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云层里,可能存在着一群能控制气候的邪恶生物

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把科学带回家 2021-09-28 07:21

撰文 沈梦溪

众所周知,降雨来源于云层,云层中的水蒸气在遇到冷空气或是某些成核物质之后就会很快冷凝而降落下来。所以冷暖空气相遇的地点注定就是雨水多发的地带,这就是天气预报的基础;而遇到干旱以后,拉出高射炮,给云层来一发干冰或碘化银炮弹,通过干冰降温或是碘化银增加成核物质的手段来增加降雨也就成了最常见的人工降雨的方式。不过,最近越来越多的科学家们开始认为,除了天气变化之外,细菌也有很大可能控制着降雨。

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意大利炮,咳咳,高射炮发射的催雨弹的原理就是给云层降温,或者是增加云层中的微细颗粒,从而加快水蒸气的冷凝速度

故事要从50年前说起。1970年,科学家在研究雨水的时候,发现雨水中含有微量的维生素B12。他们首先考虑到,雨水都是于云层中的水蒸气凝结而成,而云层中除了水蒸气之外,还有大量来自地表的灰尘,这些灰尘可能由于人类活动,携带了一些维生素B12上天,由此造成雨水中维生素B12的存在。不过在检查了云层中的灰尘后,他们却发现云层中灰尘含量与维生素B12含量并没有什么关系。云层只是一团堆积的水蒸气和灰尘,在排除了人类活动干扰之后,这些维生素B12就只剩下一个来源了——云层本身。

洁白的云层并不如我们想象中那样空荡,其中生活着无数的微生物,数万种微生物在云层中组成了一个完整而复杂的生态系统 图/pixabay

由此科学家们开始猜测,可能是由于有大量微生物生活在云层中,在生命活动中产生了维生素B12。不过由于当时技术条件有限,他们无法确定云层中到底有哪些微生物存在。不过到了现在,基因测序技术的出现让科学家有了彻底调查云层生态系统的能力。2017年法国科学家在一个海拔1465米的气象站中采集到了一些干净无污染的降水水样,并对这个水样进行了基因测序。结果发现在这份水样中存在超过28000多种微生物的DNA或RNA,其中细菌和古菌有22000多种,真核生物有2600多种。在这其中,既有能够进行光合作用的细菌和藻类,也有异养细菌。它们可能构成了一个完整的生态链:光合作用生物利用云层中的水分和大气中的二氧化碳等合成有机物,而异养细菌则可能会以光合作用生物为食。

在云层之中数万种各色微生物可能也如同在地表一样,构成了一个活跃的生态系统 图/wikipedia

本来在云层中紫外线极其强烈,很容易杀死位于高空的微生物。新的研究则发现,其实有些细菌早就开发出了抵抗紫外线的功能:无论是通过光合作用合成还是通过掠食其他微生物获取,细菌们能够将这些有机物分解变成具有保护效果的细胞外高分子聚合物(EPS),这些物质基本上都由糖构成,我们可以将其想象为一个“糖衣”,它能轻易抵御高空中的低温、干燥、紫外线等破坏。最常见的能合成这种糖衣的细菌就是芽孢杆菌了。

芽孢杆菌属包括许多种不同的微生物,臭名昭著的炭疽杆菌就是其中之一 图/wikipedia

随着最近这些年人类活动越来越强烈,大量有机物的微小颗粒随之飘散到了云层之上——它带来的效应就是,微生物们可能躺在云层上啥也不干就能吃到足够的食物。可能每一个人小时候都曾经幻想过云层都是由棉花糖做成的,然后自己一个人飞到云层上大吃特吃的场面吧!这下不用幻想了,细菌们就生活在我们的童话中。

带有防护性糖衣的细菌,每一个都相当于一个天然的凝聚核,它们大大加速了雨雪的形成过程。在天然条件下,云层中的纯水分子只有在低于-40℃的时候才会凝结,如果纯水中含有无机颗粒作为凝聚核,其凝结的温度就会变成-15℃,而一旦有细菌存在,水分子的凝聚温度将会再次升高,有些细菌,比如丁香假单胞菌,能让水分子在-2℃的时候就凝结。有一部分科学家就相信,由于人类活动给微生物们形成了如同童话般的生存环境,即使是高空云层也变得宜居了很多了,这就使得云层生态系统的极度繁盛——这种繁盛反过来将会引发频繁的雨雪。

云层中,水蒸气遇到细菌之后会以细菌作为核心凝聚成冰晶,冰晶向下飞落的时候,如果下方温度高就会融化成为雨滴,如果下方温度低就不会融化,以雪的形式落地。有科学家曾经检测过美国的一次大雪的雪花,其中三分之一的雪花核心处都含有大量细菌 图/wikipedia

当然,这并不是全部。还有一些科学家认为,增加降水本身就是云层微生物的一种生存策略。许多云层微生物是由风力吹动,从地面直达空中的,它们会利用高空气流在空中远距离旅行一段时间后,再主动通过变成凝聚核的方式以雨水的形式重回地表,寻找新的宿主,比如我们在上文提到的丁香假单胞菌,这是一种非常常见的植物病原体,在大部分植物身上都能找得到。

被感染了丁香假单胞菌的番茄 图/wikipedia

此外,这些微生物在享受有机物颗粒的时候,会将它们重新分解为二氧化碳,这样这些原本以固体颗粒形式存在的二氧化碳又会被云层微生物释放到大气中,成为日益暖化的地球上又一根新的稻草——根据估算,每年因此增加的大气二氧化碳含量约为100万吨,这个数量虽然少,但是却会随着人类排放的有机污染数量增加而增加。这种暖化的结果就是,地表温度升高,蒸发加强,云层增多——结果当然是云层生态系统更加的繁荣了。

这么一想,细菌怎么好像变成了控制地球气候的幕后黑手?

参考资料:

https://docs.qq.com/doc/DQnpxc3FoemFDZEdo

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