远古未知病毒来了,我们需要担心吗?

时间:2020-10-11 栏目:飞碟探索

星球科学评论

多年冻土融化。地球观测卫星于2018年8月27日拍摄的西伯利亚的亚马尔半岛永久冻土融化后形成的池塘

当最后一根钻杆从冰层里取出时,科学家们也不知道,自己将要开启一个怎样的“时间胶囊”。2015年9月,中美俄意秘五国科学家到达昆仑山古里雅冰川,这是中国科学院青藏高原研究所与美国俄亥俄州立大学共同开展的一次综合科考活动,目的是通过钻取冰川深部冰芯研究古代环境特征。

冰川是降雪落到地面后无法融化、逐渐堆积压实形成的冰体。在蓬松的积雪转变为冰的过程里,也会将一些空气、尘埃以及雪与物体表面的各种物质冻结起来。随着冰川越积越厚,它便成为保存古代大气和冰面物质的“时间胶囊”。

科学家在避免外界污染的前提下融化采集到的冰芯样本,就可以推开一扇了解过去的窗户。近几年,通过对2015年所采集冰芯进行的研究,人们陆续发布了一些取得的新认识,其中一项便于2020年1月7日发布在BioRxiv论文预印本网站。研究者在严格消毒的环境下,从距今15000~520年的冰芯里分离出了较丰富的微生物——包括18种细菌和33种病毒,其中29种病毒是人类之前从未遇见过的种类。

“未知古老病毒”这几个字眼很容易挑动人们的神经。人们会担心这些病毒是否危险,会不会对人产生危害,这样的现象是否罕见,是否意味着什么可怕的事情。

那么,我们真的需要担心吗?说实话,其实不太需要。

01冰川里有很多微生物

在人类眼中,冰川往往意味着严寒、生存环境恶劣、缺少生机……除了壮美之外,似乎都是一些不太好的印象。冰川的世界里缺少其他有生机的色彩,散落的泥沙石块也无法喂饱动物。即使是在南北两极,企鹅和北极熊等动物实际,上依赖海洋生存,辽阔冰原仅仅是它们落脚、繁殖和休憩的场所。

在山地冰川,这种荒芜感被衬托得更加强烈,即使偶尔有动物经过,也是来去匆匆。即使是未端已延伸到林木线以下的四川贡嘎山海螺沟冰川,冰体表面同样了无生气。

但眼见不一定为实。在世界各地,研究者都曾经在不同的冰川表面提取到丰富的微生物,包括藻类、真菌、细菌、古菌、放线菌和病毒。它们对低温环境和强紫外线有超强的耐受力,在冰雪世界中书写着各自的传奇。

例如一些报道提到,一种叫作雪藻的微生物正在南极冰原蓬勃生长,它们聚集成片,将冰雪染上血一般的颜色。这是一种单细胞绿藻类植物,广泛分布在南北两极冰盖和地球上其他的高山冰雪区,在阿拉斯加山脉和阿尔卑斯山脉的冰川上,青藏高原的腹地,甚至终年积雪的富土山顶都有分布。每当夏季到来,雪藻会呈现出明显的红色或粉红色,而到了秋末至初春,又会转为淡淡的绿色。

雪藻为庞大的冰冻圈生态系统提供了物质保障。在这里,光合作用维系着一个十分活跃的微生物世界,生物繁盛度远超你的想象。风也为这个生态系统提供了帮助,不仅为冰面带来灰尘和有机物,给这里的微生物添加微量元素和意外的“零食”,还能帮助这些微生物乘风而去,跨越群山的阻隔扎根四方。

除了藻类,人们在两极的地表、冰层和湖泊中也检出了其他微生物,例如病毒。在南极的季节性湖泊Limnopolar湖中便存在着各式各样的病毒,它们中的大部分都是多种噬菌体。

细菌和真菌等微生物消耗着藻类制造的有机物,而病毒又把各种细胞微生物作为“劫持目标”,被病毒杀死的细胞生物则归于尘土,将养分归还自然。生存与死亡,合成与分解,就在这些不起眼的冰冻圈微生物中周而复始地上演。

