好雨知时节，小雨会播菌

导   读

研究发现，小雨可以将土壤细菌广泛传播，全球降水散播的细菌可能占从土地排放的细菌的1％至25％，可谓，好雨知时节，小雨能播菌。

原文作者/Jennifer Chu

编译/陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员）

来源：Massachusetts Institute of Technology. "Light rain can spread soil bacteria far and wide, study finds: Global precipitation may account for 1 to 25 percent of bacteria emitted from land." ScienceDaily. ScienceDaily, 7 March 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170307112749.htm>.（2017年3月7日），原文题目：Light rain can spread soil bacteria far and wide, study finds

资料来源：麻省理工学院

飞溅在多孔表面上的雨滴可释放出成千上万的气溶胶，高速成像实验中所捕获的图片。照片版权：由研究人员提供

编译者Youtube视频截图

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          一场好雨能清洁地面。但是麻省理工学院研究人员在《自然通讯》上发表的一项研究报告说，在一定的条件下，降雨也可能是传播细菌的一种手段。

         通过使用高分辨率成像，麻省理工学院机械工程系的研究人员观察到雨滴落在满是细菌的干燥土壤上。当模拟小雨的速度下降时，在与热带地区类似的温度下，这些液滴释放出雾状喷雾或气溶胶。每个气溶胶从土壤携带数以千计的细菌。研究人员发现细菌在一个多小时后仍然存活。

         文章作者、机械工程系副教授、EHEE职业发展主席（Esther and Harold E. Edergton Career Development Chair）Cullen Buie称，如果空气中的细菌被风托举起来，就有可能传播相当远的距离才会落地。

         “假设你在某个地区有一种植物感染了病原体，并且病原体扩散到附近的土壤中，”Buie说，“我们现在已经发现，雨滴能助长病原体的传播，喷洒系统产生的人造水滴也可能导致此类扩散，因此这项研究可能会影响你采用什么方法来遏制病原体传播。”

        此外，研究小组还计算出，世界各地的降水可能占全球土地排放细菌总量的1％至25％。

        Buie的合著者是博士后 Zhifei Ge（葛志飞，音译），前博士后和文章主要作者Youngsoo Joung。

探究到底

         2015年，Buie和他的同事们发现了雨水产生气溶胶的机制：当落下的水滴与地面接触时，地面表层被形成的微小的气泡笼罩住，气泡上升、爆破，穿透雨滴喷洒出极小的水珠，也就是气溶胶。暴雨之后经常（空气中）有一股典型的泥土气味，当时，研究小组认为这一机制可以用来解释“雨后泥土的芳香”是怎么来的。

        该结果发表之后不久，一组英国科学家联系上Buie，想了解该机制是否可能助长细菌扩散，特别是类鼻疽伯克霍尔德菌（Burkholderia pseudomallei）的扩散。类鼻疽伯克霍尔德菌是一种生活在土壤中的细菌，会引起人类肺部感染，引发类鼻疽病（meliodosis）。

        Buie说：“他们注意到每次下雨后类鼻疽病的发病率都会上升，推测这种特殊的致病菌在降雨后会散播到空气中。”

        来自英国科学家的信息激发了Buie的好奇心，那就是降雨是否会帮助传播细菌呢。

        他说：“这条信息就是我们最初的动机之一，我们开展实验，想看看在降雨生成气溶胶的过程中，细菌通常是否会随着扩散并且存活”。

“速度恰到好处”

        在实验室中，研究小组观察了降雨对三种非致病性土壤细菌的传播效果，采用了六种干燥的土壤，包括黏土、沙质黏土和沙土。这些细菌被注入不同的实验泥土中。

        研究人员通过从各种高度分配单滴水，并通过放置在土壤样品正上方的小圆盘的小孔来模拟降雨，捕捉从表面爆裂的气溶胶。通过改变土壤的表面温度以及液滴释放的高度，以加速或减缓液滴的撞击速度，从而模拟不同强度的降雨。

        他们发现当泥土温度约为86华氏度左右时，液滴产生的气溶胶数量最多，这与热带地区的土壤环境相似。沙质黏土能使液滴产生更多的气溶胶，而沙土在气泡或气溶胶形成前完全吸收了液滴。研究人员还观察到，当液滴以每秒1.4至1.7米的速度下落，其强度大约相当于小雨，会产生更多的气溶胶。

        “这个速度恰到好处，水滴渗透到土壤中没有飞溅，但渗透速度足够快将空气捕捉，”Buie解释，“被捕捉的空气变成破裂的气泡，释放出气溶胶。我们发现了气溶胶尺度分布与气泡破裂数量之间的关系。”

        研究小组收集了喷洒到小圆盘上的气溶胶，并将其转移到培养皿中，以用来计算每股气溶胶中细菌的数量。他们根据土壤类型、给定土壤中的细菌密度、土壤温度和雨滴的撞击速度，发现单个雨滴激起的细菌数量从零到几千不等。

        研究小组更进一步地确定出估算液滴激起的细菌或其他颗粒总量所必须的三个主要参数：给定表面上的细菌密度和气泡的密度以及雾化效率（土壤表面上的细菌数量与最终从该表面分散出去的细菌数量的比率）。

        利用这三个参数以及对全球总陆地面积和降水模式的估计进行估算，研究人员得出由雨滴分散出去的细菌总数每年可达1万万亿至80万万亿个之多。因此，全球降水可能释放了土地中细菌总量的1.6％至25％。

        论文第一作者Joung说：“我们需要进一步调查，缩小全球降雨导致的细菌排放的数值范围，但降雨产生的气溶胶可能是细菌转移到环境中的主要机制，未来，这方面的工作的发现可以提供新的线索，追踪能导致人类、动物和植物染病的土传菌，以及云和冰核的形成对气候带来的影响。”

Journal Reference:

Young Soo Joung, Zhifei Ge, Cullen R. Buie. Bioaerosol generation by raindrops on soil. Nature Communications, 2017; 8: 14668 DOI: 10.1038/ncomms14668 

编译水平有限，如有错误敬请批评指正。

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