CC BY
21СПОРЫ ГРИБОВ и ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
В.Н.Кобзарь
Кыргызско-Российский Славянский Университет, г. Бишкек
Резюме: Ежедневно воздушные споры грибов увеличивают риск аллергических заболеваний, но новая информация о них помогает понять возникшие изменения климата.
Цель настоящей статьи - оценить споры грибов как один из экологических показателей изменения климата и выявить влияние метеорологических факторов на динамику содержания спор грибов в воздухе. Многолетние результаты аэробиологического мониторинга и метеорологические данные городов Кыргызстана подвергли статистической обработке на базе пакета Мюгс^о1Шхсе1 2012 с использованием вариационного и корреляционного анализа. Температура являлась одним из положительно влияющих абиотических факторов на уровень спор грибов, особенно в сентябре. Её повышение может способствовать появлению новых или распространению уже имеющихся аэроаллергенов. В атмосфере г Каракол впервые идентифицированы аэроспоры устилаго, торулы, серпулы итриходермы. В условиях высокой относительной влажности споры грибов способны вегетировать на пыльцевых зернах, тем самым усиливать триггерный механизм аллергических заболеваний.Относительная влажность и осадки негативно влияли на величину подсчета аэроаллергенов. Скорость и направление ветра действовали на таксономический и количественный состав по-разному: весной эффект действия был положительным, а осенью - отрицательным. Выявлено комплексное влияние метеорологических факторов (температура и относительная влажность, температура и осадки, температура и скорость ветра, относительная влажность и осадки, относительная влажность и скорость ветра, осадки и скорость ветра), а также загрязняющих и метеорологических факторов на количественный и таксономический состав аэроспор.
Ключевые слова: изменение климата, споры грибов, таксономический состав.
Козу карындардын спорасы жана климаттын езгеруусу
В.Н. Кобзарь
Корутунду: ^н сайынкозу карын споралары аллергиялык оорулардын тобокелдигин кeбeйтYYДe, бирок алар жeнYндeгY жацы маалымат келип чыккан климаттын eзгeрYYCYн тYШYHYYгe жардам берет.
Бул макаланын максаты - козу карындардын спорасын климаттын eзгeрYYCYHYH экологиялык кeрсeткYчтeрYHYH бири катары баалоого жана абадагы козу карын спораларынын динамикасына мете-орологиялык факторлордун тийгизген таасирин аныктоо. Кыргызстандын шаарларындагы шп жылдык аэробиологиялык мониторинги жана метеорологиялык маалыматтардын жыйынтыгы вариациялык жана корреляциялык анализди колдонуу менен персоналдык компьютер YЧYH болгон Мюгс^ойЕхсе! 2012 пакет-тик базада статистикалык анализден eткeн. Температура козу карындардын спорасына оц таасир берYYЧY абиотикалык факторлордун бири болуп саналган, eзгeчe сентябрь айында. Температура кeтeрYЛYYCY жацы пайда болгон аэроаллергендердин таралуусуна тYрткY берет. Каракол ш. атмосферасында биринчи жолу устилагонун, торуланын, серпула итриходермдин аэроспоралары идентифицияланган. Жогорку салыштыр-малуу нымдуулук шартында козу карын споралары дан чацчаларында вегетативдик eрчYYгe жeндeмдYY, ошону менен бирге аллергиялык оорулардын триггердик механизмин кYчeтeт. Салыштырмалуу нымдуулук жана жаан-чачын аэроаллергендердин эсептee чоцдугуна терс таасир берет. Шамалдын ылдамдыгы жана багыты таксономиялык жана сандык курамына ар-кандай таасир берген: жазында оц, кYЗYHдe терс таасир берген. Метеорологиялык факторлордун (температура жана салыштырмалуу нымдуулук, температура жана жаан-чачын, температура жана шамалдын ылдамдыгы, салыштырмалуу нымдуулук жана жаан-ча-чын, салыштырмалуу нымдуулук жана шамалдын ылдамдыгы, жаан-чачын жана шамалдын ылдамдыгы), ошондой эле булгагыч жана метеорологиялык факторлордун аэроспоранын сандык жана таксономиялык курамына болгон комплекстYY таасири аныкталган.
