遠(yuǎn)古病毒會(huì)復(fù)活嗎

●夢(mèng)潔 玉琳 編

2020年以來(lái)，新冠病毒的肆虐，對(duì)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們身體健康都帶來(lái)極大危害，科學(xué)界開(kāi)始更加關(guān)注和警惕近年來(lái)已經(jīng)在北極冰層里發(fā)現(xiàn)的病毒。研究者們認(rèn)為隨著地球永久凍土的融化，一些古老的病毒可能會(huì)從凍土中復(fù)活，造成遠(yuǎn)古病毒的大回歸，甚至有些病毒為了生存而進(jìn)化出“超級(jí)病毒”……

氣候變暖激活病毒傳播

由于溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣候變暖，原本覆蓋在北極的厚厚的冰層正以驚人的速度融化。北極圈洋流系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)也隨之發(fā)生變化，一系列意義深遠(yuǎn)的影響接踵而至。

根據(jù)最新研究，北極圈的氣溫正快速上升，其上升速度要比地球上其他地區(qū)快2至3倍，21世紀(jì)或?qū)⒊蔀楸睒O地區(qū)11.5萬(wàn)年以來(lái)最溫暖的世紀(jì)。北極氣溫上升正產(chǎn)生蝴蝶效應(yīng)，使引發(fā)病毒和流行病傳播的一些因素被激活，病毒危機(jī)表現(xiàn)出比以往更復(fù)雜的形態(tài)。

首先，北極氣溫升高導(dǎo)致北冰洋冰層和陸上永凍土融化，被困在永凍土下數(shù)百萬(wàn)年的遠(yuǎn)古病毒正“蠢蠢欲動(dòng)”。

其次，覆蓋在北極海洋的冰層不斷消融，使得生活在大西洋和太平洋的生物開(kāi)始融合。在冰層融化前，兩大洋的生物被北極厚厚的冰層阻隔，形成了相對(duì)獨(dú)立的基因系統(tǒng)，彼此間都缺乏抵御對(duì)方疾病的抗體。而冰川的消失，讓這些生活在不同區(qū)域，攜帶不同疾病的海洋生物相遇，不可避免將會(huì)導(dǎo)致一些致命疾病的傳播。

再次，氣候變暖使一些野生動(dòng)物物種，被迫遷移到以前因過(guò)于寒冷而不適宜動(dòng)物生存的地方。可以想見(jiàn)，世界各地大批候鳥(niǎo)的棲息環(huán)境也會(huì)因氣候變化而變，候鳥(niǎo)的遷徙行為將隨之變化，這種變化使得人禽共染病毒有更多的機(jī)會(huì)得以傳播，如多種禽流感。

最后，雖然目前北極地區(qū)仍是一片荒涼，深層永凍土層尚可獨(dú)安一隅，但人類的科研和生產(chǎn)活動(dòng)已開(kāi)始在這一區(qū)域啟動(dòng)，采礦和鉆井作業(yè)所需要的挖掘可能讓這些古老的凍土層暴露出來(lái)，如果那里仍然存在有活力的病毒粒子，將可能帶來(lái)未知的災(zāi)難。

最新研究表明，由于氣候變化導(dǎo)致北極海冰融化速度加快，致命的海豹瘟熱病毒開(kāi)始在動(dòng)物間傳播，對(duì)海豹、海獺和海獅產(chǎn)生了近乎毀滅性的打擊。研究人員通過(guò)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，海豹瘟熱病毒的傳染和暴發(fā)高峰與北極海冰的減少相吻合。

數(shù)據(jù)顯示，在2004年和2009年，病毒感染的幾率是其他年份的9.2倍，這與當(dāng)年海冰的消融有關(guān)。海冰消融導(dǎo)致極地動(dòng)物尋找新的棲息地，隨著這些動(dòng)物的遷移及與其他物種的接觸，可能會(huì)引入和傳播新的傳染病。隨著北極海冰的持續(xù)消融，病毒跨越北太平洋和北大西洋傳播可能會(huì)越來(lái)越普遍。研究人員表示，加拿大北極地區(qū)的冰川正在以前所未有的速度消融，深藏地下4萬(wàn)年的景觀逐漸暴露出來(lái)，同時(shí)古老的植被和古細(xì)菌也得以重見(jiàn)天日。

