När allergisäsongen slår till skyller många sina reaktioner på den lokala floran på våren. Men dammplymer från afrikanska Sahara-Sahel, som är tillräckligt stora för att registreras på väderradarn, reser jorden runt varje sommar och för med sig sin egen form av luftföroreningar.
Dr Shankar Chellam, professor vid Zachry Department of Civil and Environmental Engineering och A.P. och Florence Wiley Professor III vid Texas A&M University, och hans numera tidigare student Dr. Sourav Das har vidareutvecklat tidigare forskning för att identifiera mikroorganismer som kan ha hamnat i en tur i dammet plymer över Atlanten. Dr Daniel Spalink, biträdande professor och föreståndare för S.M. Tracy Herbarium vid Texas A&M hjälpte till att analysera biologin och identifiera bakterier och svampar i proverna.
"Vi får alla allergier och potentiellt andra allvarligare hälsoeffekter när vi andas in damm, och det är inte helt känt om vad som orsakar dessa allergier", säger Chellam. "Vissa kanske tror att det bara är sanden eller lermineralerna i dammet. Andra tror att det är metallerna eller organiska ämnen i dammet, och sedan tror vissa att det är bakterierna och svamparna."
Denna forskning, publicerad i tidskriften Environmental Science &Technology , är den första som studerar sambandet mellan bakterier och svampar med dammstormar från Nordamerika och Sahara.
"Några grupper har studerat bakterier och svampar i Afrika och Europa, men ingen har studerat metaller, bakterier och svampar tillsammans i en afrikansk dammhändelse", säger Chellam.
Prover togs under en dammhändelse från Sahara i Houston, Texas, i augusti 2018. Sammansättningar av elementära, bakterier och mykobiom (svampsamhällen) mättes.
Chellam noterade att dammhändelser kan variera årligen, med olika elementsammansättningar varje år. Att bestämma den exakta källan till damm som reser till Houston är utmanande. Även satellitbilder av händelserna kanske inte exakt pekar ut källan. Damm rör sig norrut till Europa, korsar Atlanten och reser österut till Asien. Det troliga källområdet för denna studie är själva öknen eftersom bilder visade betydande dammmoln från Sahara-regionen i början av augusti.
Spalink förklarade att den biologiska mångfalden av bakterier och svampar i storstads- och industriområden som Houston är mycket dynamisk och förändras ofta dagligen. Många bakterier och svampar finns över hela världen.
"En viktig del av den här studien är att mycket av biologisk mångfald inte beskrivs vetenskapligt", säger Spalink. "Det har inget namn, det kan inte odlas, och eftersom det inte kan odlas är det svårt att studera."
Däremot upptäcktes mikrobiota genom att extrahera DNA från filter. Noggranna sekvenseringstekniker upptäckte bakteriegenom från 117 familjer och svampgenom från 164 familjer. Tekniken visade inte om mikroberna levde, men den upptäckte flera patogena bakterier och svampar, av vilka många finns upptagna på Världshälsoorganisationens globala prioritetslista över mänskliga patogener.
"Det säger oss inte om de kommer att kunna infektera oss och göra oss sjuka," sa Spalink. "Men åtminstone DNA från flera patogena bakterier och svampar identifierades i det afrikanska dammet."
Den biologiska mångfalden av bakterier och svampar var starkt korrelerad till ett fåtal grundämnen, framför allt kalcium. Studien visade att kalcium och zirkonium är viktiga för att förklara bakterie- och svampbeta-mångfald, förhållandet mellan regional och lokal artmångfald.
"De metaller som vi betonade i den här studien är inte samma metaller som vi betonade i den tidigare studien", säger Chellam.
Även om dessa element kan hittas i sahara-damm, finns de också lokalt i Houston.
En liknande varning hittades i biota-detektioner. Över 2 000 olika organiska grupper upptäcktes. Endast 17 ökade i överflöd när dammet från Sahara kom in i Houston. Alla 17 av dessa finns över hela världen, och flera upptäcktes i mindre mängder före dammhändelsen.
"Det finns en chans att du alltid kommer att få någon form av korrelation med vissa metaller," sa Das. "Det betyder inte att det inte kommer från afrikanskt damm."
Framtida studier skulle kunna utöka detta arbete genom att ta prover före, under och efter dammstormar under flera år. Provtagningen skulle också kunna expandera geografiskt över reseområden med dammplymer.
Drivfaktorer som klimatförändringar och andra meteorologiska effekter kommer också att vara viktiga för framtida forskning.
"Hela dynamiken i damm från Sahara som kommer till Houston drivs i första hand av atmosfäriska processer", sa Das.
"Detta belyser vikten av att ha dessa basdatauppsättningar," tillade Spalink. "Det är verkligen svårt att förutsäga hur biotan kommer att förändras om du inte vet vad som har hänt i det förflutna eller vad som händer nu."
Chellam förklarade att den största stormen någonsin i Houston uppmättes 2020, vilket lyfter fram ett potentiellt område för framtida forskning.
"Den var så stor att den fick ett smeknamn, och den kallas nu för dammstormen Godzilla", sa Chellam. "Jag råkade bara ta prover då, så förhoppningsvis kan vi få bra data och publikationer från det också."
Alyvia McEwan, en av Chellams studenter, och Dr. Joseph Prospero, professor emeritus vid University of Miami i Florida, gav betydande bidrag till denna forskning. Chellam ger Prospero, som har arbetat med afrikanskt stoft sedan början av 70-talet, för att ha inspirerat sin forskning.
"Han är killen som först förde in detta afrikanska stoft till forskarsamhällets medvetande", sa Chellam om Prospero.
McEwan är krediterad för en stor del av dataanalysen och tolkningen och för att generera många av de grafiska representationerna.
"Det är galet hur mycket den genomsnittliga människan utsätts för när det gäller vilka typer av element, svampar och bakterier som har alla dessa potentialer kopplade till sig", säger McEwan.
Mer information: Sourav Das et al, Respirable metaller, bakterier och svampar under en sahara–sahelisk dammhändelse i Houston, Texas, Environmental Science &Technology (2023). DOI:10.1021/acs.est.3c04158
Journalinformation: Miljövetenskap och teknik
Tillhandahålls av Texas A&M University College of Engineering
