新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore) 新加坡环境生命科学工程中心 (SCELSE) 的科学家们，在一项从地面到 3,500 米的空气传播微生物的里程碑式研究中发现，细菌和真菌以非常特殊的方式在地球的低层大气中繁殖，如果发生变化，可能会对人类健康和食物供应产生负面影响。
温度影响空气中微生物群落组成
研究人员使用 200 米的气象塔和一架在 300 米到 3,500 米的不同高度盘旋的研究飞机来收集必要的测量数据，发现温度是影响空气中微生物群落组成的最重要因素。
随着空气温度的变化，所发现的物种以及细菌与真菌的比例发生了显著变化。这些发现表明，目前观察到的全球气温升高将对大气微生物生态系统以及陆地和水生生态系统产生影响。
该研究由NTU，SCELSE的研究向导Stephan Schuster教授领导的跨学科科学家团队发表在PNAS上
南洋理工大学的研究人员：（左起）Stephan Schuster 教授、Daniela Moses 博士、Elena Gusareva 博士和 Irvan Luhung 博士，在他们的空气微生物组研究中使用了空气采样器，图片来源：NTU官网
大气中的空气微生物组
大气微生物，统称为空气微生物组，由细菌和真菌组成，一旦被吹离地球表面，它们就会大部分悬浮在空气中。当这些微生物被雨滴冲刷或与沙粒或灰尘等较大的颗粒一起落下时，只有一小部分微生物会回到地表。
Stephan Schuster教授说：“我们的研究生成了地球大气中传播微生物的综合‘垂直地图’。”
视频截图，图片来源：NTU官网
“如果全球空气微生物组的组成发生变化，它可能会影响人类健康，加剧易感患者的呼吸综合征，或者可能影响农作物的产量，从而威胁我们的粮食安全。已经存在数千年的自然过程，例如碳循环，也可能会改变。”
“通过我们最新的研究论文，我们证明空气拥有自己的微生物生态系统，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组的变化也会对陆地和水生生态系统产生连锁反应。”
微生物的垂直图也为未来的生态调查提供了一个起点，不仅能够保护全球环境，而且为农业生产场所提供了必要的科学理论支撑，这些场所可能会受到空气中微生物群落变化的负面影响。
空气微生物组的变化也会对陆地和水生生态系统产生连锁反应
图片来源 ：NTU官网
研究小组表示，以新数据集为基准，科学家们还可以模拟和预测温度上升 2 度或更多时空气微生物组的变化。
测量与研究方法
为了测量地面以上的空气微生物组，该团队使用了德国布伦瑞克工业大学的一架专门研究飞机，以收集高达 3500 米高度的气象参数和空中生物量样本的同步测量值。
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此次研究共从德国采集了 480 个垂直空气样本，带回新加坡进行分析。团队发现，1000米以上的微生物组成是稳定的，不受白天黑夜影响。这些空气层就像“天空中的水槽”，细菌聚集在地上的数量要多于地面。该团队从 1000 米以上采集的样本中确定了 10000 多种不同种类的空气传播微生物。
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这与在 300 米以下采集的空气样本大不相同，后者显示遵循 24 小时昼夜循环，其中的空气成分会随着时间发生变化，细菌和部分真菌在白天占主导地位，到夜间占主导地位的是木腐真菌。
在昼夜温度变化的驱动下，气团在夜间分层并在白天混合，导致空气微生物群在大气下部不同高度的分层。
Stephan Schuster教授说：“这是首次统一测量大气的气象和生物数据，使我们能够就大气湍流对低层大气中微生物扩散的影响提出一个综合假设。”
根据他们的实验，研究人员评论说，他们的空气采样技术原则上可以用于调查邻近行星的大气，例如火星。通过利用微生物将在行星大气中聚集的知识，它可以提供一种替代当前采样方法的方法，该方法由机器人车辆钻孔和收集土壤样本完成。例如，带有空气采样器的机器人可以通过将微生物捕获在空气过滤器中，然后将过滤器送回地球，从而从大气中收集微生物，这可能是未来的火星样本返回任务。
信息来源：
1. “Climate change impacts air composition: Study” NTU Media Release