Негизги сездер: козу карын спорасы, аэробиологиялык мониторинг, метеорологиялык факторлор, Кыргызстан.
FUNGAL SPORES AND CLIMATE CHANGE
V.N. Kobzar Kyrgyz-Russian Slavic University, Bishkek Abstract: Daily air spores of fungi increase the risk of allergic diseases, but new information about them helps to understand the climate changes that have arisen.
The purpose of this article is to evaluate fungal spores as one of the environmental indicators of climate change and to reveal the effect of meteorological factors on the dynamics of the content of fungal spores in the air. Long-term results of aerobiological monitoring and meteorological data of the cities of Kyrgyzstan were subjected to statistical processing on the basis of the package MicrosoftExcel 2012 using variational and correlation analysis. Temperature was one of the positively influencing abiotic factors on the level of fungal spores, especially in September. Its increase can contribute to the emergence of new or the spread of existing aeroallergens. In the atmosphere of the city of Karakol, for the first time, aerospores of utealago, torula, serpula and trichoderma have
been identified. In conditions of high relative humidity fungal spores are able to vegetate on pollen grains, thereby strengthening the trigger mechanism of allergic diseases. Relative humidity and precipitation negatively influenced the count of aeroallergens. The speed and direction of the wind acted on taxonomic and quantitative composition in different ways: in the spring the effect of the action was positive, and in the autumn - negative. The complex influence of meteorological factors (temperature and relative humidity, temperature and precipitation, temperature and wind speed, relative humidity and precipitation, relative humidity and wind speed, precipitation and wind speed), as well as pollutant and meteorological factors on the quantitative and taxonomic composition of the aerospores, is revealed.
Keywords: climate change, fungal spores, taxonomic composition.
Ежедневно воздушные споры грибов увеличивают риск аллергических заболеваний, но новая информация о них помогает понять возникшие изменения климата.
Люди во всем мире вдыхают гораздо большее количество и разнообразие воздушных спор грибов, чем считалось ранее. Согласно последним данным Института Макса Планка и Университета Майнца, мы вдыхаем от одной до 10 аэроспорпри каждом вдохе. Крупные споры (более 5,0 мкм) при вдыхании проникают в носоглотку неглубоко и чаще способствуют развитию аллергий. Более мелкие споры (1,5-5,0 мкм) способны достигать лёгочных альвеол и вызывать бронхиальную астму у человека.
Исследователи заинтересованы в аэробиологических исследованиях, учитывающих количественный и таксономический состав спор грибов в воздухе по трем причинам:
1) изучая споры грибов можно установить: подвержены ли экосистемы к изменению в связи с глобальным потеплением климата;
2) споры грибов играют важную роль в качестве триггера возникновения аллергических заболеваний у людей;
3) споры грибов - это главный компонент биоаэрозолей;
4) изменилось геопространственное распространение воздушных спор, возможен их занос на дальние расстояния [4, 7].
цель настоящей статьи оценить споры грибов как один из экологических показателей изменения климата и выявить влияние метеорологических факторов на динамику содержания спор грибов в воздухе.
Материалы и методы
Стандартным гравиметрическим методом с помощью ловушек Дюрама на оптимальной высоте 15-25 м изучили динамику содержания спор в гг. Оше, Чолпон-Ата и Нарын. Многолетние результаты аэробиологического мониторинга и метеорологические данные подвергли статистической обработке на базе пакета Microsoft Excel 2012 для персонального компьютера с использованием вариационного и корреляционного анализа. Достоверность различий сравниваемых показателей определяли по критериям t, p Стьюдента. Достоверность всех коэффициентов корреляции обозначена следующим образом: * - р< 0,001; ** - p< 0,01; *** - p< 0,05.
