微生物和病原体基因充斥纽约市土壤

当所有注意力都集中在埃博拉病毒和其他在体液和空气中传播的病原体上时,我们可能没有意识到我们脚下的土壤是数千种细菌和其他微生物的家园。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


当所有注意力都集中在埃博拉病毒和其他在体液和空气中传播的病原体上时,我们可能没有意识到我们脚下的土壤是数千种细菌和其他微生物的家园。即使在纽约市的土壤中,考虑到混凝土和污染的普遍存在,我们可能认为它有点死气沉沉,但它也像热带雨林和肥沃草原的土壤一样充满生命。而且,它所含的病原体基因比那些地方都要多。

这些令人惊讶的结论来自本周发表在《英国皇家学会会刊B》上的一项创新研究。一个科学家团队在纽约著名的(也是巨大的)中央公园的596个地点采集了土壤样本——所有这些都在短短的12小时内完成。他们把泥土带回实验室,分析了他们能找到的每一份类似生命物质的遗传组成。他们发现了惊人的16.7万种不同的细菌、古菌(没有细胞核的单细胞生物)和真核生物(细胞包含细胞核的生物)。

然后,他们将这些生物的遗传学与来自世界各地52个地方的土壤中生物的遗传学进行了比较。中央公园的土壤拥有与夏威夷和秘鲁的雨林、加利福尼亚的林地、莫哈韦沙漠和南极洲山谷的土壤一样多或更多的生物多样性。“中央公园的生物多样性数量,以及它与全球各地土壤的可比性,令人惊讶,” 团队负责人兼微生物生态学家凯莉·拉米雷斯说,她在采集样本时在科罗拉多州立大学工作,现在是瓦赫宁根荷兰生态研究所的博士后学者。


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拉米雷斯还强调,关于我们脚下宇宙中的生命,我们“知之甚少”。尽管公园土壤具有巨大的生物多样性,但在Greengenes数据库中,只有16%的细菌和古菌基因序列与来自世界各地土壤中的基因序列相匹配。在SILVA数据库中,只有8.5%的真核生物与来自全球土壤中的真核生物相匹配。拉米雷斯渴望将纽约市的结果添加到全球土壤生物多样性倡议中,该倡议正试图扩大世界对泥土的认识。

她还强调,科学家们对土壤中的生物如何相互作用知之甚少,这对于维持土壤健康至关重要。“我们才刚刚开始揭开每组生物的作用,”她说。健康的土壤对于植物的茁壮生长至关重要,因此对于健康的生态系统也至关重要。

土壤也可能对人类健康有益或有害。这或许是中央公园研究的最大惊喜。尽管研究人员没有在土壤中发现许多完整的人类病原体,但他们发现了大量与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两倍以上。特别是,他们发现了高水平的与葡萄球菌、沙门氏菌和柠檬酸杆菌(都是普遍存在的潜在严重人类疾病的病因)以及炭疽芽孢(除武器化形式外,也天然存在)的密切匹配。

该论文包含一份关于此的谨慎说明:“我们想强调的是,潜在病原体序列的存在并不表明土壤中存在致病生物,相反,这一发现突显了在更自然系统中发现的土壤细菌群落与在中央公园发现的土壤细菌群落之间存在显著差异。” 拉米雷斯说,她的团队无法确定病原体序列较高的确切原因,但她认为这是因为每天有太多人穿梭在公园里。

拉米雷斯希望中央公园的成果“发出信号”,即科学家们才刚刚开始了解许多土壤生物在维持生物多样性方面所起的作用。更多的见解可以帮助农民调整土壤以减少可能破坏作物的病原体,并帮助科学家跟踪土壤是否会随着气候变化而迁移,植物在多大程度上决定土壤的性状,以及植物是否可以改变土壤以帮助它们自己也迁移到更温暖、更潮湿或更干燥的地方。

 

Mark Fischetti has been a senior editor at 大众科学 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: 大众科学 Mind and 大众科学 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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