MIT發現降雨成為細菌傳播的媒介，小雨最嚴重

一場小雨能夠清潔大地。不過，《自然-通訊》（Nature Communications）近日發表的一項來自麻省理工學院（MIT）的研究聲稱，在合適的環境中，降雨同樣可以成為細菌傳播的途徑。

利用高速攝影技術，麻省理工學院機械工程系的研究人員觀察了雨點落在乾燥的帶菌泥土上的效果。當雨點降速與小雨近似，氣溫與熱帶地區近似時，落地的雨滴就會激起一股薄霧，也稱為氣溶膠。每一股氣溶膠都包含有來自土壤的幾千個細菌。研究表明，這些細菌離地後仍能存活一個多小時。

機械工程系副教授、EHEE職業發展主席（Esther and Harold E. Edergton Career Development Chair）Cullen Buie稱，如果空氣中的細菌被風托舉起來，就有可能傳播相當遠的距離才會落地。

「想像一下，某地有一株植物感染了病原體，結果它傳到了當地的土壤中。」Buie說，「現在我們發現雨滴能助長病原體的傳播。來自噴淋系統的人造液滴也可以導致此類擴散。所以這個（研究）可能會影響你採用什麼方法來遏制病原體傳播。」

高速攝影技術記錄了實驗中的雨滴濺落在多孔的表面，可以釋放出幾千股氣溶膠。

此外，研究小組還計算出，全球土地排放細菌總量的1％至25％可能是由世界各地的降水導致的。

科學家追蹤雨後發病率上升的原因

2015年，Buie和他的同事們弄清了降雨生成氣溶膠的機制：下落的雨滴接觸到土地，在地面表層籠罩住微小的氣泡，氣泡上升、爆破，穿透雨滴，噴洒出極小的水珠，也就是氣溶膠。當時，研究小組認為該機制可以用來解釋「雨後泥土的芳香」是怎麼來的。

文章發表不久，一組英國科學家聯繫上Buie，想了解該機制是否可能助長細菌擴散，特別是類鼻疽伯克氏菌（Burkholderiapseudomallei）——一種生活在土壤中的細菌，能導致人類肺部感染，引發類鼻疽病（meliodosis）。

Buie說：「他們注意到每次下雨後類鼻疽病的發病率都會上升，推測這種特殊的致病菌在降雨後會散播到空氣中。」

來自英國科學家的信息激發了Buie的好奇，他想知道降雨是否會傳播細菌。他說：「我們開展實驗，想看看在降雨生成氣溶膠的過程中，細菌是否會擴散並且存活——這條信息就是我們最初的動機之一。」

速度恰到好處

實驗中，研究小組觀察了降雨對三種非致病性土壤細菌的傳播效果，所採用的泥土類型為六種干土，包括粘土、沙質土和砂礫。

研究人員從一個小圓盤的孔洞中向位於正下方的泥土樣品滴入單滴水，來模擬降雨，並捕獲從泥土表面爆發的氣溶膠。通過改變土壤的表面溫度以及液滴釋放的高度，可以加速或減緩液滴的衝擊速度，從而模擬不同強度的降雨。

他們發現，當泥土溫度約為86華氏度時，液滴產生的氣溶膠數量最多，這類似於熱帶地區的土壤環境。砂質粘土能使液滴產生更多的氣溶膠; 砂礫則易於在任何氣泡或氣溶膠形成之前完全吸收液滴。研究人員還觀察到，當液滴以每秒1.4至1.7米之間的速度下降——大約為小雨的強度時，會產生更多的氣溶膠。

「這個速度恰到好處：水滴通過毛細作用被吸入土壤，沒有飛濺，但足夠快捕捉空氣，」Buie解釋，「被困的空氣變成破裂的氣泡，釋放出氣溶膠。我們發現了氣溶膠尺寸分布與氣泡破裂數量之間的關係。」

研究小組收集了噴洒到小圓盤上的氣溶膠，並將它們轉移到培養皿中，計算每股氣溶膠中的細菌數量。結果發現，在不同的泥土類型、泥土中細菌的密度、泥土溫度和水滴的衝擊速度等條件下，單個水滴激起的細菌數量從零到幾千不等。

為估量液滴激起的細菌或其他顆粒的總量，研究人員進一步確定了三個主要參數：細菌和氣泡在給定表面的密度，以及他們稱之為「霧化效率」的參數——泥土表面的細菌數量與最終從該表面散播出去的的細菌數量的比率。

採用這三個參數，加之對世界陸地總面積和降水模式的估計，研究人員估算出每年由降雨散播的細菌總量可達10,000萬億到800,000萬億之多。據統計，全球降水可能釋放了土地中1.6％至25％的細菌。

「我們需要進一步調查，縮小全球降雨導致的細菌排放的範圍，但降雨產生的氣溶膠可能是細菌轉移到環境中的主要機制，」論文第一作者Joung稱，「未來這方面的工作可以提供新的線索，以追蹤由土壤傳播的能感染人畜及植物的細菌，以及雲和冰核的形成給氣候造成的影響。」

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