Der Amazonas-Regenwald spielt eine wichtige Rolle im globalen Wasserkreislauf. Biogene Aerosole wie Pollen, Pilze und Sporen beeinflussen wahrscheinlich die Bildung von Wolken und Niederschlägen. Es gibt jedoch viele verschiedene Arten von Bioaerosolen. Die Partikel unterscheiden sich erheblich in Größe, Morphologie, Mischungszustand und Verhalten wie Hygroskopizität (wie stark die Partikel Wasser anziehen) und Stoffwechselaktivität. Daher ist es wahrscheinlich, dass nicht nur die Menge der Bioaerosole den Wasserkreislauf beeinflusst, sondern auch die Arten der vorhandenen Aerosole.
Nach Daten fischen
Maria Prass, Christopher Pöhlker und ihre Kollegen wollten nun herausfinden, welche Arten von Bioaerosolen in welcher Menge in der Atmosphäre über dem Amazonas-Regenwald vorhanden sind. Für ihre neue Studie entnahmen sie Luftproben in der Regenzeit 2018. Sie nutzten die Infrastruktur an ATTO, um Proben in drei Höhen zu nehmen: bodennah in 5 m Höhe, über dem Kronendach in 60 m Höhe und auf dem hohen Turm in 325 m Höhe. Anschließend filterten sie die Luft nach Aerosolen.
Sie wollten sie auf einer Domänenebene unterscheiden. Konkret untersuchten sie drei Gruppen: Bakterien, Archaeen (einzellige Organismen ohne Zellkern) und eukaryotische Zellen wie Pilze und Algen. Zu diesem Zweck verwendeten sie die FISH-Methode. FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung) ist ein molekulargenetisches Verfahren, das die Identifizierung von Zellen anhand charakteristischer RNA- oder DNA-Sequenzen in Verbindung mit einer Fluoreszenzfärbung ermöglicht. Anschließend betrachtete Maria die gefärbten Partikel unter dem Mikroskop und zählte sie in Handarbeit.
Die Autoren fanden heraus, dass mehr als 70 % der Aerosole in dem untersuchten Größenbereich tatsächlich intakte Zellen waren. Nur die restlichen 30 % waren wahrscheinlich fragmentiertes oder degeneriertes biologisches Material. Von den intakten 70 % dominierten eukaryotische Zellen, die mehr als die Hälfte aller Partikel ausmachten. Auch Bakterien waren mit einem Viertel aller vorhandenen Zellen reichlich vorhanden. Archaeen hingegen waren sehr selten. (Die übrigen Partikel konnten nicht identifiziert werden.) Darüber hinaus stellten sie eine deutliche tageszeitliche Variabilität der Konzentrationen fest. Beispielsweise sind Bakterien an 3 der 7 Tage relativ häufig vertreten, jeweils nach einem starken Regenereignis.
Zusätzlich zu den zeitlichen Schwankungen untersuchten die Wissenschaftler auch die Veränderungen in der Bioaerosolverteilung mit der Höhe. Sie stellten fest, dass die Aerosolhäufigkeit und die Partikelgröße mit der Höhe abnehmen. Dies ist wahrscheinlich auf die große Anzahl von Quellen innerhalb und unter dem Kronendach in Kombination mit einer höheren Sedimentationstendenz und einer geringeren Verweilzeit großer Partikel in der Atmosphäre zurückzuführen. Dieser Trend ist bei Bakterienzellen weniger ausgeprägt, die oft kleiner sind als Sporen, die in Bodennähe häufiger vorkamen.
Potenzial für künftige Studien
Die von Maria und ihren Kollegen ermittelten spezifischen Bioaerosolzahlen sind die ersten ihrer Art für einen tropischen Regenwald. Sie repräsentieren die Regenzeit, wenn die Atmosphäre in dieser Region nahezu unberührt und weitgehend frei von anthropogener Verschmutzung ist. Sie können nun als Referenz für zukünftige Modellierungs- und Prozessstudien dienen. Dabei werden sie für Studien über klimarelevante Wald-Atmosphäre-Wechselwirkungen wie Niederschlagszyklen und die spezifischen Auswirkungen von Bioaerosolen nützlich sein. Insbesondere die Daten aus 325 m Höhe können als Schätzung für Zellen dienen, die konvektiv zur Wolkenbasis hinaufgetragen werden, wo sie möglicherweise die Prozesse der Wolkenbildung und -entwicklung beeinflussen.
Darüber hinaus konnte das Team das Potenzial der FISH-Methode zur gezielten Bestimmung von Organismenklassen auf verschiedenen taxonomischen Ebenen demonstrieren. Theoretisch ist dies bis auf Artniveau möglich. Sie hoffen, künftige Studien mit FISH in engem Zusammenhang mit mikrophysikalischen Wolkenprozessen durchführen zu können. Gezielte Bioaerosol-Charakterisierungen in Zeiten extremer Klimabedingungen, wie z. B. der El-Niño-Dürre im Amazonasgebiet, sind von großer Bedeutung, um die Reaktion und Widerstandsfähigkeit der Bioaerosol-Population im Amazonasgebiet unter wärmeren und vermutlich trockeneren Klimabedingungen in der Zukunft zu untersuchen.
Prass et. al. veröffentlichten die Studie “Bioaerosols in the Amazon rain forest: temporal variations and vertical profiles of Eukarya, Bacteria, and Archaea” Open Access in Biogeochemistry.
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