藏於凍土的「古老病毒」復甦 一場噩夢並非不可能

出品|網易科學人欄目組

譯者|劉春

縱觀歷史，人類與細菌和病毒一直並存。從瘟疫到天花，為了抵禦它們，我們一直在進化；作為回應，它們也產生了感染我們的新方法。

自從亞歷山大·弗萊明(Alexander Fleming)發現青黴素以來，我們擁有抗生素已經有近一個世紀的時間，而細菌也不斷產生抗生素的耐藥性予以還擊。這場戰鬥是沒有終點的，但因為我們與病原體共同生存的時間太長，有時會形成一種自然的僵局。

但是，如果我們突然暴露於已消失數千年的致命細菌和病毒面前，或者它們是我們過去從未遇到的，又會發生什麼情況呢？

我們可能會發現：氣候變化正在融化已凍結多年的凍土；隨著土壤的融化，它們正在釋放原來處於休眠狀態的古老病毒和細菌，這些病毒和細菌正在恢復生命力。

圖註：正在遷徙的馴鹿

2016年8月，在西伯利亞凍原遙遠的一角——北極圈內的亞馬爾半島上，一名12歲的男孩因感染炭疽死亡，至少有二十人也因此住院。

對此次炭疽疫情的解釋是，75年以前，一頭馴鹿因感染炭疽死亡，其凍僵的屍體保存在被稱為「永久凍土」的一層凍土的下面。馴鹿的屍體一直呆在那裡，直到2016年夏天出現的熱浪讓永久凍土融化。

永久凍土的融化讓馴鹿的屍體暴露出來，並將有感染性的炭疽菌釋放到附近的水和土壤中，然後進入食物供應鏈。附近放牧的2000多隻馴鹿被感染，然後導致一些人也被感染。

科學家擔心，這不會是一個孤立的案例。

圖註：挪威斯瓦爾巴群島上的永久凍土

隨著地球變暖，更多的永久凍土將融化。一般情況下，每年夏季淺層的凍土會融化約50厘米。但是隨著全球變暖，更深的永久凍土正在逐漸暴露出來。

處於冰凍狀態的永久凍土是細菌長期保持活力的最理想場所，時間也許可以長達一百萬年。這意味著永久凍土中冰層的融化，可能會打開疾病的潘多拉魔盒。

北極圈的氣溫正快速上升，其上升速度比世界其他地區快三倍。隨著冰層和永久凍土的融化，其它感染性因子可能被釋放出來。

法國艾克斯·馬賽大學的進化生物學家讓-米歇爾·克拉弗維（Jean-Michel Claverie）指出：「永久凍土是保存微生物和病毒的非常好的場所，因為它的裡面溫度很低，不含氧氣，而且處於黑暗中。下層的永久凍土中可能仍保存著能感染人類或動物的致病性病毒，包括過去曾引起全球性傳染病的那些致病性病毒。」

僅在20世紀初，超過一百萬隻馴鹿死於炭疽病。當時挖深坑不是一件容易的事，所以這些馴鹿的屍體大部分埋在地表附近，分散在俄羅斯北部的7000個埋葬地中。

然而，最大的恐懼是在凍土之下潛伏著什麼。

圖註：炭疽桿菌的孢子可以存活幾十年

幾個世紀以來，不斷有人類和動物的屍體埋藏在永久凍土中，所以可以想像永久凍土可能釋放出其它傳染性物質。例如，從阿拉斯加苔原大型墓地挖掘出的幾具屍體上，科學家發現了1918年西班牙流感病毒的RNA片段。天花和黑死病的病原體也可能埋藏在西伯利亞的永久凍土中。

在2011年發表於《全球衛生行動》的一篇文章中，共同作者鮑里斯·雷維奇（Boris Revich）和瑪麗娜·波多拉尼亞娜（Marina A. Podolnaya）預測：「永久凍土融化的結果是18世紀和19世紀致命的感染性媒介可能會捲土重來，尤其是埋葬了那些感染病受害者的墓地附近。」

例如，在19世紀90年代，西伯利亞出現了嚴重的天花疫情，有一個小鎮因此失去了40％的人口。他們的屍體被埋在科雷馬河 (Kolyma River)河畔永久凍土的上層。120年後，科雷馬河的洪水已經開始侵蝕河畔，而永久凍土的融化加速了這一侵蝕過程。

在20世紀90年代開始的一個項目中，來自俄羅斯新西伯利亞病毒學和生物技術國家研究中心的科學家檢查了幾具屬於石器時代的人類遺體，它們是在西伯利亞南部阿爾泰山地區發現的。他們還檢查了19世紀病毒流行期間死亡的男子屍體樣本，這些屍體是從俄羅斯永久凍土中挖掘出來的。

