互动科普

对我们来说，细菌并不陌生。大部分人对细菌的第一印象是：有害健康。确实，细菌有时会让我们身体不适，因此杀菌是搞卫生的重点工作。不过另一方面，人类其实也是离不开细菌的。我们的肠道里就居住着大量细菌，它们分泌的一些物质不仅能参与人体代谢，还能抑制有害细菌的繁殖，是维持人体健康平衡的重要生力军。所以，如果你滥用抗生素，误伤到肠道里的“益生菌”，那可是得不偿失。

土壤中藏着各种各样的细菌，自然也是细菌研究者不能忽视的研究对象。土壤中的细菌虽然非常微小，但集合在一起却占了地球上生物总质量的很大一部分，而且它们在碳循环和养分转化方面起到重要作用。虽然研究人员知道，土壤中存在着各种各样的细菌，但还没有人像对待动植物那样系统地研究过它们的种类和群落分布。你在路边花坛里挖一勺土，里面就可能藏着上万种细菌。但令人遗憾的是，大部分种类，科学家都没有记录过，也无法在实验室人工养殖，有很多甚至连名字都没有。

好在最近，科罗拉多大学波尔德分校（University of Colorado Boulder）的科学家填补了这一空白。他们做了一件造福所有细菌研究者的事情——在《科学》杂志公布了首份全球土壤细菌群落分布图。这份分布图详细描绘了全球土壤细菌的分布状况，为与细菌相关的营养物循环、土壤肥力、抗生素研究等领域提供了有力工具。

研究人员从除南极洲以外的6大洲18个国家取来237份土壤样品。涵盖的地貌包括针叶林、寒林、落叶林、干燥林、热带雨林、高寒草原、温带/热带草原、干燥草原和灌木地。然后，他们利用DNA测序技术统计不同土壤中细菌的种类。

对于这项横跨全球的研究项目，文章的第一作者、科罗拉多大学博士后研究员曼纽尔·德尔加多-巴克里索（Manuel Delgado-Baquerizo）表示：“能完成这项工作，首先要归功于高效的国际合作。所有土壤样品的性质测试都是在西班牙胡安卡洛斯国王大学（Universidad Rey Juan Carlos）完成的；而澳大利亚西悉尼大学则负责分析细菌群落。”

令他们感到吃惊的是，他们发现细菌界的“贫富差距”非常大。类似于人类社会金字塔尖的1%人群拥有82%的财富，2%的细菌品种（511种）广泛分布在近一半的土壤样品中。换句话说，大部分细菌都只能在特定的环境中生存，只有少数细菌适应能力超强。

如果把不同细菌品种看作互相竞争的国家，那么细菌界的“超级大国”非变形菌门和放线菌门莫属了。当然它们都不是单独某一种细菌，而是一大类细菌的统称。变形菌门的相对丰度最高，超过35%。放线菌门紧随其后，超过30%。第三名酸杆菌门相对丰度还不到15%，差距明显。

细菌群落分布和一些环境因素的相关性也引起了研究者的兴趣。以土壤的酸碱度为例，他们发现细菌可能更偏爱碱性土壤（高pH）。有108种常见细菌分布在碱性土壤中，酸性土壤（低pH）中则只有36种。此外，研究人员还考察了植物数量、湿度等因素对细菌群落分布的影响。

掌握常见细菌对环境因素的偏好后，研究者就可以根据全球各地的不同气候、土壤条件，对细菌在全球的分布情况做出预测。他们由此得出的预测结果是，喜好碱性土壤的细菌在中亚和北非的戈壁、草原分布较广；喜好酸性土壤的细菌多分布在俄罗斯、欧洲、南美洲、南部非洲等地区；喜好干燥气候的细菌则集中在撒哈拉沙漠、中东、中亚、澳大利亚等地区。

美中不足的是，这项研究给出的预测结果，可能并不能涵盖全球的情况。因为它的土壤样品主要来源于美国，其次是南美洲各国。英国、西班牙、摩洛哥和澳大利亚也提供了较多土壤样品。而在广袤的亚洲，研究者只是取了蒙古东部和中东地区的一些土壤做为代表。撒哈拉沙漠以南的非洲大陆也仅提供了一份样品。而众所周知，亚洲和非洲正是生物多样性最丰富的地方。

掌握土壤细菌的分布对很多研究都大有裨益。近年来，医学界和各国政府都在宣传抗生素滥用的危害性。因为滥用抗生素会使细菌产生耐药性，变成超级细菌，危害人类健康。要对付超级细菌，除了防止抗生素滥用，发现新型抗生素也非常重要。抗生素是某些细菌或真菌分泌的“生化武器”，在食物和空间有限时，用来杀死周围的竞争对手。而土壤正是细菌的角斗场，也是产生抗生素的“修罗场”。2015年，美国诺沃生物制药公司（NovoBiotic）和美国东北大学的研究人员合作，从土壤细菌中发现了抗生素Teixobactin，被誉为近30年来首个新型抗生素。实际上，很多科学家已经开始在火山、冰川、沙漠等极端环境中寻找新的菌落和抗生素。

谈到下一步计划，纽曼尔说：“这份地图集只是我们整个研究计划的开始。在土壤中发现的细菌有80%的品种都没有名字，我们也不知道它们的习性。接下来，我们打算集中研究分布最广的500多种细菌，把它们分离出来，研究它们的特点和对生态系统的作用。”

“如果你想做类似工作”，纽曼尔建议道，“最好尽早收集土壤样本。因为我们在实验室中进行测序和数据分析只花了一年时间，但收集这些土壤样本却花了十年之久”。