولايات المتحدة
يعمل فريق فيرير في كولورادو على الحصول على خط أساس للميكروبات الموجودة في الهواء في مواقع مختلفة خلال الأوقات العادية. في وقت لاحق ، سيقارنون هؤلاء بما يجدون في الدخان. كانت المجموعة تأخذ عينات من الهواء الداخلي والخارجي في مئات المنازل في الولايات المتحدة "لتحديد الميكروبات التي نتنفسها أثناء تجولنا في القيام بأعمالنا اليومية" ، كما يقول فيرير. كما يقومون بأخذ عينات من الهواء عبر ولاية كولورادو ، التي شهدت حرائق قياسية في عام 2020.
يمكن أن تختلف الميكروبات الموجودة في الهواء كثيرًا. بالقرب من مدينة في الغرب الأوسط في الشتاء ، على سبيل المثال ، قد تشمل تلك المرتبطة بالأشجار المحلية أو ، بشكل غريب ، براز الكلاب. بالقرب من حقل تسمين كولورادو في الصيف ، قد تتضمن الميكروبات تلك المرتبطة ببراز الماشية.
بمجرد حصول العلماء على قياسات عدد الميكروبات التي يمكن حملها في الدخان ، وإلى أي ارتفاعات ، يمكن لمجموعة فيرير دمج هذه البيانات مع أرقام إنتاج الدخان العالمية. ثم يمكنهم حساب "بعض حسابات ظهر الغلاف" للكمية المحتملة من الميكروبات التي تنتقل في الدخان. في النهاية ، كما يقول ، يمكن للعلماء معرفة عدد الأحياء على قيد الحياة ، وما إذا كان ذلك مهمًا لصحة الإنسان.
يقول فيرير وكوبزيار إنه يمكن تحقيق قفزات كبيرة إلى الأمام إذا شارك المزيد من العلماء في مثل هذه الدراسات. لحسن الحظ ، أبدى باحثون من مجالات مختلفة اهتمامًا بفعل ذلك. كان هذا بعد ورقة بحثية في العلوم ، في كانون الأول (ديسمبر) الماضي ، لخص حالة البيولوجيا الحرارية ووصف الأسئلة التي لا تزال بحاجة إلى إجابات. كتبه كوبزيار مع طبيب الأمراض المعدية جورج طومسون من جامعة كاليفورنيا في ديفيس.
هل يوجد خطر؟
في السنوات الأخيرة ، شهدت طومسون زيادة كبيرة في عدد المرضى المصابين بعدوى فطرية ، مثل حمى الوادي ، بعد حرائق الغابات القريبة. كان يدرك جيدًا أنه عندما يدخل رذاذ الدخان إلى الرئتين ، يمكن أن يجعل التنفس صعبًا. يمكن أن تؤدي حتى إلى النوبات القلبية. في الواقع ، أدى الدخان الكثيف خلال حرائق الغابات في كاليفورنيا من 2015 إلى 2017 إلى زيادة خطر الإصابة بالنوبات القلبية هناك بنسبة تصل إلى 70 في المائة. هذا وفقًا لتقرير 21 أبريل 2020 في Journal of the American Heart Association .
بدأ طومسون في التساؤل عما إذا كانت الجحيم الذي حطم الرقم القياسي في كاليفورنيا يثير المزيد من الميكروبات أكثر من فطر حمى الوادي. لذا فقد انضم الآن إلى كوبزيار.
يبدو أن رابط حمى الوادي حقيقي. على سبيل المثال ، بعد اندلاع حريق سيمي عام 2003 في مقاطعة فينتورا ، أصيب أكثر من 70 شخصًا بحمى الوادي. حتى الآن ، لا أحد يعرف إلى أي مدى يمكن للفطريات التي تسببها أن تنتقل وتسبب المرض في إصابة الناس.
ومع ذلك ، هناك طرق لمعرفة ذلك. يقول طومسون إن إحدى الطرق هي مقارنة وصفات المضادات الحيوية في المدينة وزيارات المستشفى في الأشهر التي سبقت الحريق وبعده.
يقول فيرير ، إلى أن نعرف المزيد حول ما تطلقه الميكروبات وأين تذهب ، فلن نعرف مدى أهمية مثل هذا الارتباط لصحة الإنسان. يوافق طومسون على أن هناك الكثير الذي لا نعرفه حتى الآن. "لا يزال لدينا الكثير من العمل للقيام به. هذا نوع من بداية بداية القصة ".
غبار متطاير عالياً
في أغسطس 1965 ، سافر علماء من إنجلترا إلى جزيرة بربادوس الكاريبية. هناك ، شاهدوا كتلة من الهواء تنفجر من 4500 كيلومتر (2800 ميل) إلى الشرق. يتذكر جوزيف بروسبيرو ، في غضون ساعات ، تحول الهواء الذي يمر عبر شباكهم إلى اللون الأحمر مع الغبار. كان عالمًا شابًا في فلوريدا في ذلك الوقت.
للعثور على مصدره ، أخذ بروسبيرو عينات من الهواء بعد عام من طائرة فوق المحيط الأطلسي. ووجد أن الرياح التي يبلغ ارتفاعها من 1 إلى 3 كيلومترات (0.6 إلى 1.9 ميل) تنقل الغبار الأحمر من إفريقيا إلى منطقة البحر الكاريبي. قد تظهر دراسات أخرى أن الرياح عالية الارتفاع في مكان آخر تنقل الغبار بانتظام في منتصف الطريق حول العالم أو أكثر.
تحمل هذه الرياح ما بين 3 مليارات إلى 4 مليارات طن من الغبار كل عام - وهو ما يكفي لتغطية مدينة شيكاغو ، إلينوي ، على عمق 5 أمتار (16 قدمًا). يغذي بعض الغبار الغابات المورقة - مما يسمح لها بالنمو حيث لم تستطع. يتسبب الغبار المتطاير أيضًا في هطول الأمطار وتساقط الثلوج. يمكنه حتى نقل الميكروبات عبر المحيطات.
- دوجلاس فوكس
