导语：地球微生物菌群通过数十亿年的光合作用创造了现在的宜居环境，而这一环境正遭受人类破坏。采矿行为破坏地表隔层、激活产酸微生物，产生大量酸性矿山废水，难以纠正。深入了解地球的微生物菌群迫在眉睫。
关键词：地球 微生物 光合作用 矿山废水 气候变暖
犹他州拱门国家公园生物土壤结皮。生物土壤结皮是由产氧的蓝细菌、绿藻、褐藻、真菌、地衣和/或苔藓构成的。(Photo: Neal Herbert/National Park Service/Flickr)
来自南极洲的最新温度数据使人类不得不重新审视环境问题——南极洲西部70%的冰架已经融化。随着地球日的临近，关于气候变化的讨论倾向于集中在升高的气温和海平面高度、更强的暴风雨以及对农业的毁坏。但关于气候变化还有一项重要因素常常被忽视：地球的微生物菌群。
我们对人体的微生物菌群不断地有新的认识，数万亿的微生物生活在我们的肠道内、皮肤上，与我们的健康状态和生存质量息息相关，但却因现代人类的生活方式而受到威胁。我们的地球也有一个微生物生态菌群，天文数字的微生物生活在地壳内和水体中，与人体的微生物一样，这些微生物维持着地球的健康，但也同样受到人类活动的威胁。
正是这些微生物菌群在地球上创造出了适宜高等生物生存的条件，最终创造出适宜人类生存的条件。早期的地球上并没有氧气，二氧化碳的浓度高达98%。而微生物在40亿年前进化出了光合作用，“吃掉了”绝大部分的二氧化碳，并产生了氧气，这才构成了人类可呼吸的空气。在人类诞生之际，地球上的大气已经含有了21%的氧气，二氧化碳仅剩下0.03%。
显微镜下光合作用的蓝细菌(蓝绿藻)。(Californai Environmental Protection Agency)
如果没有微生物的光合作用，地球便会像金星一样，高温、并且没有空气。即使是在今天，尽管我们常常认为植物是光合作用的主力军，全球大约50%的光合作用依然是由微生物完成的，主要是海洋微生物。
这一点，多数人在学校的生物课上并没有学到过。也许我们可以绘制一个24小时的时间轴，从宇宙大爆炸开始，在人类这里结束。微生物使得地球具有了孕育生命的可能，尽管科学教育常常掩盖它们的功劳， 但如果没有数千年微生物带来的环境改变，我们是不可能出现在这里的。
当前，人类的创造力和聪明才智对地球的开发在极短的时间内改变着我们周围的环境。人类已经从微生物手中夺取了地球的控制权。
地球的微生物菌群经过漫长的40亿年才缓慢地改变了环境中的二氧化碳-氧气比例；然而光是在过去的150年中，人类就将大气中的二氧化碳含量从0.03%增加到了0.04%，这一速度与之前40亿年大气的改变相比，快了2700倍。
科学界和其他有识之士都在考虑我们的地球将对这种变化做出何种反应。但地球的微生物菌群会作何反应？毕竟，微生物在这一现状中并没有既定利益；相反，一些微生物最适宜的生存条件可能与适宜人类生存的条件相差甚远。
科罗拉多废弃的宾夕法尼亚矿排出的典型的有机酸性矿山废水。这座矿产生的酸性矿山废水含有高浓度的金属，尤其是镉和锌。(Photo courtesy of Timberley Roane, University of Colorado Denver)
一个很好的例子便是开采矿物产生的的酸性矿山废水。当挖掘穿透表层土壤和植被时，氧气便会穿过表层下含硫的煤矿或者富含金属的矿藏。这些氧气会唤醒休眠的微生物，而这些微生物会氧化煤或金属矿藏中的硫和铁的沉淀物。在这这一过程中，微生物会产生酸，渗透进土壤，并最终进入水体。
正常情况下，这些微生物数量很少，并且被表层的土壤和植被保护、与氧气隔绝。而开采矿物的过程破坏了这一隔层，使得产酸微生物大量繁殖、兴旺繁盛。仅仅在美国，酸性矿山废水就威胁到了12000公里的溪流和水体，每天有约一百万美元用于治理这些酸性废水。这样的事情一旦发生就很难纠正，必须无休无止地加以治理。
从开采矿物到燃烧化石燃料、到开发大规模农田，我们所做的每一件事都在改变着地球的微生物菌群。关于人类当前对微生物菌群产生了怎样的影响，科学家们也不大明白；比方说，我们并不知道微生物的改变会对人类耕种、放牧（即我们的食物）产生怎样的影响，我们也不知道气候变暖会如何改变那些会导致感染性疾病发生的微生物的生存状况。我们只是刚刚开始意识到极地永久冻土的大范围变暖会释放大量的微生物的食物——对微生物来说一直被冻存的无主珍宝。这会大大增加二氧化碳的排放，加快气候变暖的速度。深入了解地球的微生物菌群是一项其意义不亚于登月或者开发抗癌药物的重大挑战。
瑞典北部的Stordalen Mire，一个正在被集中研究的坍塌冻土区域。如图可见一条坍塌边缘将图片一分为二。这里的冻土解冻导致地面坍塌，沿着坍塌边缘形成沼泽样的湿地。在一些区域，木板路也下沉入解冻形成的湿地。这种湿地的形成使得温室气体排放显著上升，每平方米解冻的土地都释放更多的温室气体——甲烷。(Photo courtesy Scott Saleska, University of Arizona)
一直到前不久，美国都是领导着这方面的研究，但是现在包括美国国立卫生研究院(NIH)和美国国家科学基金会在内的研究机构都遇到经费不足的问题。雪上加霜的是，众议院预算委员会最近又投票否决了一项主张在接下来的十年里增加510亿美元支持NIH的修正案。这一投票体现出相关人员对科学研究重要性的漠视和其目光短浅。
就像前人讲过的谚语：早为之所，无使滋蔓，蔓难图也。我们需要再次应战，补充在科研上的投资，来应对气候变化带来的挑战——从深入了解地球的微生物菌群开始。
作者简介：Raina M Maier博士是亚利桑那大学土壤、水及环境科学系研究环境微生物的教授、亚利桑那大学美国国立环境卫生科学研究所科研基金项目主任、亚利桑那大学环境可持续矿业中心主任、TRIF水资源可持续发展计划副主任。Maier博士因研究微生物表面活性剂(生物表面活性剂)而在国际上享有声誉，她发现了一类新的生物表面活性剂并研究了这些独特材料在补救环境污染和绿色环保技术中的应用。此外，她的研究也涉及微生物的多样性与寡营养环境生态系统功能的关系，如碳酸盐岩溶洞、阿塔卡玛沙漠、尾矿等等。
（翻译：李拓圯；审校：侯政坤）
原文链接[科学美国人博客]：
http://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/what-about-earth-8217-s-microbiome/
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