关闭

举报

  • 提交
    首页 > 热点资讯 > 正文

    冰下危机:冻土中的古病原体复活

    2017-06-11 17:33:04    浏览:1    回复:0    点赞:0

    ▲拟菌病毒,是巨型病毒的一种。

    如果我们突然暴露于已消失成千上万年或从未遇到过的致命细菌和病毒,将会发生什么?这个问题也许很快就会有答案:气候变化正在融化已冰冻成千上万年的永久冻土,而蛰伏其中的古老病毒和细菌正在渐渐恢复生命力。

    冰层融化暴露永久冻土层

    永久冻土是细菌长期保持活性的完美温床,细菌有可能在其中存活长达100万年。

    2016年8月,在西伯利亚冻原的偏远一隅———北极圈内的亚马尔半岛上,一名12岁的男孩因感染炭疽死亡,至少有20人也因此住院治疗。

    此次炭疽疫情的前因后果是,75年前,一头驯鹿死于炭疽感染,其冰冻的尸体封存在被称为“永久冻土”的表层下。驯鹿的尸体一直封冻在那里,直到2016年夏天的一波热浪袭来。

    永久冻土的解冻导致驯鹿的尸体暴露出来,并将具有传染性的炭疽菌释放到附近的水体和土壤中,然后进入食物供应链。附近放牧的2000多头驯鹿被感染,然后导致小部分的人类感染病例。

    科学家担心,这可能不是孤立的个案。

    永久冻土是细菌长期保持活性的完美温床,细菌有可能存活长达100万年。而随着气候变暖,北极圈的气温正在快速上升,其升温速度比世界上其他地方大约快3倍。随着冰层和永久冻土的融化,更多传染性病原体可能会被释放出来。

    “永久冻土是微生物和病毒的非常好的保护伞,因为它温度很低,没有氧气,而且处于黑暗中。”法国艾克斯-马赛大学的进化生物学家让-米歇尔·克拉瓦里指出,“能感染人类或动物的致病性病毒可能保存于古老的永久冻土层中,包括过去曾导致全球性传染病的那些病毒。”

    20世纪初,超过100万头驯鹿死于炭疽病,大部分尸体就掩埋在不深的地下,分散于俄罗斯北部的7000个埋葬地中。

    ▲在南极的冰层中发现了蛰伏的细菌

    冻土细菌复活并非首次

    科学家曾成功复活在冰下蛰伏长达800万年的细菌,这些细菌休眠于南极的信标和穆林斯山谷的冰川之下。在同一项研究中,科学家还复活了从已存在10万年的冰层中采集到的细菌。

    最大的恐惧是,我们不知道在冻土之下,还潜伏着什么。

    几个世纪以来,不断有人类和动物的尸体埋藏在永久冻土中,所以可以想象,永久冻土可能释放出其它传染性病原体。例如,科学家们从阿拉斯加苔原的大型墓地埋葬的几具尸体上,发现了完好无损的1918年西班牙流感病毒。天花和黑死病的病原体也有可能埋藏于西伯利亚的永久冻土中。

    ▲炭疽杆菌的孢子能存活数十年

    2011年的一项研究预测:永久冻土融化的一个后果是,18世纪和19世纪致命传染病的病原媒介可能会卷土重来。

    例如,在19世纪90年代,西伯利亚曾爆发过一次严重的天花疫情。有一个小镇因此失去了40%的人口,他们的尸体埋葬于科雷马河岸边的永久冻土的表层之下。120年后,科雷马河的洪水开始侵蚀河岸,而永久冻土的融化加速了这个侵蚀过程。

    在20世纪90年代启动的一个研究项目中,来自俄罗斯新西伯利亚的病毒学和生物技术国家研究中心的科学家化验了石器时代的古人类遗骸,它们是在西伯利亚南部的阿尔泰山地区发现的。他们还化验了19世纪病毒流行期间死者的尸体样本,这些尸体是从俄罗斯永久冻土中挖掘出来的。

