经许可节选并改编自《粘液:自然史Susanne Wedlich著。梅尔维尔出版社2023年2月出版。版权所有。

haboob是一种尘埃风暴。这是一个阿拉伯词,指的是一种现象,就在一个世纪前,它像圣经中的瘟疫一样袭击了美国中西部。然而,这场风暴并不是上帝惩罚之手的杰作;这是有史以来最严重的人为环境灾难美国从未见过。落基山脉以东,大平原像宽阔的走廊一直延伸到墨西哥加拿大.这片土地很干燥,自然地覆盖着一群健壮的植物——主要是草原草——它们浓密的根系网络稳定了下面的土壤。但后来人类来了。政府知道这些平原不是可耕地,充其量也只有拥有复杂灌溉系统的大农场才能在那里谋生。然而,没有足够资金的小型家庭农场将无法生存。

尽管如此,这片土地在20世纪30年代还是被大量宣传,并作为肥沃的土地免费分配给定居者,只需要用犁“轻轻挠一下”就能释放其生产力。铁路公司需要偿还他们新铺设的铁路网络,加入了“新世界尼罗河”的宣传。在接下来的几十年里,大约三分之一的大平原将被改造成绿色的草原和牧场,人们用马和犁进行了密集的劳动,这扰乱了原始植物生命的密集根系网络。正如我们现在所知,基本的生物粘合剂丢失了。

政府的另一个承诺是雨水会随犁而来,但实际上,随之而来的是天启。暴露在外的土地变得越来越干燥,越来越热,失去了稳定性,并受到干旱和侵蚀的影响。随之而来的是一种罕见的天气现象,通常将云和雨带到中西部的急流发生了逆转。现在雨停了,庄稼枯萎了,巨大的尘雾像几公里高的黑色岩壁一样隐约可见。仅在1933年,就有50多只habos席卷了整个地区。

这一时期的照片显示,房屋和农场被淹没,仿佛被一场灰色的洪水淹没,尘土和泥土的波浪冲刷到了屋顶的高度。同时代的目击者说,细颗粒像砂纸一样摩擦皮肤,使人失明,使牛窒息,使儿童患上“棕色鼠疫”,这是蒂莫西·伊根(Timothy Egan)在他的获奖作品中所描述的一种由灰尘引起的肺炎最艰难的时刻.没有办法逃跑。到了晚上,家家户户都用湿毛巾把门窗封上,但到了早上,他们还是要把家里和村舍里的灰尘铲出去。

德克萨斯州北部的一个宅基地,1938年6月由Dorothea Lange拍摄,她记录了农民及其家庭在沙尘暴中的困境。
德克萨斯州北部的一个宅基地,1938年6月由Dorothea Lange拍摄,她记录了农民及其家庭在沙尘暴中的困境。Dorothea Lange/国会图书馆/公共领域

空气中的灰尘掩盖了小公鸡的叫声,太阳在天空中悬挂着血红色。到了下午,天又黑了,任何在浓雾中外出的人都会在中间系上一根绳子,以便找到回去的路。这些灰尘从大平原一直飘到芝加哥,一路飘到华盛顿特区的国会大厦,甚至在海上的船只上也留下了一层棕色的涂层。1935年4月14日,“黑色星期天”带来了最糟糕的天气,据伊根说,在这一天,一个下午在全国各地刮起的沙尘是修建巴拿马运河7年来挖出的沙尘的两倍。

对大多数农民来说,在中西部谋生已经不可能了。摄影师多萝西娅·兰格(Dorothea Lange)因拍摄劳累憔悴的移民和他们衣衫褴褛的孩子向西迁徙的照片而闻名。就像斯坦贝克的杰作里的乔德一家愤怒的葡萄在美国,他们是在追随另一个空洞的承诺,即在加州和其他地方的大城市会有工作机会,这个承诺被震撼了20世纪30年代的全球经济危机所挫败。那些留下来的人就没那么幸运了,因为贫瘠的收成被毁灭性的枯萎病摧毁了,无论如何,土地也没有从遭受的破坏中恢复过来。


结果并不总是如此当干燥的土壤失去稳定性并受到侵蚀时,这是灾难性的。但是,即使是很小的变化,如果发生在足够大的范围内,也会危及我们的粮食供应:例如,如果由于气候变化,整个地区都暴露在更高的温度和更低的降水水平之下。这里最危险的是生物土壤结皮,这是一种通常看不见或只有几毫米高的生态群落,它们覆盖在沙漠和干旱地区的地面上,但也能够生长在石头上和石头下面。

它们在哪里以及是否形成取决于降水、温度和土地的农业用途。它们在沙漠、草原和稀树草原尤其普遍,尤其是在非洲南部、澳大利亚、亚洲和美国西南部。它们很少出现在温带地区,比如中欧,那里的灌木和树木等维管植物完全覆盖着地面。由贝蒂娜·韦伯(Bettina Weber)领导的马克斯·普朗克化学研究所(Max Planck Institute for Chemistry)的一项研究表明,生物土壤结皮覆盖了地球表面的12%,相当于实际陆地面积的40%。