2020年1月發(fā)表的一篇論文指出，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的科學(xué)家在采集于青藏高原上的冰核樣本中發(fā)現(xiàn)了古老病毒存在的證據(jù)，其中有28種都是從未發(fā)現(xiàn)過(guò)的新病毒，已經(jīng)被冰封了一萬(wàn)五千年左右。

其實(shí)這種發(fā)現(xiàn)也并不少見(jiàn)。

被封存的遠(yuǎn)古病毒

冰川中最古老的“番茄花葉病毒”

早在1999年，美國(guó)科學(xué)家在格陵蘭島深達(dá)2000米的地下冰芯樣品中檢測(cè)到了“番茄花葉病毒”的影子，由于這種病毒很穩(wěn)定，它們的基因組在冰層里埋藏了14萬(wàn)年還能被檢測(cè)到。這也是目前發(fā)現(xiàn)的最為古老的病毒基因組痕跡。

立陶宛教堂內(nèi)的孩童木乃伊身上，發(fā)現(xiàn)了古老的天花病毒樣本。

“木乃伊”中的“天花病毒”

2004年，一支由法國(guó)和俄羅斯科學(xué)家組成的考古隊(duì)在西伯利亞?wèn)|北部的永久凍土中發(fā)掘出幾具死于三百多年前的冰凍“木乃伊”。數(shù)年后，他們對(duì)保存最完好的一具“木乃伊”進(jìn)行解剖時(shí)，發(fā)現(xiàn)死者肺部有出血痕跡。鑒于這種癥狀經(jīng)常在天花患者身上出現(xiàn)，因此研究人員對(duì)其進(jìn)行了深入研究。結(jié)果證實(shí)，這具“木乃伊”確實(shí)攜有天花病毒的基因片段，但這種三百多年前的天花病毒和目前存在的天花病毒類型不同，科學(xué)家認(rèn)為這個(gè)流行在17世紀(jì)的天花病毒可能是現(xiàn)代天花病毒的祖先。

天花曾是世界上傳染性最強(qiáng)的疾病之一，感染天花病毒者全身被膿皰覆蓋。所幸的是，這種病毒已于1979年被正式宣布根除。目前，全世界僅有美國(guó)和俄羅斯的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室保存有天花病毒樣本，病毒樣本取自上世紀(jì)五十年代的天花患者。

不過(guò)，科學(xué)家們紛紛對(duì)此表示擔(dān)憂。法國(guó)國(guó)家科研中心的科學(xué)家們警告稱，若氣候變化導(dǎo)致西伯利亞墓地解凍，這些尸體上攜帶的天花病毒或?qū)⒅噩F(xiàn)人間。因?yàn)椋谰脙鐾林械牟《究梢陨娣浅＞茫沂w中的天花病毒實(shí)際上處于假死狀態(tài)，隨著全球變暖加速與北極圈內(nèi)能源開(kāi)采活動(dòng)的增加，這些病毒對(duì)人類公共安全的威脅也會(huì)不斷加大。

導(dǎo)致1918大流感的H1N1流感病毒示意圖

永久凍土中的“流感病毒”

除了天花病毒，另一個(gè)狠角色——流感病毒，在歷史上也曾給人類造成沉重的打擊。1918年西班牙流感總共導(dǎo)致了約2000萬(wàn)至5000萬(wàn)人死亡，還有數(shù)據(jù)表明死亡人數(shù)可能達(dá)到1億，而當(dāng)時(shí)世界人口還不到20億。

科學(xué)家們從阿拉斯加永久凍土中找到了一具1918年大流感受害者的遺體，并通過(guò)現(xiàn)代測(cè)序技術(shù)從遺體的樣本中獲得了那株流感病毒的全部基因組序列。通過(guò)這些序列信息，美國(guó)疾病預(yù)防控制中心的科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中重新構(gòu)建了這株病毒，并用這個(gè)病毒嘗試感染體外培養(yǎng)的細(xì)胞和小鼠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這個(gè)病毒對(duì)于小鼠的感染能力和致病能力都要強(qiáng)于目前流行的流感病毒。

