首个全球空气微生物组图谱提供了对微生物群落的丰富见解

从土壤到海洋，细菌在地球表面确实非常丰富。我们周围空气中的微生物种群相对未知，但由理大科学家领导的一项研究探险即将改变这一状况。经过近十年的努力，他们编制了一张世界空气传播微生物的综合地图，为这些物种如何与地表环境相互作用以及它们未来可能发生的变化提供了新的见解。

一立方米的“空”空气中含有10,000个或更多细菌，自COVID-19大流行开始以来，人们对空气作为微生物栖息地(而不仅仅是管道)的作用的兴趣大大增加。理大领导的团队与大陆和美国的研究人员合作，花了大约一年的时间在世界各地从地面到山顶对空气中的微生物进行采样。将他们自己的结果与过去研究中收集的最准确的全球数据相结合，他们和他们的研究伙伴编制了有史以来第一本全球空气传播微生物组图谱。

该图集提供了对漂浮在地面上的微生物群落的丰富见解。毫无疑问，空气是细菌生命的独特港湾。该团队的遗传分析表明，核心群落——构成微生物种群绝大部分的少数物种——在空气中与海洋或土壤生态系统中的不同。事实上，即使空气是一种看似没有内部边界的自由流动介质，但这些核心细菌群落显然是本地化的和稳定的。

研究小组分析了从全球63个地点收集的370个单独空气颗粒样本的细菌群落，范围从地面(1.5-2米高)到屋顶(5-25米高)和高山(海拔5,238米))，以及从人口稠密的城市中心到领导研究小组的北极，他说，“我们已经证实，人类活动确实改变了自然环境空气中微生物组的结构，尤其是城市空气中致病菌的丰度更高。经历了三年的大流行，人们现在更加关注这个看不见但有影响力的微生物群落。研究结果可以作为预测行星微生物组反应和可吸入微生物组对未来环境变化对健康的影响的重要参考。”

研究人员估计，占据海洋或土壤的微生物总数是空气中微生物的数千倍。尽管如此，微生物的空中多样性——被称为“丰富度”——也同样高。这表明地表栖息地直接将微生物贡献给空气。推翻之前的假设，植被并不是空气传播细菌的主要陆地来源，地球上大片的土壤提供了非常小的一部分。海浪的拍打、树叶的摇动，甚至动物和人类的频繁活动和持续呼吸，都是表面与空气之间细菌交换的更大驱动力。

宏观生命，尤其是动植物，在赤道地区最为多样化(例如，考虑温暖潮湿的雨林)，并且其多样性在靠近两极时会降低。对于微生物来说，情况更有趣——从赤道开始，多样性在中纬度地区最大化，然后再次消失。这种模式在陆地和水生微生物中得到了很好的确立，但新图集证实它也适用于空气传播的微生物组。作者推测，中纬度地区多样性的“凸起”是由这些地区的微生物输入来源更强造成的。

总的来说，研究人员估计一半的空气传播细菌来自地面。城市空气中人类相关细菌的比例特别高——有些是无害的，有些是致病的。细菌从人直接转移到空气中并不是我们对空气微生物世界的唯一影响。工业化等大规模活动破坏自然环境并影响空气质量。这削弱了环境对微生物结构的“过滤”作用，使空气中细菌的组成更容易受到随机过程的影响——尽管天气仍然起着重要作用。

现代人类活动与我们周围的微生物之间的密切关系强调了准确预测未来变化的必要性。在COVID-19研究的推动下，考虑到快速城市化和我们对空气传播传染病的日益了解，在城市中增殖的可吸入传染性细菌尤其令人担忧。正如地图集所揭示的那样，鉴于温度对微生物丰富度的显着影响，气候变化是另一个推动力。因此，该研究为未来的公共卫生研究提供了宝贵的资源和重要的新视角。