亚利桑那州立大学的科学家们近期取得一项突破性发现，揭示了雾滴并非仅仅是悬浮在空气中的水汽，而是活跃的微生物栖息地。研究表明，雾滴中存在能够生长并帮助清除有害大气污染物的活细菌，这一发现颠覆了我们对雾的传统认知，将其视为一个出人意料的活跃微生物环境。
我们每一次呼吸的空气中，都可能包含着无数微小的“搭便车者”。多年来，科学家们已知细菌会随气流在云层和空气中漂浮。然而，一项发表在《mBio》期刊上的最新研究表明，这些微生物不仅能在雾中生存，更能在其中蓬勃生长。
亚利桑那州立大学的研究人员发现，雾滴可以充当微小的漂浮栖息地，细菌在其中生长、繁殖，甚至能清除空气中的有害污染物。这项发现挑战了长期以来将雾视为化学惰性、悬浮在地表附近的潮湿水汽的观点。相反，雾可能更像一个临时生态系统，数十亿个微观水滴内部正在发生活跃的生物过程。
对于云研究员曹氏（Thi Thuong Thuong Cao）而言，这项发现始于一个简单却不寻常的问题：雾是否真的能支持生命？在亚利桑那州立大学攻读博士学位期间，曹氏与微生物学家、化学家和大气科学家合作，深入探究雾在微观层面的内部运作。她的工作将她带到宾夕法尼亚州黎明前被雾笼罩的田野，在那里她采集样本，并在实验室中进行后续分析。
她的发现令研究团队感到惊讶。雾滴中的某些细菌并非被风携带的休眠“乘客”，它们正在积极生长和分裂。
雾的形成是水蒸气凝结成悬浮在冷空气中的微小液滴的过程。每个液滴都微乎其微，但它们共同创造了一个独特的环境，短暂地类似于一个微型水生生态系统。科学家们早已在大气中检测到细菌，包括雨云和跨大陆传播的尘埃羽流中。有些微生物甚至能在空气中承受紫外线辐射、冰冻温度和严重脱水。然而，它们能否在雾本身内部保持生物活性，这一点一直不清楚。
“我们对雾中存在的细菌种类知之甚少，而雾就像地表附近的云，”该研究的主要作者曹氏指出。
研究人员主要关注两个问题：雾中存在哪些细菌？以及这些微生物是否真能在雾中生长？
“如果它们正在生长，那么这些雾滴就是一个栖息地。这是一种思维模式的转变，”该研究的合著者、亚利桑那州立大学生物设计中心基础与应用微生物组学主任费兰·加西亚-皮切尔（Ferran Garcia-Pichel）表示。
团队发现，细菌仅出现在不到1%的雾滴中。然而，由于雾包含着数量庞大的液滴，因此微生物的总量变得惊人。加西亚-皮切尔教授（同时也是亚利桑那州立大学生命科学学院的摄政教授）指出：“当你把所有雾滴加起来时，细菌的浓度与海洋中的浓度相同。”根据研究人员的计算，一顶针大小的雾水就可能含有大约1000万个细菌细胞。
其中，一类名为甲基杆菌（methylobacteria）的微生物引起了特别关注。科学家们发现，在有雾事件期间，甲基杆菌的数量比干燥空气条件下更为丰富。这一点至关重要，因为甲基杆菌能消耗简单的碳化合物，包括甲醛。甲醛是一种有毒污染物，与烟雾形成和呼吸系统健康风险密切相关。甲醛通过车辆排放、工业过程、野火烟雾和某些家用产品进入大气。在城市环境中，它会参与复杂的化学反应，产生地面臭氧污染。
这项研究表明，雾滴可能暂时成为微小的反应室，细菌在其中帮助清除空气中的部分污染物。曹氏观察到：“我们在显微镜下看到，是的，细菌正在变大并分裂，所以它们确实在生长。我们还发现，它们正在利用甲醛作为食物来支持其生长。”
这些细菌处理甲醛的效率极高，以至于研究人员最初怀疑是否涉及额外的化学反应。然而，结果显示，微生物似乎既将污染物作为食物来源进行分解，也将其作为一种防御机制。在高浓度下，甲醛甚至对细菌本身也具有毒性。通过将甲醛转化为二氧化碳，这些微生物有效地减少了雾滴内部有害物质的积累。
追踪空气中的细菌是一项挑战，因为风会不断改变大气条件。为了研究微生物种群随时间的变化，研究人员需要形成于稳定空气条件下的雾。他们将重点放在辐射雾（radiation fog）上，这种雾在夜间地面冷却并使其上方空气变冷时形成。水蒸气随后凝结成靠近地表的雾，尤其是在潮湿且天气平静的山谷中。与快速移动的风暴系统不同，辐射雾可以相对稳定地持续数小时，这使得观察其形成前、形成中和形成后的微生物变化变得更加容易。
这项工作凸显了科学家们对大气生物学方面仍知之甚少。大多数大气模型主要侧重于化学和物理过程，而活微生物通常被视为被动粒子。然而，微生物可能发挥着远超科学家们此前认知的巨大作用。
这些发现可能会影响多个研究领域，包括污染研究、气候科学，甚至饮用水的收集。在世界上一些干旱地区，专门的网状系统被用于收集雾水作为淡水来源。雾通常被认为是天然洁净的，但这项研究表明雾滴可能携带活跃的微生物群落，因此在饮用前可能需要进行处理。
这项研究也提出了关于大气本身的更广泛问题。如果细菌在雾和云中保持活跃，它们可能会影响塑造空气质量的化学反应，甚至可能影响天气模式。“重要的是要考虑到，除了驱动化学反应外，细菌也在这些雾滴内部生长。这可以改变我们以往的认知，它们不仅仅是催化剂，还具有其他活性。这可能会改变我们迄今为止建模的一切方式，”曹氏说。
科学家们才刚刚开始探索这些大气生态系统。“人们开始关注云中的生物活动相对较新，因此仍有很多我们不了解的地方，”该研究的合著者、分子科学学院教授皮埃尔·赫克斯（Pierre Herckes）表示。“例如，在夜间，大气化学反应并不多。化学反应主要由太阳和光照驱动。但如果细菌在夜间仍在发挥作用，它们就可能很重要。”
许多谜团仍未解开。研究人员仍然不清楚沿海雾、山地雾、城市烟雾和高空云系统之间的微生物群落有何不同。科学家们还希望了解这些空气中的微生物是否以未被注意的方式影响降雨、污染循环或人类健康。“未来可期，潜力无限，”加西亚-皮切尔教授总结道。