“潘多拉病毒”是迄今人類發(fā)現(xiàn)的最大病毒，可通過(guò)普通的顯微鏡看到，科學(xué)家認(rèn)為該病毒或起源于外星環(huán)境中。

源自火星的“潘多拉病毒”

2013年，科學(xué)家在智利中海岸河流沉積物表層和澳大利亞墨爾本附近一個(gè)淡水池塘底部泥漿中，發(fā)現(xiàn)了兩種更大的變形蟲(chóng)寄生型巨大病毒，這兩株病毒分別被命名為“咸潘多拉病毒”和“甜潘多拉病毒”。其基因組比其它所有已知病毒都要大得多。作為當(dāng)時(shí)地球上被發(fā)現(xiàn)的有史以來(lái)最大的病毒，直徑達(dá)1微米，“潘多拉病毒”只有6%的基因與地球上其他生物的基因類似，這讓研究人員百思不得其解。研究人員甚至猜測(cè)，該病毒來(lái)源于遠(yuǎn)古時(shí)代甚至源自其他星球，比如火星，這也是稱其為“潘多拉病毒”的原因。

西伯利亞闊口罐病毒

3萬(wàn)年前的“西伯利亞闊口罐病毒”

2014年3月4日，科學(xué)家在俄羅斯的西伯利亞凍土層中發(fā)現(xiàn)了世界上第三種超大型病毒，足足有1.5微米長(zhǎng)，可以在光學(xué)顯微鏡下直接觀察到，而其生存的年代正是史前人類尼安德特人滅絕之時(shí)的3萬(wàn)多年前，科學(xué)家將其命名為“西伯利亞闊口罐病毒”。

研究者采集了一些地下30-40米處的冰層樣本帶回實(shí)驗(yàn)室。用阿米巴蟲(chóng)作為“誘餌”，想看看冰水里面是否含有能夠感染阿米巴蟲(chóng)的病毒。因?yàn)椋绻⒚装拖x(chóng)被感染，就說(shuō)明冰層里面的病毒能夠“復(fù)活”。在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家把活的阿米巴蟲(chóng)放入融化之后的冰水里，沒(méi)過(guò)多久里面的一些阿米巴蟲(chóng)就出現(xiàn)了異常甚至死亡。科學(xué)家在這些阿米巴蟲(chóng)的體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一些像橄欖球一樣的瘦長(zhǎng)型顆粒。

起初，專家以為它只是“潘多拉病毒”的一個(gè)變種，但在深入分析后才發(fā)現(xiàn)，除了外形與“潘多拉病毒”接近，兩者幾乎毫無(wú)共同點(diǎn)，這是一種全新的病毒。要命的是，“西伯利亞闊口罐病毒”居然還具有復(fù)制及感染能力。它會(huì)在宿主細(xì)胞質(zhì)中完成自我復(fù)制，而不是像其他病毒那樣“接管”細(xì)胞核。不過(guò)研究人員表示，這種病毒對(duì)人和其他哺乳動(dòng)物無(wú)害，它的目標(biāo)僅僅是阿米巴原蟲(chóng)而已。

炭疽桿菌

威脅人類的“炭疽桿菌”

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)永凍土內(nèi)的病菌已經(jīng)開(kāi)始威脅人類。2016年夏天，西伯利亞亞馬爾半島上的一群馴鹿和游牧民患上一種神秘的疾病。有關(guān)“西伯利亞瘟疫”的謠言一度甚囂塵上。實(shí)際上，這種神秘疾病上一次出現(xiàn)在該地區(qū)還是1941年。當(dāng)時(shí)一個(gè)小男孩和一群馴鹿死亡后被確診罹患炭疽熱。病源是一具解凍的馴鹿尸體，而這頭馴鹿死于多年前的炭疽熱疫情。因此，科學(xué)家認(rèn)為，是氣候變暖促使永凍土層解凍，以致在此地區(qū)消失了75年的炭疽桿菌又卷土重來(lái)。

