幾個世紀以來永，久凍土中的細菌和病毒隨著地球氣候變暖而復甦！

最新 08-09

縱觀歷史，人類與細菌和病毒並存。從腺鼠疫到天花，我們已經進化到抵抗它們，並且作為回應，它們已經開發出感染我們的新方法。

自亞歷山大·弗萊明發現青黴素以來，我們已有近一個世紀的抗生素。作為回應，細菌通過產生抗生素抗性而作出反應。戰鬥是無止境的：因為我們花了很多時間研究病原體，我們有時會形成一種自然的僵局。

但是，如果我們突然暴露於幾千年來一直沒有的致命細菌和病毒，或者我們以前從未見過的會發生什麼呢？我們可能即將發現。氣候變化正在融化多年凍土，這些土壤已經被凍結了數千年，隨著土壤的融化，它們釋放出古老的病毒和細菌，它們已經處於休眠狀態，正在恢復生機。

馴鹿（Rangifer tarandus）遷徙（圖片來源：Eric Baccega / naturepl.com）

2016年8月，在北極圈內被稱為亞馬爾半島的西伯利亞苔原的一個偏遠角落，一名12歲的男孩在被炭疽感染後死亡，至少有20人住院治療。

該理論認為，75年前，感染炭疽病的馴鹿死亡，其冷凍屍體被困在一層被稱為永久凍土的凍土下。2016年夏天，當永久凍土融化時，它一直停留在熱浪中。

這暴露了馴鹿屍體並將感染性炭疽釋放到附近的水和土壤中，然後進入食物供應。附近有超過2,000名馴鹿放牧被感染，導致人類病例數量減少。

斯瓦爾巴特群島永久凍土帶（信用：歐洲野生奇蹟/ de la L / naturepl.com）

隨著地球變暖，更多的永久凍土將融化。在正常情況下，每年夏天，50微米深的淺層永久凍土層融化。但現在全球變暖正在逐漸暴露出更早的永久凍土層。

冷凍的永久凍土是細菌長時間存活的理想場所，可能長達一百萬年。這意味著融化冰可能會打開潘多拉的一盒疾病。

北極圈的溫度迅速上升，比世界其他地區快三倍。當冰和永久凍土融化時，可能會釋放其他感染因子。「永久凍土是一種非常好的微生物和病毒保存劑，因為它很冷，沒有氧氣，而且是黑暗的，」法國Aix-Marseille大學的進化生物學家Jean-Michel Claverie說。「可以感染人類或動物的致病病毒可能會保存在舊的永久凍土層中，包括過去引起全球流行病的一些病毒。」

僅在20世紀初，就有超過一百萬的馴鹿死於炭疽病。挖掘深墳墓並不容易，因此大部分屍體被埋在地表附近，分散在俄羅斯北部的7000個墓地中。

炭疽孢子可存活數十年（圖片來源：Cultura RM / Alamy）

人類和動物被埋在永久凍土中已有幾個世紀，因此可以想像其他感染因子可以被釋放出來。例如，科學家們發現了1918年西班牙流感病毒中的RNA片段，屍體被埋在阿拉斯加苔原的亂葬坑裡。天花和腺鼠疫也可能埋在西伯利亞。

在2011年的一項研究中，Boris Revich和Marina Podolnaya寫道：「由於永久凍土融化，18世紀和19世紀致命感染的傳播可能會回來，特別是在這些感染的受害者被埋葬的墓地附近。」

美國宇航局的科學家成功地將已經被包裹在阿拉斯加冰凍池塘中的細菌復活了32000年

例如，在19世紀90年代，西伯利亞出現了一種主要的天花流行病。一個城鎮失去了40％的人口。他們的屍體被埋在Kolyma河岸邊的永久凍土層上面。120年後，Kolyma的洪水已經開始侵蝕河岸，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，來自新西伯利亞國家病毒學和生物技術研究中心的科學家們測試了在Gorny Altai地區西伯利亞南部發現的石器時代遺骸。他們還測試了19世紀病毒性流行期間死亡的人的屍體樣本，並被埋在俄羅斯永久凍土帶中。

