地球表面佈满微生物，但我们对身边空气中的微生物种群所知甚少。经过近十年的努力，由理大领导的团队编製了一份详尽的全球空气微生物图谱，为相关物种如何与地表环境相互作用，以及它们未来可能产生的变化提供了新的见解。
由可持续城市发展研究院院长李向东教授领导的团队与内地和美国研究人员合作，用大约一年时间对世界各地的空气微生物进行採样，范围遍及地面至高山。研究团队把样本结果与过去研究所收集的最准确全球数据结合，编製了历来第一份全球空气微生物图谱，为公共卫生研究提供重要的新视角。
该份图谱就漂浮于地表空气的微生物群落提供了丰富研究成果。空气是细菌生物的独特藏身之地。研究所进行的基因学分析显示，空气中的核心细菌群落（即在微生物物种群中佔比巨大的少数关键物种），与海洋或土壤生态中的核心群落并不一样。事实上，儘管空气是一种自由流动和似乎没有内部边界的介质，空气中的核心细菌群落却显然具有局部特徵和稳定的特性。
研究团队从全球 63 个地点收集了 370 个空气颗粒样本，并对当中的细菌群落进行分析。为确保採样复盖各种海拔高度和地理区域，收集地点包括 1.5 至 2 米高的地面、5 至 25 米高的屋顶和 5,238 米高的山脉，也广及人口稠密的城市中心以至杳无人烟的北极圈。
研究团队由理大建设及环境学院院长、可持续城市发展研究院院长兼环境科学与科技讲座教授李向东教授带领，他表示：「我们的研究证实，人类活动的确改变了自然环境空气中微生物群落的结构，尤其是城市空气中有更多的致病细菌。经历三年的疫情后，人们现在更加关注这种看不见但影响深远的微生物群落。研究结果可用作重要参考，帮助我们预测在未来环境变化下，地球微生物群落的反应，以及可吸入微生物群落对人体健康影响。」
研究人员估计，海洋或土壤微生物的总数，要比存在于空气中的微生物总数多出数千倍。儘管如此，微生物在空气中的多样性 （或称「丰富度」）于其它环境也是不相伯仲，意味着地表栖息地直接贡献空气中的微生物。这项发现推翻了此前的假设，说明植被并非空气细菌的主要陆地来源，而地球上的大量土壤几乎贡献不大。海浪的撞击、树叶摇晃甚至动物和人类的频繁活动及呼吸，才是驱动细菌在地表与空气之间交换的重要因素。
宏观而言，生物，特别是动物和植物，在温暖潮湿的热带雨林等赤道地区最为多样化，其多样性越靠近两极地方便越为降低。这个情况对于微生物来说更为有趣，从赤道出发起计，微生物的多样性在中纬度地区最高，然后再次降低。这种模式在陆地和水生微生物中已经确立，但新图谱证实同一模式也出现于空气微生物群。研究论文的作者推测，多样性集中于中纬度地区，是由该地区微生物拥有的更大投入源所致。
研究人员整体估计，空气中的细菌中有一半来自地面来源。城市空气中的人类相关细菌含量特别高—有些是无害的，有些是致病的。细菌从人类呼吸直接传播到空气并非人类对空气微生物所构成的唯一影响。工业化和城市化等大规模活动破坏了自然环境并影响了空气质素，削弱了环境对微生物结构的「过滤」 作用，使空气细菌的组成更容易受随机的作用影响—儘管天气仍然在当中发挥着重要作用。
现代人类活动与我们身边微生物之间的密切关係，强调了人类准确预测未来变化的必要性。有鑑于城市化快速推进，以及我们在新型冠状病毒研究中对空气传播的日益瞭解，在城市中扩散的可吸入传染性细菌尤其值得关注。气候变化是空气微生物生长的另一股驱动因素，正如图谱所揭示一样，温度对微生物丰富度有显着影响。因此，是项研究为未来的公共卫生研究提供了宝贵的资源和重要的新视角。
理大团队与密歇根州立大学的杰出教授 James M. Tiedje 和中国内地多名科学家携手进行是项研究。研究结果已于美国国家科学院的同侪评审期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》 (https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2204465119)中发表。
| 研究部门 | 可持续城市发展研究院 |
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