新加坡南洋理工大學 (NTU Singapore) 新加坡環境生命科學工程中心 (SCELSE) 的科學家們，在一項從地面到 3,500 米的空氣傳播微生物的里程碑式研究中發現，細菌和真菌以非常特殊的方式在地球的低層大氣中繁殖，如果發生變化，可能會對人類健康和食物供應產生負面影響。
溫度影響空氣中微生物群落組成
研究人員使用 200 米的氣象塔和一架在 300 米到 3,500 米的不同高度盤旋的研究飛機來收集必要的測量數據，發現溫度是影響空氣中微生物群落組成的最重要因素。
隨著空氣溫度的變化，所發現的物種以及細菌與真菌的比例發生了顯著變化。這些發現表明，目前觀察到的全球氣溫升高將對大氣微生物生態系統以及陸地和水生生態系統產生影響。
該研究由NTU，SCELSE的研究嚮導Stephan Schuster教授領導的跨學科科學家團隊發表在PNAS上
南洋理工大學的研究人員：（左起）Stephan Schuster 教授、Daniela Moses 博士、Elena Gusareva 博士和 Irvan Luhung 博士，在他們的空氣微生物組研究中使用了空氣採樣器，圖片來源：NTU官網
大氣中的空氣微生物組
大氣微生物，統稱為空氣微生物組，由細菌和真菌組成，一旦被吹離地球表面，它們就會大部分懸浮在空氣中。當這些微生物被雨滴沖刷或與沙粒或灰塵等較大的顆粒一起落下時，只有一小部分微生物會回到地表。
Stephan Schuster教授說：「我們的研究生成了地球大氣中傳播微生物的綜合『垂直地圖』。」
視頻截圖，圖片來源：NTU官網
「如果全球空氣微生物組的組成發生變化，它可能會影響人類健康，加劇易感患者的呼吸綜合徵，或者可能影響農作物的產量，從而威脅我們的糧食安全。已經存在數千年的自然過程，例如碳循環，也可能會改變。」
「通過我們最新的研究論文，我們證明空氣擁有自己的微生物生態系統，就像陸地和海洋中的微生物生態系統一樣。我們預計空氣微生物組的變化也會對陸地和水生生態系統產生連鎖反應。」
微生物的垂直圖也為未來的生態調查提供了一個起點，不僅能夠保護全球環境，而且為農業生產場所提供了必要的科學理論支撐，這些場所可能會受到空氣中微生物群落變化的負面影響。
空氣微生物組的變化也會對陸地和水生生態系統產生連鎖反應
圖片來源 ：NTU官網
研究小組表示，以新數據集為基準，科學家們還可以模擬和預測溫度上升 2 度或更多時空氣微生物組的變化。
測量與研究方法
為了測量地面以上的空氣微生物組，該團隊使用了德國布倫瑞克工業大學的一架專門研究飛機，以收集高達 3500 米高度的氣象參數和空中生物量樣本的同步測量值。
視頻截圖，圖片來源：NTU官網
此次研究共從德國採集了 480 個垂直空氣樣本，帶回新加坡進行分析。團隊發現，1000米以上的微生物組成是穩定的，不受白天黑夜影響。這些空氣層就像「天空中的水槽」，細菌聚集在地上的數量要多於地面。該團隊從 1000 米以上採集的樣本中確定了 10000 多種不同種類的空氣傳播微生物。
視頻截圖，圖片來源：NTU官網
這與在 300 米以下採集的空氣樣本大不相同，後者顯示遵循 24 小時晝夜循環，其中的空氣成分會隨著時間發生變化，細菌和部分真菌在白天占主導地位，到夜間占主導地位的是木腐真菌。
在晝夜溫度變化的驅動下，氣團在夜間分層並在白天混合，導致空氣微生物群在大氣下部不同高度的分層。
Stephan Schuster教授說：「這是首次統一測量大氣的氣象和生物數據，使我們能夠就大氣湍流對低層大氣中微生物擴散的影響提出一個綜合假設。」
根據他們的實驗，研究人員評論說，他們的空氣採樣技術原則上可以用於調查鄰近行星的大氣，例如火星。通過利用微生物將在行星大氣中聚集的知識，它可以提供一種替代當前採樣方法的方法，該方法由機器人車輛鑽孔和收集土壤樣本完成。例如，帶有空氣採樣器的機器人可以通過將微生物捕獲在空氣過濾器中，然後將過濾器送回地球，從而從大氣中收集微生物，這可能是未來的火星樣本返回任務。
信息來源：
1. 「Climate change impacts air composition: Study」 NTU Media Release
