微生物制造了云?

进化生物学家威廉・汉密尔顿是一位在生物学界颇有建树的科学家，他的许多观点想象奇特、新颖、大胆，颇有些像科幻作家创作科幻小说，其中尤以他的云论假说最具代表性，他认为，云中存在微生物，并且这些微生物制造了云。

从传统生物学来看，天上的云已超出了生物学家的视野，由于空气过于稀薄，长期以来，大家都认为，云中不可能存在任何生命形式。然而，汉密尔顿却不这样看。他将一朵朵云彩想象成充满了各种生命体的河流。1997年，汉密尔顿将自己的云理论传授给了诺里奇大学的博士生蒂莫西・林顿，两人一起合作，探讨微生物进入云中的可能性。

这一理论起始于海洋中稠密的微生物。当海洋中的微生物种群变得过于拥挤时，能够逃出这种不利环境的微生物将获得生存优势。然而，这些微生物是如何逃出去的呢?它们能否“飞”进云中，乘着云雾来到更适宜它们生长的新环境中呢?单细胞生物似乎拥有这种能力。汉密尔顿认为，微生物能产生一种导致云形成的化学物质，它们乘着这些云飞行，然后产生第二种化学物质，这些化学物能促使云生成雨或雪，从而将它们带回到地面。这一观点听起来更像是一种适合儿童阅读的童话，而不像科学理论。尽管想象过于奇特，汉密尔顿和林顿还是于1998年发表了他们的论文。

云中存在微生物的观点并非完全陌生。早期生物学家曾做过这方面的实验，他们将一个玻璃瓶从飞机窗口伸出去，然后返回地面，结果发现，玻璃瓶里充满了微生物。然而，汉密尔顿和林顿的观点新奇之处在于：为适应环境，微生物通过自然选择进化出了造云的能力，就像海狸进化出建造池塘的能力一样。

汉密尔顿和林顿的论文具有超前性。文中提出的问题对于微生物学家来说有些过大，对于气象学家来说太生物化，对于海洋学家来说太过气象化。实际上，没有一个人能够了解云雾究竟由哪些成分组成，即便是汉密尔顿和林顿也不完全知晓。

汉密尔顿去世后，为了纪念这位富于冒险精神和独创精神的进化生物学家，他的朋友和追随者将他的云论作为一种新奇观点来讨论，随后便被大家置之不理。然而，有意思的事情发生了。汉密尔顿死后不久，科学家们开始检验他的云论。首先检验了云中含有大量微生物的观点，科学家们从云中提取了许多样品，将其进行冷冻，然后进行现代基因分析。最后他们发现，每个样品都充满了蛋白质和DNA，这意味着云中的确存在生命。在云雾中，平均每毫升水分含有数万个活细胞。当然，与相同容量的池塘水相比显然要少得多，但它仍远远超出了大家先前的预料。水藻、细菌和各种真菌不仅乘云飞行，而且实际上就生活在云里面，它们在这里生息、繁衍，以云里的有机酸、醇类、硫磺和氮为食。近年来发现，有3种细菌一路扶摇直上，进入了平流层。平流层距离地面有12英里之遥，不仅位置高，更要命的是，这里的空气极其稀薄，云量也最少。这3种细菌除了生活在平流层中，在任何一个地方都没有发现它们的踪迹，这样就留下了一个未解之谜：某些物种可能只适合生活在云中。按照汉密尔顿的观点，云雾是这些微生物的生物王国，而梭罗将云雾形象地称为“飘动的空气牧场”。

汉密尔顿和林顿假说的关键之处，不是简单地指出云里生活着微生物，而是这些微生物已进化出一种与众不同的特殊适应能力，它们长出了微小的化学“翅膀”，从而将它们带到了这里。生活在森林和沙漠中的微生物不需要进行任何适应性进化就可来到云端。风、沙尘暴、大火和雷电足可以将它们吹向空中。但对于海洋微生物来说，要到达云端首先必须逃脱水的表面张力，这不是一件容易做到的事。然而，科学家们发现，云雾里仍充满了这种微小的海洋微生物。

