微生物和病原體基因充斥紐約市土壤

當所有注意力都集中在埃博拉病毒和其他在體液和空氣中傳播的病原體上時,我們可能沒有意識到我們腳下的土壤是數千種細菌和其他微生物的家園。

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當所有注意力都集中在埃博拉病毒和其他在體液和空氣中傳播的病原體上時,我們可能沒有意識到我們腳下的土壤是數千種細菌和其他微生物的家園。即使在紐約市的土壤中,考慮到混凝土和汙染的普遍存在,我們可能認為它有點死氣沉沉,但它也像熱帶雨林和肥沃草原的土壤一樣充滿生命。而且,它所含的病原體基因比那些地方都要多。

這些令人驚訝的結論來自本週發表在《英國皇家學會會刊B》上的一項創新研究。一個科學家團隊在紐約著名的(也是巨大的)中央公園的596個地點採集了土壤樣本——所有這些都在短短的12小時內完成。他們把泥土帶回實驗室,分析了他們能找到的每一份類似生命物質的遺傳組成。他們發現了驚人的16.7萬種不同的細菌、古菌(沒有細胞核的單細胞生物)和真核生物(細胞包含細胞核的生物)。

然後,他們將這些生物的遺傳學與來自世界各地52個地方的土壤中生物的遺傳學進行了比較。中央公園的土壤擁有與夏威夷和秘魯的雨林、加利福尼亞的林地、莫哈韋沙漠和南極洲山谷的土壤一樣多或更多的生物多樣性。“中央公園的生物多樣性數量,以及它與全球各地土壤的可比性,令人驚訝,” 團隊負責人兼微生物生態學家凱莉·拉米雷斯說,她在採集樣本時在科羅拉多州立大學工作,現在是瓦赫寧根荷蘭生態研究所的博士後學者。


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拉米雷斯還強調,關於我們腳下宇宙中的生命,我們“知之甚少”。儘管公園土壤具有巨大的生物多樣性,但在Greengenes資料庫中,只有16%的細菌和古菌基因序列與來自世界各地土壤中的基因序列相匹配。在SILVA資料庫中,只有8.5%的真核生物與來自全球土壤中的真核生物相匹配。拉米雷斯渴望將紐約市的結果新增到全球土壤生物多樣性倡議中,該倡議正試圖擴大世界對泥土的認識。

她還強調,科學家們對土壤中的生物如何相互作用知之甚少,這對於維持土壤健康至關重要。“我們才剛剛開始揭開每組生物的作用,”她說。健康的土壤對於植物的茁壯生長至關重要,因此對於健康的生態系統也至關重要。

土壤也可能對人類健康有益或有害。這或許是中央公園研究的最大驚喜。儘管研究人員沒有在土壤中發現許多完整的人類病原體,但他們發現了大量與之密切匹配的基因序列——比全球各地土壤中的基因序列多出兩倍以上。特別是,他們發現了高水平的與葡萄球菌、沙門氏菌和檸檬酸桿菌(都是普遍存在的潛在嚴重人類疾病的病因)以及炭疽芽孢(除武器化形式外,也天然存在)的密切匹配。

該論文包含一份關於此的謹慎說明:“我們想強調的是,潛在病原體序列的存在並不表明土壤中存在致病生物,相反,這一發現突顯了在更自然系統中發現的土壤細菌群落與在中央公園發現的土壤細菌群落之間存在顯著差異。” 拉米雷斯說,她的團隊無法確定病原體序列較高的確切原因,但她認為這是因為每天有太多人穿梭在公園裡。

拉米雷斯希望中央公園的成果“發出訊號”,即科學家們才剛剛開始瞭解許多土壤生物在維持生物多樣性方面所起的作用。更多的見解可以幫助農民調整土壤以減少可能破壞作物的病原體,並幫助科學家跟蹤土壤是否會隨著氣候變化而遷移,植物在多大程度上決定土壤的性狀,以及植物是否可以改變土壤以幫助它們自己也遷移到更溫暖、更潮溼或更乾燥的地方。

 

Mark Fischetti has been a senior editor at 大眾科學 for 17 years and has covered sustainability issues, including climate, weather, environment, energy, food, water, biodiversity, population, and more. He assigns and edits feature articles, commentaries and news by journalists and scientists and also writes in those formats. He edits History, the magazine's department looking at science advances throughout time. He was founding managing editor of two spinoff magazines: 大眾科學 Mind and 大眾科學 Earth 3.0. His 2001 freelance article for the magazine, "Drowning New Orleans," predicted the widespread disaster that a storm like Hurricane Katrina would impose on the city. His video What Happens to Your Body after You Die?, has more than 12 million views on YouTube. Fischetti has written freelance articles for the New York Times, Sports Illustrated, Smithsonian, Technology Review, Fast Company, and many others. He co-authored the book Weaving the Web with Tim Berners-Lee, inventor of the World Wide Web, which tells the real story of how the Web was created. He also co-authored The New Killer Diseases with microbiologist Elinor Levy. Fischetti is a former managing editor of IEEE Spectrum Magazine and of Family Business Magazine. He has a physics degree and has twice served as the Attaway Fellow in Civic Culture at Centenary College of Louisiana, which awarded him an honorary doctorate. In 2021 he received the American Geophysical Union's Robert C. Cowen Award for Sustained Achievement in Science Journalism, which celebrates a career of outstanding reporting on the Earth and space sciences. He has appeared on NBC's Meet the Press, CNN, the History Channel, NPR News and many news radio stations. Follow Fischetti on X (formerly Twitter) @markfischetti

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