對於微生物來說，空氣是一個充滿敵意的地方。大氣通常乾燥、缺乏營養且充滿致命的紫外線輻射，似乎是微生物最不想去的地方。然而，對來自德克薩斯州奧斯汀和聖安東尼奧的一些空氣樣本進行的一項新的基因普查發現，在我們每天呼吸的空氣中，可能存在多達 2,000 種不同的微生物。
勞倫斯伯克利國家實驗室的微生物生態學家加里·安德森和他的同事們在 2003 年開始的 17 周內，在這兩個德克薩斯州的城市收集了空氣樣本。然後，他們使用了一種專門設計的微陣列——一種大約四分之一硬幣大小的小晶片，帶有檢測特定遺傳資訊的探針——來尋找一種參與制造蛋白質（16S）的基因，該蛋白質存在於許多微生物中。“我們設計了一個包含 50 萬個探針的陣列，以識別多達約 9,000 個不同的細菌和古菌生物群，”安德森解釋道。“它著眼於 16S 序列的差異來識別特定型別的原核生物。”
在空氣樣本中，研究人員發現了至少 1,800 種不同的微生物，包括那些會導致腹瀉的弧菌和引起潰瘍的螺桿菌屬，這些微生物可能對人類健康有害。先前確定大氣中微生物數量的工作依賴於培養空氣來觀察生長情況。“超過 90% 的微生物你無法恢復，即使它不僅存在而且具有生命力，”安德森指出。“這只是它所處生理狀態的問題；當它不在富含營養的培養基中時，它的生理狀況就會不同。”
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這使得空氣中微生物的多樣性與土壤中微生物的多樣性相當，土壤是此類生命形式的肥沃環境。事實上，城市空氣中的微生物與土壤中的微生物之間存在很大的交叉。生態學家發現，奧斯汀和聖安東尼奧的空氣傳播微生物大致相同，並且它們的變化更多地取決於天氣而不是任何其他因素。
根據 12 月 18 日線上發表在《美國國家科學院院刊》上的論文，最常見的微生物包括那些在乾草地和腐爛的外牆油漆中茁壯成長的微生物。“我們驚訝地發現看到了如此多不同型別的序列，”安德森補充道。“一些晦澀的門，如 TM7，已在土壤和牙齦組織中發現；溫泉型別的生物；以及來自汙水處理廠的微生物。”
該普查為美國國土安全部正在進行的監測城市空氣中潛在生物恐怖襲擊的努力提供了背景，並填補了對微生物持續存在的理解上的巨大空白。例如，撒哈拉沙漠的沙塵暴——以及隨之而來的微生物——與當地腦膜炎爆發有關，並被追蹤到橫跨太平洋，導致珊瑚死亡和加勒比地區兒童哮喘增加。“進行微生物普查以瞭解我們呼吸的空氣中有什麼非常重要。我相信它會隨著氣候變化而變化，”安德森說。“我們可能會看到空氣中非常不同的微生物種群，這可能會對健康產生一些影響。”
目前正在至少 30 個美國城市測試空氣，安德森希望這項工作能夠擴大。“海洋中心的情況如何？”他問道。“僅僅是從海面升上來的，還是生物的遠距離傳播？”無論如何，新鮮、乾淨、無細菌的空氣比以前認為的要稀少得多。