一个特殊的风道将飞机外部的空气引导至飞机内部的12个采样器中。

 团队对瑞士森蒂斯峰山顶的空气微生物进行采样和分析。 图片来源均为新加坡环境生命科学工程中心

在近日发表于美国《国家科学院院刊》的一篇论文中，新加坡南洋理工大学的科研人员对从地面到3500米的大气微生物进行了研究，发现细菌和真菌以特定方式存在于地球的低层大气中，如果改变，可能对人类健康和食物供应产生负面影响。

大气微生物由细菌和真菌组成，一旦被吹离地球表面，它们基本上仍悬浮在空气中。当被雨水冲刷下来或与较大的颗粒（如沙粒或灰尘）一起落下时，只有一小部分微生物能真正回到地表。

论文通讯作者、南洋理工大学环境生命科学工程中心研究主任Stephan Schuster表示：“我们的研究生成了一张全面的地球大气微生物‘垂直地图’。”

研究人员利用一座200米的气象塔和一架在300米至3500米不同高度盘旋的研究飞机，在德国收集了480个垂直空气样本和必要的测量数据，发现温度是影响空气中微生物群落组成的唯一重要因素。

随着空气温度的变化，能够发现的物种和细菌与真菌的比例发生显著变化。这些发现表明，目前观察到的全球温度升高将对大气微生物生态系统以及行星陆地和水生生态系统产生影响。

“空气微生物群落的组成是由温度决定的，全球气温上升可能会导致其发生重大变化。如果真的如此，可能会影响人类健康，加剧易感患者的呼吸综合征；可能会影响农作物产量，从而威胁粮食安全；地球碳循环等数千年的自然过程也可能被改变。”Schuster解释说。

研究小组发现，1000米以上的微生物组成是稳定的，不受白天或夜晚影响。他们从1000米以上的样本中鉴定出了超过10000种不同的空气微生物。300米以下的微生物组成则遵循24小时昼夜循环：从白天占主导地位的细菌和一些真菌，到晚上占主导地位的木腐菌。

该团队还报告了大气湍流是微生物气溶胶动力学的主要驱动力，决定了空气中微生物的分布方式。在昼夜温度变化的驱动下，气团在夜间分层、在白天混合，导致空气微生物群落在低层大气的不同高度分层。

研究小组进一步注意到，较高的空气层中含有高达20倍的耐辐射细菌，它们已知可以承受电离辐射、干燥、紫外线辐射或氧化剂。在这些细菌中，有一种被称为耐辐射球菌的细菌能够承受比人体高1000倍的辐射剂量。

“通过最新的研究论文，我们离证明空气有自己的微生物生态系统更近了一步，就像陆地和海洋中的微生物生态系统一样。我们预计，空气微生物群落的变化也会对陆地和水生生态系统产生连锁反应。”Schuster表示。

该研究小组表示，以新的数据集为基准，科学家还可以对气温上升2摄氏度或更高时空气微生物群落的变化进行建模和预测。微生物“垂直地图”也为今后的生态调查、全球环境保护和农业生产的必要措施提供了一个新起点。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2117293119