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颱風天,細菌怎麼辦?

中央氣象局衛星雲圖裡的潭美颱風。

中央氣象局衛星雲圖裡的潭美颱風。

颱風可以把屋頂掀起,吹走新聞記者,跟著大雨來的溪水暴漲和土石流還可能帶走大片土地和上面的所有東西。除非你有酷斯拉的體型,不然以人的尺度來看,颱風是個單一人力難以對抗的強大力量。於是颱風警報後大家都期待停班停課的通知,動物也知道風雨變大時要躲好。自然界數量最多的微生物,這時該如何因應?

各位看倌們暫時想像自己是一隻細菌:你看到的颱風天氣會是個什麼樣的狀況?一樣是狂風暴雨大淹水嗎?一滴雨滴,算它直徑半公分好了。半公分是 5000 微米(um),一隻典型的桿菌直徑約 1 微米,長度 2 微米,所以一滴水對細菌來說,等於是把人放在一個半徑兩公里半的大湖裡。人在水中得設法浮著才有氣可以吸,細菌是活在水裡的生物,可以自在地在大湖中游來游去,早己習慣在水中漂浮的生活。那颱風帶來的充沛雨量,也只是讓細菌從大湖換進了太平洋。就算它住的水滴被強風捲上天空,微米尺度的細菌也還是繼續擁有大湖環繞的幸福。

颱風過後的翡翠水庫

所以颱風來襲對也住台灣的細菌來說,不會造成影響囉?關於這一點,我就得引用科學文獻來講故事了。最近中研院生物多樣性中心湯森林老師領導的研究團隊在頗富盛名的《國際微生物生態學會期刊》(The ISME Journal)上發表了他們在翡翠水庫看颱風的研究成果。這個研究從 2007 年 7 月到 2009 年 1 月在翡翠水庫取水樣,將水樣分離成細菌大小及病毒大小的兩份樣本,再分別萃取 DNA 來分析水裡病毒和細菌的基因組成,希望能從基因組成裡看出颱風造成了什麼影響。雖然這篇研究裡提供了很多環境病毒的重要資訊,但是全世界這方面的研究才剛起步,沒有多少資料可以借用,請原諒我在這裡只講細菌這一部份的故事囉。

細菌社會的總基因體研究

這篇研究使用總基因體定序法(metagenomics)來進行這項研究,翻成白話是把水裡這些微生物所有的 DNA 都萃取出來,然後分別解讀它們的基因序列,再經由跟資料庫的比對,判別在樣本裡到底出現的是哪些物種及哪些基因。因為物種數量很多,所以這等於是募集世界各地網友寄來的某本書的某句撼動人心的話,然後你再設法搞清楚這句話到底是來自哪本書一樣的困難。 他們總共從序列裡找了 218412 段應該是基因的片段,準備來解讀裡面的意義。這樣的研究或許不能看出細菌不會死於颱風或者會不會像動物一樣找地方躲颱風,但是從劫後留下的細菌種類,或許可以看出哪種細菌會在這種天災後得到好處。

這篇研究提供了翡翠水庫表層水裡的細菌與病毒的組成,自然在學術研究上是重要參考資料。這篇研究裡發現,在和其它水域環境相比,翡翠水庫裡偵測到的基因中,幫助細菌利用碳水化合物的基因比例偏高,顯示水中有機碳養份充足,與實際量測水中有機碳含量較高的事實相符。在水庫細菌的基因裡抗藥性相關基因比例也是比較高的,顯示環境裡可能已經有不少抗生素出現,讓能對付抗生素的細菌基因變多。

颱風影響細菌多樣性

颱風到底有沒有對水庫裡的細菌社會造成影響呢?從他們的研究裡發現,颱風過後水裡的細菌多樣性增加了,推測是因為颱風讓水裡的磷酸變多,讓本來缺磷酸的細菌們得到了新增的養份而快速生長。或許颱風的大力翻攪讓水庫底下沉積的磷酸又回到水庫上層讓細菌利用。另外一個可能是原本不住水裡的細菌搭大雨沖刷的便車,旅行到水庫裡當觀光客造成的。

不過這樣的改變並不會維持太久;雖然颱風後路上出現倒樹落葉,辛苦的清潔人員在一兩天內就會讓城市恢復原狀。水庫裡的小細菌們也能在短時間內處理完數量以十億百億隻為單位計算的細菌社會大改造。從這篇研究的結果裡也看到在颱風後一個多月的採樣裡,菌相組成已經恢復到颱風前的模樣。或許真正需要的恢復時間會比一個月更短。

颱風和細菌: 我們該擔心什麼?

經由這份研究的結果,我們看到了颱風增加了水庫裡的細菌多樣性。或許你讀了這份研究後會發現,哇,我們喝的水裡居然有那麼多種細菌(關鍵字啟動警報)。不過免擔心,這些不是病原菌,它們只是維持地球正常養份循環的環境細菌。那關於颱風,我們該擔心什麼? 拿個實際的例子來看。多年前卡崔娜颱風美國紐奧良地區造成重大災情。2007 年在《美國國家科學院期刊》(PNAS)登出的一篇研究,報導了在卡崔娜過後環境中病原菌的數量變動情形。數據指出在颱風後病原菌的數量大量增加,然後在接下來兩到二個月後逐漸下降。不少人類腸道的細菌會因為大雨沖刷隨著污水往下游走而出現在出海口,因此在沿岸水域在颱風剛過的這段時間可能會有較大機會碰到人類腸道細菌以及病人排出的病原菌。 不過話說回來,你應該也不會趕在颱風後到河口泡混濁的海水吧?

參考資料

  • Tseng CH, Chiang PW, Shiah FK, Chen YL, Liou JR, Hsu TC, Maheswararajah S, Saeed I, Halgamuge S, Tang SL. Microbial and viral metagenomes of a subtropical freshwater reservoir subject to climatic disturbances. ISME J. 2013 Jul 11. doi: 10.1038/ismej.2013.118.
  • Sinigalliano CD, Gidley ML, Shibata T, Whitman D, Dixon TH, Laws E, Hou A, Bachoon D, Brand L, Amaral-Zettler L, Gast RJ, Steward GF, Nigro OD, Fujioka R, Betancourt WQ, Vithanage G, Mathews J, Fleming LE, Solo-Gabriele HM. Impacts of Hurricanes Katrina and Rita on the microbial landscape of the New Orleans area. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007 May 22;104(21):9029-34.

關於作者

陳俊堯

慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。