由于基数庞大,很多微生物有机会被冰雪埋藏,隐匿于冰下世界,并且凭借优秀的适应性,长久存活。

在阿爾卑斯山,人们在“冰人奥茨”遗留的草鞋里发现了两种真菌和一种放线菌。有观点认为,这些微生物可以排除来自后期污染的可能,是存活了5300年的古老微生物。冰人奥茨被发现时有一半躯体暴露在冰雪之上,人们认为他原先死在更高的山顶,被冰雪掩埋后才随着冰川运动转移到了今天被发现的地点。

在北极的格陵兰岛,人们从冰龄为14万年的冰芯里发现了属于番茄一烟草花叶病毒的遗传物质,被视为从远方吹来的病毒。

在南极,科学家们在著名的Vostok湖上方钻井,取出了长达3623米(底部冰龄42万年)的冰芯。在冰芯的1500~2750米(冰龄2.4万~11万年)处检测出大量细胞微生物及病毒样颗粒,而冰芯底部蕴含的微生物,也被视为Vostok湖水中存在微生物生态系统的证据。

虽然这些包括病毒在内的微生物被封存在古老的冰层里,但有趣的是,这些病毒实际上离我们并不遥远一因为古老的冰层,其实挺常见的。

02冰川微生物从不曾远离

在自身巨大重量的拖拽下,冰体会以肉眼可见的速度流动。全球冰川特性不同,流速有快有慢。在降水量小的祁连山脚下,运动不活跃的大陆性冰川——七一冰川,于2013年测得的平均流速为每年7米,流速最快的部位能达到每年12米。而文章开头提到的海螺沟冰川是更加活跃的海洋性冰川,当地降水量大,冰雪积累快,冰体流动速度可达每天0.3~2米,是前者的数百倍。

这也是人们将冰川称作“川”的原因:川者,河也。古老的冰体以这样的方式实现新陈代谢。

冰川一边积累一边流动。理论上,年龄古老的冰块通常出现在冰川底部,而实际上,它们中的一部分确实会残留在冰川底部,但多数会随着冰川的流动去向冰川末端。随着海拔降低,温度升高,古老的冰川末端会逐渐进入温暖的区域,最终融化。

以古里雅冰川为例,人们在冰舌边缘的底部采集样品,测得冰体年龄范围为距今7.4万~1.5万年。尽管这一数据比以往通过冰芯获取的数据低一个数量级,表明人们需要对该冰川进行更多的测年研究,但也足以说明,古老的冰川冰距离我们并不遥远。

若从冰层形成的角度考虑,冰川也像是个“时光机器”。以七一冰川为例,它全长仅3000米左右,在这个长度上,一块冰从形成于最高处到流动至最低处,需要耗费400多年的时间。理论上,我们大概可以在这条冰川的末端或者底部的某处,找到明代降下的“雪花”和埋藏于那时的微生物——假如它们还活着。如果不是因为当代全球变暖加速了冰川的流动和消融,雪线不断后退,这个时间其实可以更靠前。

古往今来,不知有多少微生物,在被冰封了或长或短的时间后,重新汇入冰川融水,流淌在冰川未端的冰碛物间,流向更遥远的江河湖海,成为地球生态系统中永不停歇的一环。它们的后代则在冰川表面持续演化,随时都会汇入冰川融水,进入人类世界,与人相伴相生。

那些生活在冰川脚下的人们,也早已在漫长的历史进程中,逐渐适应了这些微生物。如果真的存在毒性极强的病原体,人们也早就无法靠近这些冰川了。

两极冰盖的情形略有不同。虽然冰盖也存在从中心向四周、从高处向低处的缓慢流动,也在一定程度上保持着新老冰层的“代谢”,但由于冰盖年代久远且厚度巨大,在它由小变大、由薄变厚的生长过程中,范围较小的古代冰盖被完全覆盖,成为被深埋数千米冰层下的“时间胶囊”。

但是,数千米厚的冰层不会一夜之间融化,这一过程会持续成百上千年。在这些冰盖像“剥洋葱”般缓缓由外向内融化时,自然界和人类仍然有漫长的时间来适应。

从另一个角度看,病毒是世界上数量和种类最多的生物,自然界的病毒种类预计超过百万种。海洋则是地球,上最大的病毒库,海洋中病毒的种类预计超过20万种,其中绝大多数以各种细菌和真菌为猎杀对象。相比之下,截至2018年,在国际病毒分类委员会(ICTV)公布的第九次病毒分类学报告中,人类仅识别出5500余种病毒,并对其中2000余种进行过基因测序分析,经分析能够感染人体的,仅有200余种。

