香港理工大学绘制全球首张空气微生物“地图集”

　　

   

   

研究小组分析了从世界各地63个地点收集的370个单个空气颗粒样本的细菌群落，从地面到山顶，以及从人口密集的城市中心到北极圈。    

资料来源:香港理工大学研究及创新处

从土壤到海洋，细菌在地球表面都非常丰富。我们周围空气中的微生物数量相对未知，但由理大科学家带领的研究团队即将改变这一现状。经过近十年的努力，他们已经编制了一份全球空气中微生物的全面地图，为这些物种如何与表面环境相互作用以及它们未来可能的变化提供了新的见解。

自COVID-19大流行开始以来，一立方米“空”空气中含有1万个或更多细菌，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。在与中国大陆和美国研究人员的合作下，由理工大学领导的团队花了大约一年的时间对世界各地从地面到山顶的空气中的微生物进行采样。结合他们自己的研究结果和过去研究中收集的最准确的全球数据，他们和他们的研究伙伴编制了有史以来第一个全球空气微生物群地图集。

该地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。研究小组的遗传分析表明，空气中的核心群落——构成微生物种群超大比例的少数物种——与海洋或土壤生态系统中的不同。事实上，即使空气是一种自由流动的介质，似乎没有内部边界，这些核心细菌群落明显是局部的和稳定的。

研究小组分析了从世界各地63个地点收集的370个单个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(5238米海拔)，以及从人口密集的城市中心到北极圈，在海拔和地理区域方面的覆盖范围更加多样化。

领导研究小组的理大环境科学及技术讲座教授、建筑及环境学院院长Xiang-dong LI教授说:“我们已证实，人类活动确实改变了自然环境空气中的微生物群结构，尤其是城市空气中致病菌含量较高的情况下。在经历了三年的大流行之后，人们现在更加关注这种无形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以及可吸入微生物组对未来环境变化的健康影响的重要参考。”

研究人员估计，占据海洋或土壤的微生物总数是空气中的微生物总数的数千倍。尽管如此，空气中微生物的多样性——被称为“丰富度”——同样高。这表明地表栖息地直接为空气提供了微生物。推翻了之前的假设，植被并不是空气传播细菌的主要陆地来源，而地球上广阔的土壤只提供了很小一部分。海浪的撞击，树叶的摇晃，甚至动物和人类频繁的活动和持续的呼吸，都是地表和空气之间细菌交换的更大驱动因素。

宏观生命，特别是动物和植物，在赤道地区最为多样化(例如，考虑温暖和潮湿的热带雨林)，其多样性在靠近两极的地方减少。对于微生物来说，情况更有趣——从赤道移动，在中纬度地区多样性最大化，然后再次消失。这种模式在陆地和水生微生物中已经很好地建立起来，但新的地图集证实，它也适用于空气中的微生物群。作者推测，中纬度地区微生物多样性的“激增”是由这些地区微生物输入的更强来源引起的。

总的来说，研究人员估计空气中的细菌有一半来自地面。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，影响空气质量。这削弱了环境对微生物结构的“过滤”作用，使得空气中细菌的组成更多地受到随机过程的影响——尽管天气仍然发挥着重要作用。

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。考虑到快速城市化和COVID-19研究推动我们对空气传播的日益了解，在城市中扩散的可吸入感染性细菌尤其令人担忧。气候变化是另一个推动因素，因为地图集揭示了温度对微生物丰富度的显著影响。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。

理大团队与密歇根州立大学特聘教授James M. TIEDJE教授及来自中国大陆的科学家合作进行这项研究。研究结果发表在PNAS杂志。

Global airborne bacterial community—interactions with Earth’s microbiomes and anthropogenic activities