Todos asumimos que el aire es capaz de transportar objetos de diferente tamaño, y pensamos rápidamente en los pólenes y las alergias que causan. También asumimos que, en algunos casos, estas distancias pueden ser relativamente grandes. Lo estamos viendo de manera especialmente intensa estos años con los fenómenos de calima y lluvia de barro procedente del Sahara.

Pero los modelos teóricos físicos indican que solo las partículas más pequeñas pueden ser transportadas por el aire distancias grandes. ¿Están los seres vivos sometidos a estos principios? ¿Pueden las bacterias de ecosistemas distantes llegar a nuestros ecosistemas usando el aire como vehículo?

Microorganismos aeronavegantes

Los modelos físicos indican que las partículas pueden mantenerse en el aire durante periodos de tiempo largos solamente si son muy pequeñas (por debajo de una milésima de milímetro). Las partículas más grandes, en cambio, sedimentan tras unas horas o días en el aire.

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Aunque las bacterias más comunes están en ese rango de tamaño, la mayor parte de los organismos o sus propágulos son más grandes y no podrían alcanzar distancias relativamente largas. Sin embargo, nuestros resultados demuestran que, con una perspectiva multidisciplinar uniendo la física, la meteorología, las matemáticas y la biología, se puede explicar una dispersión de organismos mucho mayores a largas distancias.

Los modelos de dispersión usados habitualmente para determinar hasta dónde pueden llegar las partículas simplifican sus formas habituales convirtiéndolas en esferas. Pero la mayor parte de los organismos no son esféricos, sino más bien alargados. Si usamos las longitudes máximas de estos organismos en los modelos, el resultado es que muy pocos podrían moverse por el aire distancias relevantes.

No obstante, cuando esos organismos alargados se convierten matemáticamente en esferas, su tamaño disminuye enormemente y organismos mucho más grandes pueden viajar largas distancias.

Si, además, tenemos en cuenta que la mayor parte de los microorganismos se pueden desecar alcanzando la humedad relativa del aire que les rodea, y que el aire puede tener humedades relativas muy bajas, las partículas vivas pueden disminuir su densidad hasta el 90%. Esto les permite viajar distancias aún mayores.

¿El tamaño importa?

Hemos observado recogiendo “aeronavegantes” desde los tejados de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), que las muestras contenían una cantidad de bacterias con tamaños comprendidos entre 0,001 y 0,01 mm de diámetro similar a lo que se ha descrito en la literatura científica. Pero también aparecían especies de microorganismos mucho más grandes.

Al estudiar el origen de las masas de aire utilizando sistemas de modelización atmosférica, descubrimos que en algunas ocasiones estas masas de aire podían proceder de lugares tan lejanos como Canadá.

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Al incorporar el conocimiento biológico (tamaño equivalente y posibilidad de desecación) a los modelos físicos, descubrimos que las partículas recogidas de hasta 0,4 mm de longitud (en el mundo de los aeronavegantes este tamaño es increíblemente grande) podrían tener su origen en lugares alejados cientos de kilómetros de la sede de la UAM (Cantoblanco, Madrid), en vez de los cientos de metros que pronosticaban los modelos.

Posibles trayectorias de 5 días en el periodo de muestro cuando se capturó una cianobacteria de 92,1 µm de longitud y 2 µm de grosor, convertida a un tamaño equivalente de 8,2 µm y considerando un 75% de desecación. Las líneas muestran el posible origen de la masa de aire que podría transportar este organismo. Foto: The Conversation

Cómo influyen las condiciones meteorológicas

Muchos investigadores han buscado relaciones entre la cantidad de aeronavegantes y las condiciones de la atmósfera en el punto de captura, como la velocidad del viento, la lluvia o la temperatura. Los resultados han sido contradictorios. Algunos autores han observado que una variable meteorológica está directamente relacionada con la concentración, mientras que para otros la relación es inversa.

Nuestro trabajo, realizado en colaboración con la Aemet, ha demostrado que las relaciones son muy intensas con las condiciones generales de la atmósfera y no con variables concretas.

Durante el periodo de muestreo, se produjo el paso de varios frentes y diferentes condiciones atmosféricas. Estas se relacionaban con las cantidades de aeronavegantes capturados, que no dependían tanto del origen de las trayectorias del aire.

Consecuencias del movimiento a grandes distancias

La posibilidad del movimiento de microorganismos a grandes distancias por el aire tiene profundas implicaciones en diversos campos. Por un lado, a nivel ecológico, permite entender la distribución de microorganismos en el planeta.

Nuestros resultados en las áreas polares parecen indicar que existe en la criosfera una comunidad de bacterias cosmopolitas que representa una importante proporción de la diversidad de organismos en estos ecosistemas.

El flujo de genes que puede representar este acceso continuo a los diferentes ecosistemas de la Tierra puede otorgar una nueva perspectiva a la microbiología del planeta.

Por otro lado, nuestros resultados pueden tener implicaciones en la movilidad de patógenos que causan enfermedades en la agricultura, la ganadería o los seres humanos.

En cualquier caso, que organismos de diferentes tamaños se puedan transportar a grandes distancias no implica que alcancen su destino vivos y con capacidad de reproducirse.

Sin embargo, otros datos preliminares, sin publicar aún, muestran que en el ambiente más inhóspito de la Tierra, la meseta antártica, con una desecación extrema (con humedades relativas tan bajas como el 2%), temperaturas en torno a -50 ℃ en verano, alta incidencia de radiación ultravioleta (con 24 horas de luz al día) y sin apenas alimento para subsistir, más del 50% de los aeronavegantes capturados muestran integridad de membrana. Esto podría significar que tienen capacidad de reproducirse cuando las condiciones lo permitan.

Nuestros resultados indican que muchos de los microorganismos, incluso los más grandes, pueden desplazarse a grandes distancias usando el aire como vehículo. Además, se ha descubierto que las condiciones meteorológicas locales influyen de una manera directa sobre la presencia de los microorganismos transportados a nivel del suelo.

Estos nuevos descubrimientos pueden tener repercusiones relevantes sobre cómo entendemos la biodiversidad y la biogeografía de los microorganismos. Asimismo, pueden ayudar a prevenir los efectos que ciertos microorganismos patógenos pueden tener en la agricultura, la ganadería o el ser humano.