海洋里充满了我们不了解的病毒、细菌和其他微生物,但这也根本不影响人们热情地拥抱海洋——千百年来的实践早已告诉人们,下海游泳最大的风险是溺水和遭遇危险的海洋动物,而不是被奇奇怪怪的微生物所感染——虽然也有少数不幸的例子。

我们生活在病毒的“海洋”里,并且对它们了解不多。它们与其他细胞生物日夜厮杀,土地、江河、海洋、冰雪和我们的身体都是这些微生物的战场。但这也不需要特别担心,因为病毒本就占据着生态系统中的重要一环:病毒通过专一地杀死特定微生物,就能有效控制这种微生物的种群规模,营养物质因此得以从微生物体内释放,这样的循环与平衡维护着整个生态系统的稳定。

这种针对特定宿主的专一性,意味着自然界绝大多数病毒不会感染人类,甚至可以用来帮助人类消灭引起感染的一些微生物。早在1919年,就有研究者将特定噬菌体注射进人体用以治疗细菌性痢疾,并取得成功。在抗生素滥用、细菌抗药性越来越强的当代,噬菌体疗法或许能为人类指引一条治疗细菌感染的全新道路。

从这个角度来说,在自然界中识别出越来越多的全新病毒,不仅大概率对人体无害,甚至还有潜在的科学和医疗价值,未尝不能为人类所用。

在了解这些事实后,我们就会发现,来自古里雅冰川深处的29种古老的未知病毒,其实并没有我们想象的那么可怕,甚至还有可能是一个好消息。

这个世界就是这么奇妙,不是吗?

03真正需要担心的是什么?

让古生物学家和病毒学家去操心远古病毒的事吧,它们和普通人确实扯不,上什么关系。比起这一点点的未知病毒,冰川和冰盖的过快消融才是人们更应该关注的问题。

它关乎海平面上升,关乎冰川融化造成的洪水和冰崩堰塞湖,关乎冰川融水河流两岸的生计,关乎冻土融化释放出更多甲烷,甚至还关乎扰乱极地涡旋寒潮到来的频率和强度,关乎更热的夏天和更频繁的气象灾害。

但在所有这些之外,全球变暖也正在影响着万千生灵的生命节奏,甚至可能也包括病毒。长久以来,气候的变化与致病病毒、特定疾病的传播是否有关、有多大关系、有哪些证据等问题,一直是科学家们讨论的热点。尽管尚存争议,也缺少足够的证据,但一些研究显示的结果正指向不太乐观的前景。

在世界各地,气候变暖导致大批候鸟的栖息地环境发生快速变化,从而引起鸟类迁徙行为的改变。在热带和亚热带地区,多雨天气和洪水频发,让湖沼的数量和范围扩大,为蚊虫滋生创造条件,也会增加虫媒病毒传播的隐患。

在这个被全球变暖扰乱的世界里,很多改变正在身边发生。作为个体,我们似乎无法避免全球变暖导致的系统性问题,但至少可以学会善待自然,善待同样面临这些变化的野生动物。

捍卫野生动物的生存权利,避免食用野生动物,减少使用非必要的野生动物制品,从根源上杜绝病从口入。

与野生动物保持适当距离,减少与野生动物不必要的接触。守护人类与野生动物共同的家园,将生态保护的理念落实到日常生产、生活中。停止对野生动物栖息地的肆意占用和破坏,保护好野生动物的生存空间。

如果还有什么是人类能做到的,便是改变生活习惯,在日常生活中减少对自然环境的冲击。个体的力量固然微不足道,但亿万个体的力量匯聚,就有持续改善地球生态环境的可能。

从节约一点能源,少购买一个塑料袋,控制一些不必要的消费欲望,减少日常生活中非必要的碳排放开始。这些点滴行为最终也能改变这个世界,换回人类世界和野性世界的平衡与安宁。

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