研究人員稱，他們已經發現這些屍體具有患天花後留下的癥狀。雖然他們沒有找到天花病毒本身，但他們已經檢測到其DNA片段。

當然，凍結在冰層中的細菌不是首次恢復生命力。

圖註：南極的冰層中發現處於休眠狀態的細菌

在2005年的一項研究中，美國宇航局(NASA)的科學家成功地讓已存在3.2萬年的細菌復活，這些細菌一直被封存在阿拉斯加州一個處於冰凍的池塘中。自更新世以來——當時長毛象仍在地球漫遊——這種被稱為肉芽孢桿菌（Carnobacterium pleistocenium）的微生物就一直被冰凍。一旦冰層融化，它們開始游來游去，似乎沒有受到冰凍的影響。

而一旦它們復活，病毒就迅速開始具有傳染性。

兩年後，科學家成功地復活了已存在800萬年的細菌，這些細菌休眠於南極一處冰川下面的冰層中。在同一研究中，從已存在10萬年的冰層中採集到的細菌也被複活。

然而，並不是所有被凍結在永久凍土的細菌都可以恢復生命力。炭疽菌可以做到，因為它們能產生孢子，其孢子非常堅硬，可以在冰凍狀態下存活一個世紀以上。

可以產生孢子的其它細菌，也因此可以在永久凍土中存活下來，這包括破傷風菌和肉毒桿菌。肉毒桿菌是造成肉毒中毒的病原體：這是一種罕見的疾病，可導致癱瘓甚至致命。此外，一些真菌和病毒也可以在永久凍土中長期生存。

圖註：擬菌病毒（Mimivirus）是巨型病毒的一種

在2014年的一項研究中，克拉弗維領導的一個團隊復活了被封存在西伯利亞永久凍土中長達3萬年的兩種病毒。這兩種病毒被命名為「西伯利亞陶罐病毒」(Pithovirus sibericum) 和「西伯利亞軟體病毒」（ Mollivirus sibericum）。它們都是「巨型病毒」，因為與大多數病毒不同，它們可以在常規顯微鏡下觀察到。它們是在西伯利亞沿海苔原地下100英尺（約30.48米）處被發現的。

一旦它們復活，這些病毒就迅速變成具有傳染性。幸運的是，這些特定的病毒只感染單細胞的變形蟲。然而，研究表明，真正可以感染人類的其它病毒可能會以同樣的方式復活。

巨型病毒的外殼往往非常堅硬，幾乎不可能打開。

更重要的是，全球變暖並不一定直接通過融化永久凍土來對人類構成威脅。由於北極的海冰融化，西伯利亞北岸變得更加容易通過海上到達。因此，包括採礦和石油天然氣鑽探等在內的工業性開發現正從中獲利。

克拉弗維稱：「目前這些地區是荒涼的，深層的永久凍土層仍獨處一隅。然而，採礦和鑽井作業所需要的挖掘可能讓這些古老的凍土層暴露出來，如果那裡仍然存在有活力的病毒粒子，這可能會造成災難。」

任何此類病毒的爆發，最有可能的罪魁禍首是巨型病毒。

克拉弗維稱：「由於光照、失水或自發的生化降解，大多數病毒在宿主細胞外迅速失去活力。 例如，如果它們的DNA被破壞至不可能修復，其病毒粒子將不再具有傳染性。但是在已知的病毒中，巨型病毒往往非常堅強，幾乎不可能被破壞。」

圖註：尼安德特人(Neanderthals)曾經住在西伯利亞

他表示，曾出現於最早居住在北極的人類的病毒可能會再次出現。我們甚至可以看到來自於那些早已滅絕的人類種群的病毒，如尼安德特人（Homo neanderthalensis）和丹尼索瓦人(Denisovans)，他們都定居於西伯利亞，受各種病毒性疾病所困擾。在俄羅斯，陸續發現來自3萬至4萬年前的尼安德特人的遺體。數千年來，人類曾居住在那裡，生老病死。

克拉弗維指出：「我們可以從早已滅絕的尼安德特人的遺體上採集到病毒表明，一種病毒可以從地球上『消除』的想法是錯誤的，這種想法給我們一種虛假的安全感。這就是為什麼我們要維持疫苗的庫存的原因：僅僅是以防萬一我們就要這樣做。」

自2014年以來，克拉弗維一直在分析永久凍土的DNA含量，尋找可能感染人類的病毒和細菌的遺傳特徵。他已經發現了有許多種細菌可能威脅人類的證據。細菌擁有的DNA能對毒性因子進行編碼；毒性因子是致病細菌和病毒產生的分子，能增強它們感染宿主的能力。

從永久凍土中，克拉弗維的團隊還發現了幾個似乎來自病毒的DNA序列，其中包括皰疹病毒。然而，他們還沒有發現任何天花病毒的痕迹。由於顯而易見的原因，他們沒有試圖去復活任何病原體。

現在看來，似乎來自人體的病原體也將從其它地方出現，而不僅僅是冰層或永久凍土中。

圖註：奈卡水晶洞中的水晶

2017年2月，美國航空航天局的科學家宣布，他們在墨西哥一個礦井裡面的水晶中發現了微生物，其存在時間已有10萬年至50萬年之久。

這種細菌存在於奈卡水晶洞（Cave of the Crystals）內，它是墨西哥北部北部小鎮奈卡(naica)一座礦山的一部分。該洞穴中蘊藏大量白色的亞硒酸鹽（透明石膏）晶體礦物，是歷經數十萬年時間而逐漸形成的。

