翻云覆雨的微生物

水是生命之源，“久旱逢甘露”甚至被人们视作人生“四大幸事”之一。但是大自然要把送上云层的水再收回地面并不是一件容易的事。在过去，很多文化中通过舞蹈、献祭来向上苍求雨。可见人力在自然气候的面前常常被动、无力。但是，如果明白了雨是怎么从天而降的，或许我们就可以在求雨这件事上获得一定的主动权。

下雨的奥秘

天上飘摇的一朵朵云彩，既熟悉又神秘。空中的水蒸气凝结成为小的水滴或冰晶，聚集在一起就形成了这些看上去绵软飘忽的云朵。在这一过程中，空气中一种悬浮的微粒——气溶胶加速了云的形成。气溶胶微粒给了水分子以依靠，水分子热切地聚集在这些气溶胶之上。可是，为什么同样是云，有些时候降下的是倾盆大雨，有些时候却一滴也落不下来呢？

归根到底，这取决于冰的形成。当云中的小液滴凝聚得比较大，大到足够克服大气上升气流的“托力”，这时云就会产生雨或者雪。多数时候，下降的过程中，水滴会放热结冰，而这些冰晶增长的速度比液滴要快得多，也就意味着它们会更快达到可以下降的重量，而不会作为水蒸气蒸发消失掉。虽然听起来可能有点奇怪，可是大气中纯水可以在-40℃的温度下仍旧以液态形式存在，所以云中的水滴想要变成冰晶还得借助外力。

这种帮助往往会以“冰核”的形式出现。空气中的固体颗粒物为周围的水分子提供了一个聚集的核心，水分子围绕着这一核心排列成冰晶体的晶格结构。天空中蕴含着丰富的“冰核”颗粒物，来自海洋的盐和从沙漠风中飘散的矿物粉尘都可以充当这样的“冰核”。但是这些颗粒在温度高于-15℃的时候也没办法让水滴结晶，而半数从陆地形成的云内部温度都高于这个值，所以一定有别的一些物质在帮助这些云完成降水。

“冰核”里的微生物

这些“制冰者”谜一般的身份让美国植物病理学家戴维·桑兹十分好奇。上世纪70年代，桑兹在研究植物疾病时，收集了云层之上的空气样本。通过这次采样，他不仅明白了麦田疫病的由来，还发现了下雨的奥秘——下雨是因为云端的微生物引起的。

桑兹在云层之上的空气样本中发现了一种叫做丁香假单胞菌的叶栖细菌。这种细菌能够在相对温暖的条件下使水结冰，成为促使水滴结冰的催化剂。这也许和它进入植物组织的方式有点关系：在温度较高的时候，细菌能够激发蛋白质“造冰”，尖锐的冰晶穿透植物的叶子，撕开细胞，这样这些细菌就可以从中取食养分。桑兹猜想，随水汽飘上云端的丁香假单胞菌催生了云端的雨水。

可是，当时许多大气科学家对桑兹这种猜想并不认同，他们都更关注粉尘和烟尘的作用，不愿意去听一个植物病理学家“班门弄斧”。

聪明的循环旅途

随着时间的推移，云层“冰核”中藏有丁香假单胞菌的证据越来越多，这使得更多的科学家参与到研究中来。科学家们开始思考，丁香假单胞菌为什么要飘上云端帮助水分子催化结冰呢？这对于这些微生物来说有什么意义？

确实，这其中的意义深远。叶栖微生物漂浮在大气中，它们成为冰晶的种子，帮助云层成功造雨，这样一来就能够随着雨滴回归大地，确保自己的生命能够得到扩散。用雨水将寄主植物打湿，重新回到自己最喜欢的叶子上，这是不是也是一种颇具智慧的循环旅程呢？大气就像一个巨大的高速公路系统，这些微生物冰核通过参与冰晶形成，参与降水活动，在循环系统中高速驰骋，通过这种方式开疆拓土。这是它们从一片叶子走到另一片叶子的必经旅途。

丁香假单胞菌在较高温度下让水快速结冰，放在云层里就成了雨水的催化剂，而它们随着雨水落下，这种能力又能让它们通过冰晶撕开寄主植物，进入新的家园。它们可能在用这样的方式运送自己，前往一个新的食物“牧场”，在新的领地上饕餮而食，大快朵颐。

寄主植物在这一活动中也发挥了一定作用，它为这些乘雨而归的细菌提供了一个舒适的生存环境。同时，这些雨水也成为滋润这些植物的琼汁玉液，促进植物自身的成长。这种互惠互利的生物合作非常有趣。

更多参与降雨的细菌

天空中实际上充满了微生物，从云层中收集的数据显示，某些特殊的细菌确实掌握着云层降水的重要开关。甚至还有迹象显示，历史上一些最严重的干旱天气与这些细菌也有很大关联——由于人类破坏了细菌与植物之间的微妙平衡，才造成持续的干旱。如果我们能够弄明白这些微生物在浓云之中究竟扮演了怎样的角色，或许就可以更好地预测天气，甚至还可以利用这些微生物来实现“呼风唤雨”，为那些焦渴的土地降下甘霖。

除了丁香假单胞菌之外，还有许多其他种类的微生物也经常来到高空，对云层的降水有着重要的影响。美国佐治亚理工学院的一个研究小组曾在1万米高空的空气样本里发现了314种细菌，其中大多数细菌是活着的。而其他科学家小组通过对高空的云层冰晶进行采样，分析这些晶体冰核的化学成分，发现降雨最多的云中大约40%的冰核微粒都是生物微粒。种种证据表明，微生物在温度较高的云朵的成冰过程中确实发挥着重要的作用，就像是成冰的种子。在某些特殊年份以及某些特殊条件下，这些空气中富集的微生物确实能够对降水产生显著的影响。

利用微生物来影响降水

微生物影响到降水，这意味着人类的农业活动也会在不知不觉中严重干扰天气循环。当农民种下一种作物的时候，他们也不可避免地连同作物上携带的细菌一同养育。通过大气循环，这些密集种植的作物很有可能造成空中冰核的大量富集，最后产生灾难性的后果。以20世纪初美国中西部的小麦带发展为例，当时种植的植物特别容易受病原真菌影响，感染小麦锈病，可是这种病原真菌恰巧也有冰核的作用。专家推测，当时小麦锈病的流行可能是造成20世纪30年代北美大草原沙尘暴天气的元凶。随着犁地这一农业过程，数百万的小麦锈病孢子会释放到空气中去，在天空中形成太多冰核，相互争夺水分。结果每一个冰核都难以成长到足以形成降水那么大，所以才产生当时持续了较长时间的干旱气候——太多的冰核，造成了云朵的“便秘”。

当然，一旦我们认识到了微生物在降水中的作用，我们也可以利用微生物来调控天气。我们可以有选择的培育某些植物，让成冰微生物能有一个适宜的环境生长发展，通过这种方式能够帮助区域环境形成降水。

各国科学家通过相互合作，分析了25种类型的小麦，找到了一种特殊的小麦，它不会受到丁香假单胞菌菌株影响。研究人员种植了这种非致病性的小麦品种，发现确实能够增加区域降水量。最终，种子公司可能会推广这种小麦品种，农户可以通过向这种小麦上喷洒丁香假单胞菌菌株来改善当地干旱情况。

本文源自大科技*科学之谜2016年第9期杂志文章、欢迎广大读者关注我们大科技的微信号：hdkj1997