результаты исследования и их обсуждение
Аллергия на спорыгрибов может возрастать по мере изменения погодных условий. В источниках литературы интенсивно обсуждается вопрос о степени влияния метеофакторов на концентрациюаэро-аллергенов, включая споры грибов, во многом зависящих от температуры, относительной влажности, скорости, направления ветра и количества осадков [1-3, 5,6].
Результаты аэробиологического мониторинга показали, что аллергически действенная (пороговая) концентрация спор грибов возникала скачкообразно. Аэроспоры циркулировали во всех пунктах наблюдения Кыргызстана в течение всего весенне-осеннего периода с максимальным содержанием в июне-августе. В отличие от аэропалинологического спектра аэромикологический режим имел серию летних пиков. Максимальное число спор грибов, принадлежавших к 10 таксонам, 3 из которых составляли доминантный спектр - 83,5%, выявленыв атмосфере г.Ош
Споры грибов ризопуса регистрировались в воздухе в течение всего периода наблюдений, максимум - 107 (26 мая), всего за сезон - 855 спор грибов, с. г./см2.
Аэроспорыальтернарии циркулировали с 18 апреля по 4 ноября (203 дня), максимум - 45 (18 октября), всего - 777 с.г./см2.
Споры грибов кладоспориянаблюдались в атмосферев период с 13 апреля по 4 ноября (206 дней), максимум - 45 (16 октября), всего - 663 с.г./см2.
Динамика содержания этих таксонов имела свои особенности. Так, у спор ризопуса обнаружены два пика: первый наблюдался в 3-й декаде мая (192), сумма за этот месяц - 245 и второй - во 2-й декаде октября (70), сумма - 132с.г./см2.
В отличие от указанного таксона, у спор альтернарии был ярко выражен только один пик во 2-й декаде октября (156), сумма за месяц - 279 с.г./см2. Споры кладоспория демонстрировали тенденцию, аналогичную альтернарии, достигая своего максимума в 3-й декаде октября (115), сумма за месяц
Рис. 1 - Пыльцевые зёрна кохии венечной, поврежденные спорами грибов пеницилла
(СЭМ: увеличение х 2 000-5 000)
составляла 225 с.г./см2.
Температура являлась одним из положительно влияющих абиотических факторов на уровень спор грибов, особенно в сентябре (г=0,51**).Относительная влажность и осадки негативно влияли на величину подсчета аэроаллергенов (г=-0,5**-0,7*). Скорость и направление ветра действовали на таксономический и количественный состав как положительно, так и отрицательно. В весенний период эффект действия был положительным (г=-0,43***), а осенью - отрицательным (г=-0,45**).
В аэромикологическом режиме г. Чолпон-Ата присутствовали 6 таксонов спор, основными из которых являлись: 1) кладоспорий - весь период наблюдения. Максимум - 105 (29 августа). Всего - 925 с.г./см2; 2) альтернария - апрель-сентябрь. Максимум - 24 (22 сентября). Всего - 459 с.г./см2. Согласно аэробиологическому мониторингу, важная роль в динамике содержания спор принадлежала следующим метеофакторам: температуре, относительной влажности, осадкам, атмосферному давлению, скорости и направлению ветра. Установлено, что осадки, но не относительная влажность содействовали отрицательному эффекту действия на уровень аэроспор, в особенности в августе (г=-0,53*). Скорость ветра положительно влияла на концентрацию в сентябре (г=0,53**) и отрицательно - в апреле (г=-0,4**).По-видимому, указанное связано с тем, что в воздухе г. Чолпон-Ата отсутствуют значительные межсуточные колебания температуры, относительной влажности и атмосферного давления.
В воздушном бассейне г. Нарын весь период наблюдения циркулировали споры:
1) кладоспория - максимум - 27 (19 августа), всего - 327 с.г./см2;
2) альтернарии - максимум -14 (17 сентября), всего - 243 с.г./см2.