古老病毒的頑強(qiáng)和脆弱

科學(xué)家在破解地球極地病毒的研究中取得了多方面的突破：一是對(duì)埋藏在冰凍層中的病毒和細(xì)菌進(jìn)行了復(fù)活實(shí)驗(yàn)；二是檢驗(yàn)了一些病毒寄主或被感染對(duì)象；三是正在成功破解一些病毒的基因片段。

一些古老細(xì)菌和病毒正在實(shí)驗(yàn)室里復(fù)活。例如在美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）2005年進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家成功地將被封存在阿拉斯加州一個(gè)冰凍池塘中長(zhǎng)達(dá)3.2萬(wàn)年的細(xì)菌復(fù)活，這是一種被稱為肉芽孢桿菌的微生物。兩年后，科學(xué)家又成功復(fù)活了800萬(wàn)年前的細(xì)菌，這些細(xì)菌在南極一處冰川的冰層中休眠。在同一研究中，從10萬(wàn)年前的冰層中采集到的細(xì)菌也被復(fù)活。

這頭冰凍的長(zhǎng)毛猛犸象遺體是在俄羅斯西伯利亞永久凍土地帶被發(fā)現(xiàn)的，距今約有39000年歷史。

2014年，法國(guó)的一項(xiàng)研究將一種存在于永凍土層中3萬(wàn)年的病毒帶回實(shí)驗(yàn)室，重新加熱后，病毒迅速?gòu)?fù)活。足以證明微生物的生存能力之強(qiáng)。

2018年，俄羅斯和美國(guó)研究人員解凍了西伯利亞的永凍土樣品，并成功讓其中兩條冰封了3萬(wàn)年以上的線蟲(chóng)復(fù)活。他們的發(fā)現(xiàn)第一次提供證據(jù)表明，多細(xì)胞生命體在永凍土的極寒環(huán)境中長(zhǎng)期休眠后，仍能夠恢復(fù)生機(jī)。

氣候變化正在融化越來(lái)越多的永久凍土。一般情況下，每年夏季淺層凍土?xí)诨s50厘米。但隨著全球變暖，更深的永久凍土正逐漸暴露出來(lái)，就像剝洋蔥般由外向內(nèi)層層融化。隨著凍土層的融化，原來(lái)處于休眠狀態(tài)的古老病毒和細(xì)菌，正在溫暖的環(huán)境中恢復(fù)生命力。

很顯然，永久凍土是病毒天然的保存箱，“因?yàn)槔锩鏈囟群艿停缓鯕猓姨幱诤诎抵小Ｏ聦佑纼鐾林锌赡苋员４嬷芨腥救祟惢騽?dòng)物的病毒，包括過(guò)去曾引發(fā)全球性傳染病的致病性病毒。”法國(guó)艾克斯·馬賽大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家簡(jiǎn)-米歇爾·克拉弗維指出。

佛羅里達(dá)大學(xué)微生物學(xué)家布倫特·克里斯特納則警示人們，永久凍土并不是保存病原體的唯一潛在源頭，融化的冰川也可能使那些“囚禁”微生物或病毒的儲(chǔ)存庫(kù)得以釋放。

然而，科學(xué)家表示，盡管如此，也不用對(duì)冰封的古老病毒太過(guò)擔(dān)心，因?yàn)槟壳耙寻l(fā)現(xiàn)的古老病毒大多數(shù)并不會(huì)感染人類。

例如，“番茄花葉病毒”的寄主范圍很廣，能傳染36科200多種植物，但不會(huì)對(duì)人類造成威脅；“西伯利亞闊口罐病毒”雖是一種全新的病毒，具有復(fù)制及感染力，會(huì)在宿主細(xì)胞質(zhì)中完成自我復(fù)制，但并不像其他病毒那樣能“接管”細(xì)胞核，對(duì)人和其他哺乳動(dòng)物無(wú)害。

