一个夏雨落在麦地上，是一幅充满活力的图画。阵雨软化了干燥的地面;作物生长高;谷物变肥后被用来做面包、啤酒或牲畜饲料。但如果把镜头放大，你可能会看到一个截然不同的场景:赋予生命的雨滴也可以传播疾病和死亡。
就像普通感冒可以通过握手或咳嗽传播一样，植物传染病也可以通过微风或虫子、土壤或种子传播。许多细菌和某些真菌孢子也会随着雨水的飞溅在树叶间跳跃，就像植物打喷嚏一样。这些所谓的雨水分散的病原体被一种叫做粘液的粘液分泌物包围着，粘液既能保护它们，又能防止它们被风吹走。当雨滴落在受感染的叶子上时，它就会把微生物抓起来，然后把它们当作弹跳的浪花扔出去。
一种叫做大麦烫伤的毁灭性真菌(Rhynchosporium公社)就这样扫过田野。黄斑病亦如此(Zymoseptoria tritici)，威胁着小麦和马铃薯黑腿(Pectobacterium atrosepticum)，是一种阻碍和杀死植物的细菌。然而，现在，现代成像技术使研究人员能够精确捕捉叶面喷嚏，揭示复杂和意想不到的模式，可以告诉农民如何在太空种植或搭配不同种类的作物，以抵御这些疾病。
T雨水和传染病之间的联系一直引起科学家们的兴趣。19世纪，法国微生物学家皮埃尔·米奎尔(Pierre Miquel)在巴黎著名的蒙苏里斯公园(Parc montsouis)进行了一系列经典实验，第一次证明了下雨会清除空气中的细菌，让它们散布在地面上。大约30年后，植物学家R.C.福克特(R.C. Faulwetter)将南卡罗来纳州田地里的感染模式与当地的天气记录进行了比较，得出结论:细菌被雨水踢到空气中，然后被顺风吹走。然而，即使Faulwetter和其他研究人员带着他们的好奇心进入实验室，研究雨水溅在吸墨纸、玻璃板和其他刚性表面上的动力学，资金和技术的限制使实际的行动留下了一个黑盒子。
进入高速摄像。2014年初，麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)流体动力学专家莉迪亚·布鲁伊巴(Lydia Bourouiba)与人合作进行了一项研究，利用高速成像和控制实验证明，咳嗽和打喷嚏可以将病原体发射到比之前认为的远数百倍的地方。随后，她与Liège大学的工程师特里斯坦·吉列(Tristan Gilet)合作，用同样的技术研究了雨水如何从树叶上反弹。
研究人员对大约30种植物进行了实验，包括竹子、蓝莓、常春藤和番茄。他们还建造了人造树叶——带有铰链底座的塑料悬臂，就像小跳板一样——以更精确地测试不同的变量，如大小和灵活性，如何改变飞溅的模式。在这些真树叶和假树叶上，他们从4米多高的地方滴水。一台高速摄像机以每秒1000帧或更多的速度捕捉碰撞。
这些图像揭示的第一件事是，病理学家之前对雨水飞溅机理的假设是错误的。在坚硬的表面上进行的实验表明，阵雨的第一滴水溶解了粘性黏液，使病原体悬浮在覆盖在叶子表面的一层水薄膜中。然后，当新的液滴撞击地球时，它会形成一个冠状的液体壁，向上和向外上升，直到它的边缘在表面张力下破裂，喷出携带疾病的小液滴链，这就是所谓的冠状飞溅。
但是布鲁巴和吉列的视频中并没有这样的电影。相反，他们发现水倾向于在树叶表面聚集成小珠子，就像你洗完澡后，水滴在你的皮肤上一样。当新的雨滴落在这个串珠状的表面时，产生的喷雾喷射出的水滴形状非常不同。飞溅的形状和范围取决于叶片的柔韧性，以及叶片的大小和质量。
最硬的叶子，比如香蕉或祈祷植物的叶子，倾向于水平抛出水，形成研究人员称之为新月分离的弧线。它的工作原理是这样的:雨滴落在一片叶子上，然后变平，变成一个小水坑。当叶子在水滴的冲击下脱落时，水坑就会向它的顶端滑动，滑到最近的静止的珠子下面，把它拉伸成一张纸，然后分解成线，最后变成水滴。最后，雨滴转移的动量将这些水滴抛走。
然而，叶子越柔软，弧形喷雾剂就越倾向于地面，而新月机制对于喷吐远处的感染就越无效。从最柔韧的叶子，如番茄或草莓的叶子，病原体通过另一种叫做惯性分离的途径逃逸。在这个场景中，一个受感染的水珠栖息在一片叶子上，就像一个孩子站在蹦床上一动不动。雨滴飞落下来，就像朋友在弹跳垫子上跳跃一样。雨滴落下来时，叶子深深地鞠了一躬，产生了一个巨大的离心加速度，将受污染的珠子推向了叶子的顶端。当树叶反弹到原来的位置时，珠子就像孩子一样被抛向空中。
布鲁伊巴在今年早些时候发表了她的发现，她说，这种弹射行为“与新月相比，可以将更大的水滴推到更远的地方”。液滴越大，病菌从一种植物携带到另一种植物的量就越大。因此，布鲁伊巴和吉列的研究结果表明，虽然最硬的叶子可能会比不太硬的叶子更广泛地传播病原体，但最有弹性的叶子可能会发射最致命的炮弹。
年代英国赫特福德大学的植物病理学家Bruce Fitt说，这些知识可以帮助更好地控制疫情。Bourouiba表示同意。例如，她建议，农民可以把植物隔在足够远的地方，这样雨水就不会在它们之间反弹——这个距离是根据树叶的大小和柔韧性等因素计算出来的。为了节省空间，农民可以用两种不同类型的作物交替播种，它们独特的飞溅模式可以防止病原体足迹重叠。
布鲁伊巴认为，水和叶子的细微变化“实际上是疾病传播的根源”。与人类规模的力量(如风)相比，它可能很难被窥见。但它的影响绝不是微不足道的。
伊丽莎白·普雷斯顿(Elizabeth Preston)是马萨诸塞州的科学作家和编辑。她的博客Inkfish由发现。在推特上关注她@Inkfish。
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剧烈呼吸系统事件:咳嗽和打喷嚏。流体力学学报745, 537 - 563(2014)。
液体碎裂形成雨水诱导的叶面疾病传播。英国皇家学会界面杂志12(2015)．检索自DOI: 10.1098/rsif.2014.1092。
雨诱导的叶片病原体喷射:利用高速可视化重温膜上溅射的机制。综合与比较生物学54, 974 - 984(2014)。