研究人員表示，他們已經發現了具有天花留下痕迹的瘡的屍體。雖然他們沒有找到天花病毒，但他們已經檢測到了DNA的片段。

在南極冰中發現細菌處於休眠狀態（圖片來源：Colin Harris / Era Images / Alamy）

在2005年的一項研究中，美國宇航局的科學家們成功地復活了在阿拉斯加一個冰凍的池塘中被包裹了32000年的細菌。這種叫做Carnobacterium pleistocenium的微生物自更新世以來一直被凍結，當時猛獁猛獁象仍然在地球上漫遊。一旦冰融化，他們開始四處遊動，似乎沒有受到影響。

兩年後，科學家們成功地恢復了一顆800萬年前的細菌，這種細菌一直處於冰凍狀態，位於南極洲Beacon和Mullins山谷冰川表面之下。在同一項研究中，細菌也從超過10萬年的冰中復活。

然而，在永久凍土中凍結後，並非所有細菌都能恢復生命。炭疽細菌可以這樣做，因為它們形成孢子，這些孢子非常耐寒並且可以在冷凍後存活超過一個世紀。

其他可以形成孢子的細菌，因此可以在永久凍土中存活，包括破傷風和肉毒桿菌（Clostridium botulinum），這是造成肉毒桿菌中毒的病原體：一種罕見的疾病，可導致癱瘓甚至致命。一些真菌也可以在永久凍土中存活很長時間。

Mimivirus，巨型病毒的一個例子（圖片來源：科學圖片庫/ Alamy）

在2014年的一項研究中，由Claverie領導的一個小組恢復了兩種被困在西伯利亞永久凍土帶中3萬年的病毒。它們被稱為Pithovirussibericum和Mollivirus sibericum，它們都是「巨型病毒」，因為與大多數病毒不同，它們非常大，可以在常規顯微鏡下觀察到。他們被發現在沿海苔原地下100英尺處。

一旦它們復活，病毒很快就會變得具有傳染性。對我們來說幸運的是，這些特殊的病毒只能感染單細胞變形蟲。儘管如此，該研究表明，真正可以感染人類的其他病毒可能會以同樣的方式復活。

巨型病毒往往非常強硬，幾乎不可能突破，更重要的是，全球變暖不必直接融化永久凍土就構成威脅。由於北極海冰融化，西伯利亞北岸變得更容易通過海路進入。因此，工業開採，包括黃金和礦產開採，以及石油和天然氣鑽探，現在正在變得有利可圖。

「目前，這些地區已經荒廢，永久凍土層不再孤立，」克拉維里說。「然而，這些古老的層可能會被挖掘和鑽井作業中的挖掘所暴露。如果仍然存在可行的病毒粒子，這可能會造成災難。」巨型病毒可能是任何此類病毒爆發的最可能的罪魁禍首。

「由於光照，乾燥或自發生化降解，大多數病毒在宿主細胞外迅速失活，」Claverie說。「例如，如果他們的DNA被損壞而不是可能的修復，那麼病毒粒子將不再具有傳染性。然而，在已知的病毒中，巨型病毒往往非常堅韌，幾乎不可能打破。」

尼安德特人曾住在西伯利亞（信用：自然歷史博物館/阿拉米）

克拉維里說，最早出現在北極地區的人類的病毒可能會出現。我們甚至可以看到來自已經滅絕的人類物種的病毒，如尼安德特人和傑尼索瓦人，這兩種人都在西伯利亞定居，並且充斥著各種病毒性疾病。在俄羅斯發現了30至40萬年前尼安德特人的遺骸。人類居住在那裡，生病並死亡數千年。

美國宇航局的科學家在墨西哥礦區的晶體內發現了10-50,000歲的微生物

「我們可能從長期滅絕的尼安德特人身上捕獲病毒，這表明病毒可以從地球上"消滅"的想法是錯誤的，並給我們一種虛假的安全感，」克拉維里說。「這就是為什麼要保留疫苗庫存的原因，以防萬一。」

