云朵不仅孕育雨雪，还藏着亿万微生物！科学家攀登高峰、发射火箭，发现这些微小生命在空中繁衍，甚至影响天气，揭开地球生态的神秘一角。
图/ImageFX
科学家们通过爬上高峰采集样本，或用装有捕集器的火箭探入高空，发现稀薄的空气里竟然生活着微生物。想象一下，每年从野火、沙尘暴、汹涌的海浪到狂暴的飓风，约有千万亿细菌细胞被卷入空中，总重超过10万吨。真菌孢子数量也差不多，因为个头更大，总重约5000万吨。这些空中旅客最终都会落回地面。地球的“空中生物群”是个奇妙的世界，像个临时聚会场所：跳蚤一秒钟的跃起，硅藻随风飘几天后落回海洋，雨燕甚至能在天上飞十个月才落地筑巢。据说，暴雨来袭时，每平方米地面每小时可能被1亿细菌砸中。
虽然这些空中生命来去匆匆，科学家们如今认定它是一个独特的生命地带，有自己的生存规则，还悄悄影响着下面的地球。法国Puy de Dôme山就是一处绝佳的观察点。这座约1.1万年前由熔岩堆积而成的休眠火山，自2003年起迎来了一位常客——科学家Pierre Amato。他和团队定期登顶，探寻漂浮在空中的生命奥秘。还在Clermont Auvergne大学读研究生时，Amato就喜欢在云雾笼罩山顶时前往。他爬上气象站的屋顶，四周白茫茫一片，然后打开无菌金属管收集雾气，再把这些“云水”带回学校研究。
分析这些水滴时，Amato惊喜地发现里面藏着微生物。毕业后，他留在大学成为专职科学家，还带学生一起上山。年复一年，他越来越擅长数清这些微小生命，学会识别它们在空中制造的蛋白质，甚至通过DNA测序搞清楚它们是谁。结果令人叹为观止：云是活的！Puy de Dôme上空的每一小勺雾气里，有几千个微生物。有些只是死去的空壳，但有些还活着，它们忙着制造新蛋白、分解旧物质，甚至在云里分裂生长。DNA显示，有些是老熟人，但更多是科学未曾见过的新朋友。
不过，用DNA认清物种可不容易，污染无处不在，Amato也得时刻提防。一只鹰飞过山顶，羽毛上的微生物可能掉进他的管子；实验室里，学生一不小心呼出的细菌也可能混进去。这些年，Amato否定了无数可能的新物种，怀疑是自己或学生不小心把皮肤上的细菌蹭到了设备上。可他估计，一朵云里可能藏着几千种微生物。Amato和其他研究云的科学家猜想，云可能是某些细菌的乐园。他在2017年和同事写道：“云欢迎所有来客，但只有少数能在此扎根。”能在云中活下来的，都是能靠大气“吃饭”的能手。地球上的每个生物都需要一种能量分子——三磷酸腺苷，简称ATP。细菌从松针或沼泽起飞时，早已用光了储备能量，但Amato发现，云里的细菌ATP充足，显然是在漂浮时现做的。云滴里各种分子飘荡，有些微生物拿来就吃，换句话说，它们在“吃云”。据估算，全球云微生物一年能分解100万吨有机碳。
这些发现让人刮目相看，空中生物群不仅影响大气化学，还能左右天气。云形成时，上升气流把湿空气送到寒冷的高空，水汽结成冰落回地面。地面冷时下雪，暖时成雨。可在冰冷的云中，水要冻起来居然挺难。即使温度远低于零度，水分子还能保持液态，需要一点“引子”帮忙。科学家发现，真菌、藻类、花粉、地衣、昆虫、细菌和病毒都是结冰的好帮手。云里的生命，正是降雨降雪的幕后推手。
云和生命之间，或许还有更深的联系。比如，有种叫Pseudomonas的细菌特别擅长“造雨”。科学家还不确定它为何这么厉害，可能跟它在叶子上生长的方式有关。冷雨滴到叶子上，Pseudomonas能帮水结冰，冰把叶子撑裂后，它就大快朵颐里面的养分。有些科学家甚至猜想，植物可能并不讨厌这些细菌。风把它们吹到空中，进入云层，含Pseudomonas的云带来更多雨水浇灌植物。植物长出新叶，又养活更多细菌，升上天空，催生更多雨水滋润大地。
探索云中生命还让人忍不住畅想：别的星球上会不会也有空中生物？拿金星来说，表面热得能熔铅，但云层凉爽得多，在30英里高空，温度和压力跟地球云差不多。MIT的天体生物学家Sara Seager推测，金星早期或许凉爽湿润，生命在表面诞生。星球变热后，有些微生物躲进云里，乘着气流上下浮沉，存活了千万年。
地球云层之上，空中生物群渐渐隐入未知。1935年，美国探险家驾驶Explorer II气球升到12英里高的平流层，从漆黑的天空里抓到细菌和真菌孢子。后来，科学家们把目光投向更高处。1974年，苏联科学家从哈萨克斯坦发射火箭，深入上层大气，用无菌捕集器带回微生物。其中一枚火箭在48英里高空找到生命，是Explorer II纪录的三倍。不过，今天的科学家对这个高度有点怀疑，因为那已进入流星燃烧的中间层，实在不像能养活生命的地方。但近年研究证实，平流层确实有生命。NASA的气球多次在25英里高空发现微生物。
即便没到中间层，升到25英里已是了不起的成就。大气物理让微生物很难爬那么高，风大多集中在最低的对流层。或许巨大的雷暴云能冲上去，把微生物喷进平流层；火山喷发也可能把它们弹射到那儿。NASA一架研究喷气机曾在低平流层逮到微生物，包括一种叫Bacillus luciferensis的细菌，名字来自南大西洋一座活跃火山Lucifer Hill。这些细菌跟1996年英国南极调查队在火山顶发现的样本99%一致。
不管微生物怎么到平流层，那儿可是地球上最残酷的地带。气体稀薄，水几乎没有，紫外线、太阳粒子和宇宙射线横冲直撞，能毁掉基因和蛋白质。活下来的微生物可能有修复辐射的能耐，或者躲在尘粒背阴处。之后，它们落回地面，继续繁衍，孕育更多生命，再次升空。这些平流层之旅，标示着空中生物群的边缘，也是我们所知生命的极限。
本文译自 Smithsonian，由 BALI 编辑发布。
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