生物土壤结皮是地球活生生的皮肤,一个保护屏障。然而,它们也积累和转化营养物质,并在更大的生物地球化学过程中发挥关键作用,例如全球氮和碳循环。韦伯说:“地壳干燥、坚硬,而且很硬,但也有一定的黏性。”蓝藻是土壤结壳的先驱,通过分泌外聚合物来建立粘稠的基质。它的粘性足以将土壤中的颗粒粘在一起,保护土壤免受侵蚀。这种水凝胶还能在水蒸发或滴流之前,将存在的少量水(例如雨后的水)结合并储存起来。

生物结皮是一种复杂的生态群落,根据其发育阶段进行了科学分类。蓝藻是先锋,为其他微生物,如细菌、古生菌或真菌铺平了道路,这些微生物加入了这个年轻的群落,通过分解有机物来发挥自己的作用。接下来可能是地衣和苔藓,甚至可能是蠕虫、鼻涕虫、蜗牛、弹尾虫和其他节肢动物。土壤外壳可能需要数年甚至数十年的时间才能变得如此多样化,可能拥有数百种不同的物种。

生物土壤结皮,有时被称为隐生或隐生土壤,是由活的有机体,如蓝藻组成的。
生物土壤结皮,有时被称为隐生或隐生土壤,是由活的有机体,如蓝藻组成的。亨宁·施洛特曼,CC BY 1.0/维基媒体

然而,在地壳中,这些群落之间存在差异,不仅在它们随着时间的推移而达到的成熟水平方面,而且在空间上也是如此:土壤地壳被分成几层。强色素真菌和所有光合作用生物,如蓝藻,通常定殖在顶层,因为它们需要并能忍受紫外线辐射,而较阴暗的生物则生活在生态系统的较低层。它们必须都能在长时间的干旱中生存。这一领域的专家包括,例如缓步动物,它们可以进入休眠状态,然后一旦有水就会迅速恢复活动。

然而,如今,生物土壤结皮正受到威胁。根据韦伯的计算,多达四分之一的保护涂层可能很快就会消失。气候变化和人口增长一样是一个重要因素,人口增长需要扩大耕地面积,包括迄今为止被生物土壤结皮覆盖的干旱和以前未使用的狭长地带。这种发展可能会对全球产生影响,影响氮循环等。

氮存在于土壤和大气中,但不能被植物直接吸收。植物依靠土壤微生物来固定氮,使其可供植物利用。根据韦伯的计算,这一基本功能的一半可能是由土壤结壳提供的。

对结构的干扰会对营养贫乏地区的许多生态系统造成特别严重的打击。但是,土壤结壳的流失也会使地面暴露在水和风的强烈侵蚀之下,使大气中最微小的颗粒变得丰富。它不需要像20世纪30年代大平原那样的沙尘暴来对人类健康构成威胁,而不仅仅是对过敏和花粉热的人。


瘴气传播的概念致命的传染病,如疟疾mal咏叹调(空气不好)已被驱散。然而,我们周围的空气中充满了微生物、花粉和其他可能对我们造成伤害的颗粒。伟大的微生物学家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)是第一个证明开放性伤口可能被空气中的细菌感染的人。从某种意义上说,这使他成为空气生物学的创始人,这门学科在20世纪30年代见证了它的第一个也是迄今为止最后一个黄金时代,当时中西部的农民面临着全球金融危机,毁灭性的蝗灾,植物病原体被扔进了很好的措施。

美国农业部的Fred C. Meier恰好是正确的人,在正确的时间出现在正确的地点。他是一个拥有飞行员执照的极具魅力的人,他希望发现致命的锈菌或其孢子是如何传播的,以及天气和大气在多大程度上起了作用。为此,他招募了美国航空业的明星,包括阿米莉亚·埃尔哈特。名人夫妇林德伯格夫妇也加入了她的行列。查尔斯·林德伯格(Charles Lindbergh)飞越大西洋的开创性飞行在某种程度上盖过了他妻子的成功,尽管安妮·林德伯格(Anne Lindbergh)是美国最早的女飞行员之一,并在他们的联合飞行中驾驶飞机。

1933年,这对夫妇从美国出发,飞越格陵兰岛,最远到达丹麦。正如之前与Meier讨论的那样,他们使用了“天空钩”作为空中陷阱。查尔斯自己用一个金属圆柱体制作了它们,里面装着油性的粘性玻璃载玻片,可以捕捉空气中的固体颗粒。事实上,在格陵兰岛上空一公里处,他们发现了同样的锈病和其他真菌的孢子,这些真菌在数千英里外的地面上生长,造成了巨大的农业破坏。研究结果很清楚:这些孢子是通过空气在地球大气层高处旅行的游牧民。他们并不孤单:林德伯格夫妇还收集了花粉粒、真菌菌丝体碎片、单细胞藻类(如硅藻)、昆虫翅膀、火山灰和玻璃颗粒。

