研究揭示了地球上全球空气传播细菌的组成和起源

众所周知，微生物群落是特定环境中的微生物，包括有益和有害的细菌物种。了解破坏性微生物组如何起源于不断变化的环境及其对环境和人类健康的影响，有助于更有效地应对全球福祉挑战。

香港理工大学以及中国和美国的机构和大学的研究人员最近开展了一项研究，调查地球上空气传播(即在空气中传播)微生物组的组成和起源。他们的发现发表在美国国家科学院院刊上，表明人类和动物是全球空气传播细菌的主要来源。

“我们在这项全球研究上总共花了大约九年的时间，包括起草最初的提案、在世界范围内进行抽样、收集和处理数据，以及起草和修改手稿，”执行这项研究的主要研究人员之一李向东说。这项研究告诉Phys.org。“我们建立了一个全面的全球气载细菌图谱，对微生物学、生态学、空气污染和公共卫生都有影响，我们相信气载细菌将越来越受到社会各界的关注。”

为了编制他们的全球空气传播细菌图谱，李和他的同事们获得并组织了一个数据集，其中包含76个新收集的空气样本(803个每周样本的化合物)。然后，他们将该数据集与作为著名科学研究的一部分收集的另外294个空气样本相结合，覆盖了全球63个地方。

研究人员使用的样本是在各种各样的地点收集的，从城市地区的屋顶到高山顶和北极圈。他们希望这将使他们能够确定空气中细菌的生物地理分布，例如与不同类型细菌相关的生态系统和环境。

“我们最有趣的发现之一是中间纬度区域微生物的最大微生物多样性，这与宏观生物多样性模式的典型纬度递减梯度完全不同，”李说。

在分析他们编制的空气传播细菌库时，李和他的同事发现，地球上现有空气传播微生物群落范围最广的地方位于所谓的中间(或中)纬度区域。这是有道理的，因为已知这些区域与更丰富的微生物生态系统和更大的细菌群落生物多样性有关。

“我们在研究中证实，与背景和相对原始的空气环境(例如西藏海拔4000米)相比，人类活动对微生物群落的影响更大，”李说。“人类活动确实改变了环境空气中微生物群落的结构，尤其是城市空气中致病菌含量更高的情况下。因此，我们仍然需要倡导保护自然生态系统的努力。”

李和他的同事估计，大气中细菌的丰富度(~109)与所谓的水圈(即包含地球表面所有水域的区域)中的细菌丰富度相当。

“随着生物技术的快速发展，我们现在可以看到更多的全球微生物世界，并逐渐突破传统生物观察的局限，”李解释说。“因此，我们强烈建议在未来的教科书中涵盖更多的微生物学知识，包括对微生物群落新的生物地理学模式的讨论，以帮助公众更多地了解地球上看不见的微生物世界。”

在COVID-19大流行之后，全世界许多人更加意识到地球上的空气如何促进病毒和病原体等有害微生物群的快速传播。这组研究人员最近的工作提供了关于这些看不见但影响广泛的微生物分布的有趣见解。

作为他们最近研究的一部分，李和他的同事们主要关注地球上不同微生物群落地理分布背后的机制。由于他们收集的样本仅从一年的周期中获得，因此他们无法可靠地探索支持这些微生物组随时间演变的过程。

“进化过程也推动了微生物生物地理学，甚至由于环境条件的变化而在生态尺度上发生，”李解释说。“因此，未来应进行更长时间(约10年)的系统采样工作，以全面了解形成各种宏观生态模式和细菌群落结构的机制。”

将来，这组研究人员收集的研究结果可能会激发旨在增加生物多样性的战略的发展，以促进更广泛的生态有益微生物群落的扩散。此外，他们编制的微生物组库可供其他环境科学家使用，以评估城市化和其他人类活动对微生物组分布的影响。

“我们现在计划探索新陈代谢活跃的细菌群落在大气中的功能(例如，冰核、污染物转化、与其他生物成分的相互作用等)，以及对人类健康的影响(例如，从中产生的好处)健康的细菌群落/次级代谢产物，和/或有害影响，如过敏原、病原体、抗菌素耐药性等)，”李补充道。

“我们还计划扩大空气微生物组(如真菌、病毒、过敏原等)的范围，以丰富与人类健康相关的生物气溶胶和大气科学的研究领域，并有助于扩大对地球的微生物组。”