Статистическая обработка аэробиологических данных и метеофакторов также продемонстрировала важность температуры в колебании количественного состава пыльцы и спор. Её повышение в весенний период благоприятствовало высокому содержанию аэроаллергенов в апреле, конкретно для спор (г=0,9*). В июне-июле коэффициент корреляции для пыльцы возрастал(г= 0,7*), а для спор снижался (г=0,53**).Осенью выявлена заметная корреляционная связь между температурой и количественным составом аэроаллергенов (г=0,68*).
Осадки и относительная влажность негативно влияли на величину суточного и подекадного подсчётов аэроаллергенов: в июне-июле (г=-0,5*и г=-0,4*** соответственно). Наибольшая корреляция была отмечена в сентябре(г=0,9*). Скорость ветра отрицательно воздействовала на содержание спор (г=-0,34***).
Итак, в результате обработки полученных данных выявлено, что корреляционная связь динамично меняется в зависимости от месяца, сезона и пункта исследований.
В общем, все выявленные коэффициенты корреляции свидетельствовали об умеренной (до 0,5) до заметной (от 0,51 до 0,7) и высокой (г=0,9*) корреляционной взаимосвязи между содержанием аэроспор и метеофакторами.
Предполагают, что в ряде случаев пыльцевые аллергены могут быть компонентами бактерий или грибов, вегетирующих на растительной пыльце. Нами установлено, что споры грибов в условиях высокой относительной влажности сильно повреждают поверхность экзиныпыльцы растений.Так, споры гриба пеницилла вегетировали на зрелой пыльце кохии венечной, образовав на её поверхности морщины, трещины, выросты и гребни (фот. 1-2).
Когда загрязняющие вещества из источника выброса попадают в атмосферу, они подвергаются активному влиянию окружающей среды. В процессе трансмиссии они взаимодействуют с другими абиотическими факторами, определяющими уровень и область их воздействия и распространения.
Повышение температуры и современные жилища с высокой влажностью создают благоприятные условия для циркуляции спор грибов. Наличие воды является критическим требованием для их роста, хотя многие почвенные виды могут выдерживать длительное высыхание. Когда влажность субстрата
^ш
ограничена, становится необходимой относительная влажность воздуха.
Атмосферная влажность воздействует не только на рост и плодоношение грибов, но также на рассеивание и распространение спор. Многие аскоспоры и базидиоспоры «выстреливаются» из мест образования, требующих наличия свободной воды. Не удивительно, что особенно высокие уровни бази-диоспор отмечают во время ливня, тумана и сырых ночей. Дождь и выпадение росы также способствуют дисперсии спор, находящихся в слизеподобных массах. Как следствие, число таксонов фузария, фомы и триходермы в воздухе могут колебаться: резко возрастать и падать.
Сухое рассеивание спор увеличивается в зависимости от скорости воздушных потоков и уменьшается во время дождей, достигая пика в солнечный полдень. В это время количество спор грибов (кладоспо-рия, альтернарии, гельминтоспория), также как и ржавчинных, головневых и некоторых оомицетов, в атмосфере значительно возрастает. Сухая дисперсия также замечена у спор ризопуса, аспергилла и пеницилла, хотя пиковые уровни их были более низкими.
Ветер на большие расстояния рассеивает и споры. Например, пылевое облако из Северной Африки способствовало значительной концентрации спор в Северном Тироле, где их раньше не обнаруживали.
Изменение температуры может повлиять на колонизацию и рост грибов непосредственно через физиологию отдельных организмов, или косвенно, через физиологические эффекты на их растениях-хозяевах или субстратах. В отличие от пыльцевой аллергии, сезонность у спор грибов отсутствует. Грибы между тем играют очень важную роль в экосистеме и участвуют в разложении остатков растений (деструкторы). Если под воздействием СО2 и глобального потепления растительная биомасса будет увеличиваться, грибы также смогут размножаться быстрее. Дело осложняется тем, что споры грибов опасны не только на улице, но и в помещении. Кроме того, при повышении температуры люди станут больше пользоваться кондиционерами, которые из-за неправильной эксплуатации также могут превратиться в «распространителей» спор.