1931年,安妮·林德伯格和查尔斯·林德伯格夫妇准备飞行。这对夫妇在北大西洋收集样本的工作使我们进一步了解了空气中微生物可以传播多远。
1931年,安妮·林德伯格和查尔斯·林德伯格夫妇准备飞行。这对夫妇在北大西洋收集样本的工作使我们进一步了解了空气中微生物可以传播多远。Bettmann /盖蒂图片社

就像地壳深处生物圈的微生物一样,其他细菌和孢子决定了云层之外的生命极限。这种生活在空中的生物随风飘荡,自己不能飞行,有时被称为浮游生物,灵感来自于漂浮在海洋中的生态群落。

在某种程度上,我们已经知道这些空气中的微生物来自哪里,或者至少知道它们的旅程是从哪里开始的。当气泡从水中升起,并在微生物密集分布的凝胶状表面破裂时,它们可以从海洋进入大气。

甚至植物的叶子也可以成为推动物质进入空气的起点。许多影响人类的病原体都是通过我们呼吸的空气,或通过咳嗽和打喷嚏传播的,冠状病毒大流行让我们明白了这一点。这被称为飞沫传播。麻省理工学院的Lydia Bourouiba证明植物以类似的方式传播病原体,例如真菌通过飞溅的雨滴传播。它们用一层粘稠的粘液覆盖自己,保护它们,防止它们被风吹到空中。如果雨滴落在受感染的叶子上,水就会溅起,带着病原体,可能会到下一个宿主那里。

是一种经济上毁灭性的病原体,感染数百种植物,也专门在空气中的生命。这种细菌存在于世界各地,包括水中,但也可以在大气中存活数天,据信它以被吹到空气中的植物碎片为食。

丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)是一种经济上具有破坏性的细菌,感染了许多作物,而且它擅长生活在空气中。
是一种经济上具有破坏性的细菌,感染了许多作物,而且它擅长生活在空气中。Jerzy Opioła, CC BY-SA 4.0/Wikimedia

西班牙研究人员已经证明了这一点微生物可以隐藏在大气尘埃中,甚至在大陆之间传播。他们选择的载体是尘埃颗粒:由不同的矿物质制成的尘埃颗粒,它们达到相当大的大小,并被细菌黏液粘在一起。这些由矿物和生物成分组成的聚集体在世界各地都有。这次被详细研究的那些是在格拉纳达市发现的,里面有来自撒哈拉沙漠的灰尘颗粒和微生物。在大气中,它们以生物气溶胶的形式被水滴捕获,然后呈现出叶黄体的特征形状,有点像凹陷的炮弹。

一些菌株p .两然而,它们会产生一种蛋白质,使水在异常高温下冻结。像其他微生物和颗粒一样,这种细菌是冰形成的结晶点。一种假设是p .两当高空条件变得太不舒服时,也许可以在自制的冰雹或雪花中返回地面。由于它的冷冻蛋白,一种无害的病原体也被用来制造人造雪。

土壤,尤其是它们的生物结壳,也与浮游生物密切相关。它们同样受到气候变化的威胁。农业的扩张是另一个危险,即使是较小的破坏也会产生持久的影响。鞋子、蹄子和轮胎能够破坏这些脆弱的生物外壳,如果它们有机会的话,可能需要几十年的时间才能再生。失去它们就意味着失去可能是进化的第一个生态群落。它们不仅出现在所有大陆和所有气候带,而且它们可能是第一个冒险进入陆地的生态系统,沿着水体边缘形成,然后再向内陆移动。它们仍然在塑造许多其他生物的栖息地方面发挥着至关重要的作用,通过固定大气中的氮和结合二氧化碳。它们对风化过程也很重要,分解矿物下层。

由于蓝藻黏稠的基质储存了很少的水,土壤结皮群落和高等植物受益,甚至在牧场上也是如此。然而,有时候,少即是多。智利的阿塔卡马沙漠是地球上最干燥的地方之一。beplay体育官网电脑板很少有细菌、藻类、真菌和地衣能够在这里生存,在土壤结皮中或作为土壤微生物群的一部分。2017年,几十年来的第一场暴雨席卷了这个地区——这是气候变化的后果——居住在这个地区的天生幸存者似乎终于获得了当之无愧的流动财富。事实上,这一事件的高潮是一场微生物大屠杀,因为前所未有的过量水导致微生物爆裂。在阿塔卡马,通常出现在土壤内部和土壤表层的微生物中,只有少数几种存活了下来。