未來(lái)，病毒復(fù)活會(huì)威脅人類嗎？

至于那些被冰凍的、攜帶傳染性病毒的尸體，是否會(huì)在重見(jiàn)天日后為禍人間？也許答案是否定的。2005年，科學(xué)家從阿拉斯加和挪威長(zhǎng)期冰凍的墳?zāi)怪型诰虺隽鞲兴离y者的尸體，分離出病毒中的遺傳物質(zhì)，并成功對(duì)該病毒的整個(gè)基因組進(jìn)行了排序。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有病毒片段都損壞嚴(yán)重，無(wú)法再感染其他宿主。到目前為止，還沒(méi)有確鑿證據(jù)表明北極冰凍的病原體對(duì)人類構(gòu)成重大威脅。

這是為什么呢？因?yàn)椋m然在合適的條件下，一些人類病原體確實(shí)能在被長(zhǎng)期冷凍后復(fù)活。但這通常是在穩(wěn)定的、被嚴(yán)密監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中完成的。另外，被困在永凍層中的尸體，可能會(huì)經(jīng)歷濕度和溫度的劇烈波動(dòng)，就像它們周圍的環(huán)境一樣。

永凍層的最上層，被稱為“活躍層”，往往在全年的季節(jié)循環(huán)中反復(fù)經(jīng)歷解凍和再凍結(jié)。隨著氣候變化使北極溫度升高，活躍層在地表以下越來(lái)越深地延伸。這一過(guò)程，使被長(zhǎng)期埋藏的物體從逐漸變軟的土地上冒出來(lái)。

威爾士的阿伯里斯特威斯大學(xué)的北極微生物學(xué)專家阿爾文·愛(ài)德華茲說(shuō)，人類病原體的問(wèn)題在于，它們?cè)谶@種不穩(wěn)定的環(huán)境下表現(xiàn)不佳。隨著時(shí)間的推移，解凍和凍結(jié)的循環(huán)會(huì)殺死細(xì)菌，分解病毒。

盡管科學(xué)家的研究表明，迄今所發(fā)現(xiàn)的病毒類型和復(fù)活的微生物大多數(shù)不會(huì)威脅人類安全，但是，類似炭疽對(duì)人體直接有害的病毒難道不會(huì)再出現(xiàn)嗎？

中美科學(xué)家在青藏高原發(fā)現(xiàn)了32種史前病毒，并從中辨識(shí)出4組已知病毒的DNA，但令人驚訝的是，另外28組病毒DNA是從未見(jiàn)過(guò)的，沒(méi)有已知病毒樣本與之匹配，況且這些發(fā)現(xiàn)還只是冰山一角。

一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，隨著地球永凍土的融化，一些古老的病毒可能會(huì)從凍土中復(fù)活，造成遠(yuǎn)古病毒的大回歸，甚至有些病毒會(huì)為了生存而進(jìn)化出“超級(jí)病毒”。到那時(shí)，它們對(duì)人類會(huì)構(gòu)成何種威脅則難以預(yù)測(cè)。

像西班牙流感、天花或鼠疫等已經(jīng)被消滅或控制的疾病可能會(huì)被凍結(jié)在永凍土中，誰(shuí)也無(wú)法預(yù)知它們又將在何時(shí)再次被釋放出來(lái)。確實(shí)，對(duì)1918年流感的調(diào)查給了人們一個(gè)教訓(xùn)：被感染病毒的人體從冰層中融化后，可能會(huì)釋放出現(xiàn)代社會(huì)無(wú)法應(yīng)對(duì)的病原體。

控制氣候變化和進(jìn)一步升溫，切實(shí)保護(hù)好北極冰凍層是至關(guān)重要的。將病毒永久封存在冰層里，是人類的最大期許，而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要人們做出極大的努力，特別是改變生產(chǎn)方式和人類行為，減少化石燃料的開(kāi)采和使用，降低碳、甲烷等溫室氣體的排放。

南極Limnopolar湖中檢出的多種病毒在電子顯微鏡下的照片，上排為不同類型的噬菌體病毒。