細菌被困在晶體內微小的液泡中，但一旦被提取出來，它們就會復活並開始繁殖。這種微生物在遺傳上是獨一無二的，可能是新的物種，但研究人員還沒有發表他們的研究成果。

美國新墨西哥州的龍舌蘭洞(Lechuguilla Cave)距離地表有1000英尺（約合300米），科學家在這個洞穴中甚至發現了更老的細菌。400多萬年以來，這些微生物從來沒有來到地球表面。

圖註：美國新墨西哥州的龍舌蘭洞(Lechuguilla Cave)中的亞硒酸鹽岩晶體礦物

這個洞穴從來沒有陽光照進來。它是如此與世隔絕，地表上的水滲入洞穴內需要大約一萬年的時間。

儘管如此，不知怎麼回事，這個洞穴中發現的細菌竟然對18種抗生素有耐藥性，包括被認為是抗擊感染 「最後手段」的藥物。在2016年12月發表的一項研究報告中，研究人員發現，這種被稱為「類芽孢桿菌(Paenibacillus sp.)LC231」的細菌，對70％的抗生素具有耐藥性，能夠讓其中的許多抗生素完全沒有活性。

由於這些細菌在洞穴中與世隔絕的時間長達400萬年，所以從未接觸人類或用於治療人類感染的抗生素藥物。這意味著其對抗生素的抵抗力必須以其它方式產生的。

參與研究的科學家認為，這些細菌對人類沒有危害，是能自然產生抗生素耐藥性的許多種細菌之一。這表明細菌對抗生素的耐藥性已經存在數百萬甚至數十億年的時間。

圖註：青藏高原上的永久凍土

顯然，這種古老的抗生素耐藥性不是由於抗生素在臨床上使用而形成的。

微生物之所以能自然產生對抗生素的抵抗力，原因是許多類型的真菌，甚至包括其它細菌在內，能自然產生抗生素，以獲得相對於其它微生物的競爭優勢。弗萊明就是這樣發現青黴素的：培養皿中的細菌被一種能分泌抗生素的霉所污染後死去。

在那些缺乏食物的洞穴里，生物必需冷酷無情才能獲得生存。像「類芽孢桿菌LC231」這樣的細菌，可能不得不進化出抗生素耐藥性，以避免被其它生物體殺死。

這將解釋為什麼這些細菌只能抵抗來自於細菌和真菌的天然抗生素——這種抗生素在我們日常使用的抗生素中佔99.9％。這些細菌從來沒有遇到過人造抗生素，所以沒有能力抵抗它們。

負責這項研究的美國俄亥俄州阿克倫大學微生物學家哈澤爾·巴頓(Hazel Barton)指出：「我們的工作和他人的工作表明，抗生素耐藥性不是現在才有的。我們發現的生物早在400萬至700萬年前就與地球表面的物種隔絕，但它們的抗生素耐藥性在遺傳上是相似的。這意味著這些抗生素耐藥性的基因至少存在了400萬至700萬年，而不是人類用抗生素治療疾病才產生的。」

雖然「類芽孢桿菌LC231」本身對人體無害，但在理論上，可以將其抗生素耐藥性傳遞給其它病原體。不過，由於它被隔絕在距地表400米以下的洞穴內，這種情況似乎不大可能發生。

然而，天然的抗生素耐藥性在微生物中可能非常普遍，從融化的永久凍土中出現的許多細菌可能擁有這種能力。在2011年的一項研究中，科學家從俄羅斯和加拿大之間的白令海地區有3萬年曆史的永久凍土中發現的細菌提取DNA。他們發現其基因編碼對β-內醯胺、四環素和糖肽抗生素具有耐藥性。

圖註：西伯利亞的永久凍土

對於這一切，我們應該感到多大擔憂？

有一個觀點是，來自永久凍土的病原體的風險在本質上是不可知的，所以對於它們，我們不應該刻意地感到擔憂。相反，我們應該把重點放在氣候變化等更為明確的威脅上。例如，由於這些病菌的茁壯成長需要較高的溫度，因此全球氣溫升高讓北半球國家得得更溫暖，從而更容易發生通常「南半球國家」才出現的疾病，如瘧疾、霍亂和登革熱等。

另一種觀點是，我們不應忽視永久凍土中病原體帶來的風險，因為我們無法對這些風險進行量化。

克拉弗維稱：「我們和其他人的研究發現，致病性微生物復活並感染我們人類的概率不是為零的，具體多少可能還不知道的，但確實有這種可能性。它們可能是可以用抗生素治癒的細菌，也可能是具有耐藥性的細菌或病毒。如果病原體長時間沒有接觸到人類，那麼我們免疫系統對它不會有所準備。所以，這就可能就存在危險。」

本文來源：網易科學人責任編輯：郭浩_NT5629

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