汉密尔顿和林顿猜想，海洋微生物以及其他单细胞生物利用被大风卷起的浪端白沫中的上升气泡“飞”入空中。现在已经知道，这种气泡在上升过程中不断“吞噬”细菌和其他单细胞生物。一个气泡聚集的微生物密度是其周围微生物密度的数百倍。一旦到达水面，微生物会因气泡爆裂而被喷进空中。或许这种爆发力足以将微生物送入天空，然而，汉密尔顿和林顿认为，这种推力还不够，应该还有其他推动力量。

他们知道，海洋微生物(尤其是海藻)能产生一种二甲基硫醚(DMS)，这是一种细菌代谢副产品，易燃，不溶于水。此外，他们还知道，由海洋微生物生成的二甲基硫醚能启动云的形成过程。云中微生物产生二甲基硫醚分子，而二甲基硫醚可以促进水分子冷凝，形成冷凝液。对于这一观点目前没有太多争论，问题是微生物的基因能否通过产生二甲基硫醚让自己受益?能产生更多二甲基硫醚的微生物被抛入空中后能否获得更好的生存机会?还有，这些微生物进入云端后能否被输送到一片更适合它们生长的海域，并让其子孙受益?汉密尔顿和林顿认为完全可以。他们还猜测，二甲基硫醚就像某种运载工具，当微生物需要进入空中时，这些化学物可以将其送上云端，这就是他们认为的第二种推力。

微生物进入云中后，它们是如何落下来的呢?迄今为止，除了3种新发现细菌只生活在平流层外，绝大部分飞翔在我们头顶上的微生物都需要落到地面上繁衍后代。汉密尔顿和林顿认为，云中微生物会产生第二种化合物，一种能促使周围水分结冰的蛋白质。被冰冻起来的微生物自由降落到地面，如果一切顺利，冰最终会融化，微生物会生长、分裂。

1976年，大卫・桑德斯受聘于蒙大拿州立大学，这一年蒙州爆发了小麦病原菌。这种细菌能产生一种可提高水的冰点的蛋白质，以相对较高的温度致使植物的叶子遭受霜冻害。遭受冻害的植物细胞会爆裂，某些细菌就趁机吞噬细胞里的物质。桑德斯始终搞不明白，感染植物的病菌来自何处。他做了一个实验，将一部分麦种进行灭菌处理，然后将其种到试验田里。令人不可思议的是，小麦仍然被感染了。病菌似乎直接来自天上，于是他决定再做一个试验。他拿着一个皮氏培养皿上了一架飞机，到达一定高度后，将培养皿从飞机窗户处伸出去，他的手几乎被冻僵了。当他把培养皿带回实验室后，发现培养皿里长出了小麦病原菌。原来病菌就漂浮在麦地上方的云层里，以某种方式降落到经过灭菌处理的小麦上。

植物病原菌升高水的冰点的秘密最终被桑德斯发现了。病原体产生的特殊蛋白质结构模拟冰晶结构，导致液体或水汽中的水分子凝聚，并结冰。起初，细菌似乎只是利用这种蛋白质冰冻植物细胞，但是你只要稍加注意便会发现一个奇怪现象，这种蛋白质不仅普遍存在于小麦病原菌或植物病原体内，而且它也出现在没有感染植物的微生物体内。它们究竟起何作用呢?

桑德斯很快发现，植物病原菌利用能让植物发生冻害的蛋白质帮助它们从空中降落下来，它们就隐身于雪花当中。这些蛋白质似乎进化出这样一种本领，首先帮助微生物脱离云层，然后转而帮助某些变异病原菌吞噬植物。1976年，科罗拉多大学的拉塞尔・斯科内尔指出，在冰雹的冰核中往往寄居着植物病原菌。2008年，路易斯安那州大学的布伦特・克里斯特内尔和桑德斯从南极洲等地收集雪样品，看看雪花中究竟藏有什么东西。结果，他们发现，大部分样品中寄居着冰核微生物。这一研究结果今年得到了气象科学家克尔・波莱特的证实，通过分析降落在一架装有特别装备的飞机上的云雾冰晶，他在冰核中发现了这种生命。这些微生物――细菌、海藻和真菌，随着雨雪纷纷从天而降，其密度之大犹如下了一场菌雪或菌雨。