自2014年以來，Claverie一直在分析永久凍土層的DNA含量，尋找可能感染人類的病毒和細菌的遺傳特徵。他發現了許多可能對人類有害的細菌的證據。細菌具有編碼毒力因子的DNA：致病細菌和病毒產生的分子，這增加了它們感染宿主的能力。

Claverie的團隊還發現了一些似乎來自病毒的DNA序列，包括皰疹。但是，他們還沒有發現任何天花痕迹。出於顯而易見的原因，他們沒有試圖恢復任何病原體。

現在看來，與人類隔絕的病原體也將從其他地方出現，而不僅僅是冰或永久凍土。

Naica洞穴中的水晶（圖片來源：SOTK2011 / Alamy）

2017年2月，美國宇航局科學家宣布，他們在墨西哥礦區的晶體內發現了10-50,000歲的微生物。

細菌以某種方式對18種抗生素產生抗藥性這些細菌位於墨西哥北部奈卡的一個礦井的洞穴中。洞穴中含有許多乳白色的亞硒酸鹽晶體，形成了數十萬年。

細菌被困在晶體的小液體袋中，但一旦它們被移除，它們就會復活並開始繁殖。這些微生物在遺傳上是獨一無二的，很可能是新物種，但研究人員尚未發表他們的研究成果。

Lechuguilla Cave的亞硒酸鹽岩層（圖片來源：Paul D. Stewart / naturepl.com）

洞穴永遠不會看到陽光，它是如此孤立，以至於從地面進入洞穴需要大約1萬年的水。

抗生素耐藥性已持續數百萬甚至數十億年!!儘管如此，細菌還是以某種方式對18種抗生素產生抗藥性，包括被認為是對抗感染的「最後手段」的藥物。在2016年12月發表的一項研究中，研究人員發現了這種細菌，稱為Paenibacillussp。LC231對70％的抗生素有抗藥性，能夠完全滅活其中許多抗生素。

由於細菌在洞穴中完全被隔離了四百萬年，他們還沒有接觸到人或用於治療人類感染的抗生素藥物。這意味著其抗生素耐藥性必須以其他方式產生。相關科學家認為，這種對人類無害的細菌是自然進化抗生素耐藥性的眾多細菌之一。這表明抗生素耐藥性已持續數百萬甚至數十億年。

青藏高原上的永久凍土（圖片來源：Gertrud＆Helmut Denzau / naturepl.com）

顯然，由於抗生素的使用，這種古老的抗生素抗性不能在臨床上進化。其原因是許多類型的真菌，甚至其他細菌，自然地產生抗生素以獲得超過其他微生物的競爭優勢。這就是弗萊明首次發現青黴素的情況：培養皿中的細菌在被抗生素排泄黴菌污染後死亡。

隨著地球變暖，北方國家將更容易爆發像瘧疾這樣的「南方」疾病

在沒有食物的洞穴中，如果要生存，生物必須是無情的。像類芽孢桿菌這樣的細菌可能不得不進化抗生素抗性，以避免被競爭對手的生物殺死。這可以解釋為什麼細菌只能抵抗來自細菌和真菌的天然抗生素，占我們使用的所有抗生素的99.9％。細菌從未遇到過人造抗生素，所以不要對它們產生抗藥性。

「我們的工作以及其他人的工作表明，抗生素耐藥性不是一個新概念，」領導這項研究的俄亥俄州阿克倫大學的微生物學家Hazel Barton說。「我們的生物體已經從4-7百萬年的表面物種中分離出來，但它們所具有的抗性與表面物種的遺傳基因完全相同。這意味著這些基因至少已經過去了，並沒有從人類使用抗生素進行治療。「

雖然類芽孢桿菌本身對人類無害，但理論上它可以傳遞其對其他病原體的抗生素抗性。然而，由於它被隔離在400米以下的岩石中，這似乎不太可能。

然而，天然的抗生素抗性可能是如此普遍，以至於許多從融化永久凍土中出現的細菌可能已經具有它。與此一致，在2011年的一項研究中，科學家從俄羅斯和加拿大之間的Beringian地區的3萬年前的永久凍土中發現的細菌中提取DNA。他們發現編碼對β-內醯胺，四環素和糖肽抗生素耐葯的基因。