Растительные патогены могут передвигаться на пыли и оставаться жизнеспособными, с возможностью путешествовать по всей планете и заражать отдаленные районы. Это открытие имеет важные последствия для глобальной продовольственной безопасности и для прогнозирования будущих вспышек.

Исследование «Оценка переноса почвенных патогенов растений в атмосфере на большие расстояния», опубликованное в журнале Environmental Research Letters , является первым исследованием , в котором представлены доказательства компьютерного моделирования, подтверждающие идею о том, что массивные пылевые бури могут переносить жизнеспособные патогенные споры через континенты и океаны.

Модель земной системы имитировала крупную пыльную бурю по прозвищу «Годзилла», которая летом 2022 года принесла около 24 миллионов тонн пыли из Северной Африки через Атлантический океан в Карибский бассейн и на юго-восток США.

Исследователи обнаружили, что жизнеспособные споры смертельного грибкового патогена растений Fusarium oxysporum (F. oxy) могут переноситься через океан и, вероятно, депонируются в ряде регионов, включая зоны сельскохозяйственного производства, в первую очередь в юго-восточной Луизиане, Мексике, Гаити и Доминиканская Республика, с особенно высоким риском на Кубе.

«Мы обнаружили, что это событие с пылью Годзиллы потенциально могло принести более 13 000 жизнеспособных живых спор, что немного, но никогда раньше не было доказано, что жизнеспособные почвенные патогены могут переноситься через океан с пылью», — сказал он. соавтор исследования Кейтлин Голд, доцент кафедры патологии растений в Cornell AgriTech.

Усилия по моделированию включали предыдущие исследования жизнеспособности F. oxy, которые показали, что 99% всех спор погибают в течение трех дней после попадания в воздух из-за воздействия ультрафиолетового излучения — фактор, который был включен в модель наряду с переменным размером спор, весом и плотность.

«Что касается транспорта на большие расстояния, когда мы просто смотрим на общее количество спор, в том числе тех, которые могут деактивироваться, находясь в атмосфере, мы видим, что многие из них перемещаются на очень большие расстояния», — сказала Ханна Бродски, первый автор статьи, которая проводил работу еще будучи студентом в лаборатории Натали Маховальд, старшего автора исследования и профессора инженерных наук Ирвинга Портера Черча на факультете наук о Земле и атмосфере Корнеллского инженерного факультета.

«Что действительно ограничивает потенциальное распространение болезней при транспортировке на большие расстояния, так это то, сохранят ли они свою жизнеспособность к тому времени, когда попадут в сельскохозяйственный регион », — сказал Бродский.

Исследователи также изучили межконтинентальный транспорт — области, расположенные ближе к источнику, где споры могут переноситься по воздуху в течение меньшего времени, — которые, вероятно, получили большую часть отложений жизнеспособных спор.

«Есть определенные регионы земного шара, где более вероятен перенос жизнеспособных спор, например, между Европой, Азией и Северной Африкой», — сказал Бродский.

По словам Голда, эти районы несут наибольший риск из-за вероятности того, что фермеры будут выращивать обычные культуры рядом с источниками пыли и патогенов.

Адаптированный к почве F. oxy встречается на всех шести сельскохозяйственных континентах и ​​может заразить более 100 сельскохозяйственных культур и других растений, что приводит к потерям до 60% урожая и сотням миллионов долларов в некоторых районах.

В результате, согласно документу, понимание того, как распространяются грибковые заболевания, и определение сельскохозяйственных зон, где могут откладываться жизнеспособные споры, жизненно важно для обеспечения глобальной продовольственной безопасности.

Хотя F. oxy адаптирован к почве и не приспособлен для выживания в воздухе, исследователи обнаружили, что патогены прикрепляются к частицам почвы в облаках пыли.

В ходе исследования ученые провели исчерпывающий поиск в литературе с более чем 1100 ссылками на различные виды, чтобы создать интерактивную веб-карту, показывающую различные концентрации спор в почве. Эти данные на порядок повысили точность результатов модели по сравнению с равномерным распределением спор, использованным в ранних версиях.

Исследователи обнаружили, что Африка к югу от Сахары была источником 53% всех жизнеспособных спор и 14% жизнеспособных спор, которые путешествовали через Атлантику.

«Это регион, который, вероятно, следует нацелить на борьбу с этой болезнью», — сказал Голд.

Исследователи отмечают, что исследование носит предварительный характер, а будущая работа будет сосредоточена на сборе данных наблюдений для подтверждения результатов модели, включая создание карт дистанционного зондирования пылевых бурь и сравнение генома F. oxy между источниками пыли и районами вспышек заболеваний.