Глобальное потепление климата ведет к изменениям видового и количественного состава аэроспор: могут появиться новые виды или резко увеличится уровень уже имеющихся спор грибов. Например, в воздухе г. Каракол установлены споры ботриса, входящие в число наиболее распространенных плесневых грибов в странах мирового сообщества. Впервые выявлены споры грибов устилаго, торулы, серпулы, триходермы, никогда ранее не определявшихся в аэробиологических образцах других пунктов наблюдения республики. Эти воздушные споры можно считать индикаторной чертой аэромикологического спектра г. Каракол. Например, аллергенные свойства спор устилаго определены в странах Европы и Беларуси, триходермы - в Японии, торулы - в Индии [1, 7, 8].
Климатические изменения в будущем могут зависеть от того, насколько быстро и успешно развернуты глобальные стратегии по предотвращению изменения климата и адаптации к ним. Эффект вмешательства человека и усилий по минимизации изменений в растительности и экспозициикаэроаллергенам еще предстоит выяснить.
Выводы:
1. Температура является наиболее значимым метеорологическим фактором, обуславливающих циркуляцию спор грибов в воздухе. Её повышение может способствовать появлению новых или распространению уже имеющихся аэроаллергенов. В атмосфере Караколавпервые идентифицированы споры грибов устилаго, торулы, серпулы итриходермы.
2. Выявлено комплексное влияние метеорологических факторов (температура и относительная влажность, температура и осадки, температура и скорость ветра, относительная влажность и осадки, относительная влажность и скорость ветра, осадки и скорость ветра), а также загрязняющих и метеорологических факторов на количественный и таксономический состав аэроспор.
3. В условиях высокой относительной влажности споры грибов способны вегетировать на пыльцевых зернах, тем самым усиливать триггерный механизм аллергических заболеваний.
Список литература
1. Гурина Н.С. Ботанические аспекты изучения поллинозов: Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. - М, 1994. - 36 с.
2. ЕлькинаН.А. Состав и динамика пыльцевого спектра воздушной среды г. Петрозаводска. Автореф. дисс.... канд.. биол.
наук. - Санкт-Петербург, 2008. - 24 с.
3.ШамгуноваБ.А., Заклякова Л.В. Аэропалинологические аспекты поллинозов. Астраханскиймедицинскийжурнал. -2010,
№1, - С.27-35.
4. d'Amato G., Cecchi L. , D'Amato M. , Annesi-Maesano I. Climate change and respiratory diseases. -European Respiratory
Review.- 2014, 23.-P. 161-169.
5. Abdel-Gawad K. M.,BarhamR.Khaled A.-E. et al. Seasonal variation of fungal spore populations in the atmosphere ofZarqa area,
Jordan.-Aerobiologia.-2010, - 31. - P. 63-72.
6. Bosiacka В. Effects of meteorological factors on the composition of selected fungal spores in the air AgnieszkaGrinn-Gofron.
Aerobiologia.- 2015, 31- P. 63-72.
flffyyW/^W^^ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ
7. Sindt C., Besancenot J.P., Thibaudon M. Airborne Cladosporium fungal spores and climate change in France. -Aerobio-logia.- 2016, 32 - P. 53-68.
8. Spieksma F.T.M., Nolard N., Beaumont F. et al. Concentrations of Airborne Botrytis Conidida, and Frequency of Allergic Sensitization to Botrytis Extract. //Adv. Aerobiol.: Proc. 3 rd Int. Conf. Aerobiol., Basel, Aug. 6-9, 1986. - Basel-Boston, 1987. - P. 165-167.
Сведения об авторе:
Кобзарь Вера Николаевна - доктор биологических наук, профессор кафедры физики, медицинской информатики и биологии медицинского факультета КРСУ. E-mail: kobzarvn@yandex.ru.