    研究人员称,他们已经发现这些尸体具有患天花后留下的症状。虽然他们没有找到天花病毒本身,但他们已经检测到天花病毒的DNA片段。

    在2005年的一项研究中,美国航空航天局 (NASA) 的科学家们成功复活了封存在阿拉斯加一个冰冻池塘中长达3.2万年的细菌。这种叫做“更新世肉食杆菌”的微生物,自更新世以来就一直被封冻,当时毛茸茸的猛犸象仍然在地球上漫游。一旦冰层融化,更新世肉食杆菌就开始四处游动,似乎未受冰冻的影响。

    两年后,科学家们成功复活了在冰下蛰伏长达800万年的细菌,这些细菌休眠于南极的信标和穆林斯山谷的冰川之下。在同一项研究中,科学家还复活了从已存在10万年的冰层中采集到的细菌。

    但是,并不是所有冰冻在永久冻土之下的细菌都会复活。炭疽杆菌之所以能做到,是因为它们能产生孢子,孢子生命力异常顽强,在冰冻状态下能存活超过一个世纪的时间。

    其他能产生孢子的细菌也能在永久冻土中存活,包括破伤风菌和肉毒杆菌。肉毒是一种能导致瘫痪甚至致命的罕见病,肉毒杆菌是导致肉毒的病原体。此外,一些真菌和病毒也能在永久冻土中存活很长时间。

    巨型病毒生命力非常顽强

    倘若古老病毒真的爆发,那么 巨型病毒一定是最有可能的罪魁祸首。因为在已知的病毒中,巨型病毒几乎不可能被破坏。

    在2014年的一项研究中,克拉瓦里领导的一个研究团队复活了被封存在西伯利亚永久冻土中长达3万年的两种病毒———西伯利亚阔口罐病毒和西伯利亚软体病毒,两者都是“巨型病毒”,因为不像大多数的普通病毒,它们的体型相对“巨大”,利用常规显微镜就能观察到。它们是在西伯利亚沿海冻原地下约30米处被发现的。

    ▲西伯利亚的永久冻土带

    一旦它们复活,就迅速变得具有传染性。对我们人类而言幸运的是,这些特殊的病毒只感染单细胞的变形虫。不过,该研究仍然表明,其他真能感染人类的古老病毒可能会以同样的方式复活。

    而且,全球变暖并不一定直接通过融化永久冻土来对人类构成威胁。古老的冻土层也可能因人类采矿和钻探作业中的挖掘而暴露出来。

    倘若任何此类病毒真的爆发,那么,巨型病毒是最有可能的罪魁祸首。因为光照、脱水或自发的生化降解,大多数病毒在宿主细胞外就迅速失活,一旦它们的DNA受损至无法修复,其病毒颗粒将不再具有传染性。但是,在已知的病毒中,巨型病毒往往生命力非常顽强,几乎不可能被破坏。

    专家警告说,来自最早居住在北极的古人类的病毒可能会再次出现。我们甚至能看到来自早已灭绝的古人种的病毒,比如尼安德特人和丹尼索瓦人,这两个人种都曾在西伯利亚定居过,并受各种病毒性疾病困扰。科学家已在俄罗斯发现距今3万至4万年前的尼安德特人的遗骸,说明成千上万年前,人类曾在那里居住,生老病死。

    科学家能从早已灭绝的尼安德特人的遗骸中提取病毒,这种可能性表明,可以把病毒从地球上根除的想法是错误的,它给了我们一种虚假的安全感。

    2014年以来,克拉瓦里的研究团队一直在分析永久冻土层的DNA含量,寻找可能感染人类的病毒和细菌的遗传特征。他发现了很可能对人类有危险的许多种细菌的证据。这些细菌具有编码毒力因子的DNA,毒力因子是致病细菌和病毒产生的分子,能增强其感染宿主的能力。“这就是为什么我们要维持疫苗库存的原因,仅仅是以防万一。”他说。

    ▲冻土下封存已久的病原体随着驯鹿迁徙向外扩散

    古老微生物已对抗生素耐药

    很多种类的真菌和其他一些细菌,会自然产生抗生素,从而获得胜过其他微生物的竞争优势。

    似乎从人类身上断绝的病原体也将从其他地方出现,而不只是从冰层或永久冻土中。

    今年2月,NASA的科学家们宣布,在墨西哥一个矿井的水晶中发现了存活1万至5万年的微生物。

    在美国新墨西哥州地下约300米处的龙舌兰洞穴中,科学家发现了更古老的细菌。这些微生物在不见天日的地下存活了400万年之久。不知为何,这个洞穴中的细菌竟然已对18种抗生素具有耐药性。在2016年12月发表的一项研究中,研究人员发现,这种被称为“类芽孢杆菌LC231”的细菌,对70%的抗生素具有耐药性。

    显然,如此古老的抗生素耐药性不可能是在临床上使用抗生素而形成的。原因是很多种类的真菌和其他一些细菌,会自然产生抗生素,从而获得胜过其他微生物的竞争优势。

    在缺少食物的洞穴中,生物要想生存下去,就必须残忍无情。像类芽孢杆菌这样的细菌,可能不得不进化出抗生素耐药性,以避免被对手生物杀死。

    这可能解释为什么这些细菌只对来自细菌和真菌的天然抗生素产生耐药性,这种抗生素在我们使用的所有抗生素中,占据大约99.9%的比例。

    领导这项研究的美国俄亥俄州阿克伦大学微生物学家黑泽尔·巴顿指出:“我们的研究工作,还有其他人的研究工作,表明抗生素耐药性并非一个新概念,我们发现的生物与地表生物隔绝了400万至700万年,但它们与地表物种具有的抗生素耐药性在遗传学上是一样的。这意味着这些耐药性基因至少存在了400万至700万年,而不是人类用抗生素治疗疾病才产生的。”

    尽管类芽孢杆菌本身对人类无害,但理论上它能把其抗生素耐药性传给其他病原体。然而,由于它被隔绝在地下400米深的洞穴中,这种事情似乎是不可能发生的。

    不过,天然的抗生素耐药性在微生物中很可能非常普遍,从融化的永久冻土中出现的很多细菌可能已经具有抗生素耐药性。与此推断一致的是,在2011年的一项研究中,科学家在俄罗斯和加拿大之间的白令海地区,发现了在永久冻土中潜伏了3万年的细菌,并提取了其DNA。他们发现其基因编码了对β-内酰胺、四环素和糖肽抗生素的耐药性。

    对于这一切,我们应该感到几分担忧? 有一种论点认为,由永久冻土中的病原体造成的危险,本质上是不可知的,所以我们不应该刻意为此担忧。相反,我们应该专注于气候变化方面更加确定的威胁。例如,随着地球变暖,北半球国家将变得更容易发生通常“南半球国家”才出现的疾病,比如疟疾、霍乱和登革热,因为这些病原体在更高的气温下会茁壮成长。

    另一种观点认为,我们不应该仅仅因为不能量化永久冻土中的病原体造成的危险,而忽视这些危险。

    “根据我们以及其他人的研究结果,现在看来,永久冻土中的致病性微生物复活并感染人类的可能性并非是零,”克拉瓦里指出,“这种可能性有多大还不知道,但确实存在。有可能是用抗生素能医治的细菌,也可能是具有抗生素耐药性的细菌或病毒。如果病原体与人类已经很长时间未接触,那么,我们的免疫系统可能没有做好抵御它们的准备。所以,这就可能存在危险。”(蔡立英 编译)

    *文汇独家稿件,转载请注明出处。


    0
    !我要举报这篇文章
    网友评论
    声明 本文来源:乡镇之家GOVZ.CN,转载请注明出处。本文由乡镇之家注册用户发表,不代表乡镇之家完全赞同其观点和对其真实性负责。本网转载其他来源的作品如涉及侵权请及时联系我们,我们将在24小时内予以删除!