全球变暖带来新威胁，冰川冻土微生物是敌是友？
这是《肠道产业》第 905 篇文章
编者按
微生物无处不在，从人体、空气、湖泊，到已存在世上数万年的冰层与冻土之中。随着气候变暖，冰川与冻土不断融化，这些被困数万年的微生物或将重见光明。它们会对我们产生威胁吗？会引发下一次全球性疫情吗？
今天，我们共同关注冰川、冰原和永久冻土中的微生物。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。
冰雪融化，万物复苏
2019 年 11 月，美国国家科学院、工程院和医学院举办了一次研讨会，以商议如何对付一种新出现的疾病威胁——并不是新冠肺炎，他们早在新冠发生的几个月前就开始讨论这件事情了。事实上，他们正在试图弄清楚如何处理这群被困在冰川、冰原和永久冻土中的微生物，这些微生物正随着全球变暖和冰川融化而被陆续释放出来。
在会议期间，来自俄罗斯科学院的 Alexander Volkovitskiy 讲述了一件令人震惊的事件。这件事情发生于 2016 年的俄罗斯北部海岸的亚马尔半岛。
亚马尔半岛的原住民在岛上放养了数十万只驯鹿。2016 年的那个夏天，气温反常地暖和，导致一些永久冻土融化了。而这些冻土中有着可引起炭疽病的细菌，它们被困于半岛上的冻土中一个多世纪了，2016 年异常的天气让它们得以从土壤中冒出来，并像野火一样传播开来，引发了一场疫情。在这场疫情得到控制之前，有 2000 多头驯鹿因此死亡，并且导致数十人感染，包括一名死亡的无名男孩。
这个故事可能预示着即将发生的事情。随着地球冰区融化，长期休眠的微生物将不可避免地重现于阳光之下。永久冻土中的有机物中充满了微生物，甚至冰川和冰原也不是人们曾经想象的那种原始环境。
这些微生物中的一些已经被困了数百万年，随着全球变暖，它们被解冻并复活的可能性有多大？如果它们复苏了，它们会给人类带来什么样的风险？我们有可能接触到曾经感染尼安德特人和丹尼索瓦人的古老微生物吗？如果我们要与这种潜在威胁作斗争，那么上述这些问题都需要我们一一回答。
地球表面约 10%被冰雪覆盖：横跨 1570 万平方公里的南极洲和格陵兰岛大冰原，巨大的漂浮在海上的冰块，无数沿着山坡和山谷缓缓滑落的冰川。仅北半球就有 2300 万平方公里的永久冻土，主要分布在西伯利亚、青藏高原和北美的偏远地区，这些土壤至少连续两年保持在 0℃ 以下。
然而，气候变化正在改变这一切。温室气体的排放已使地球温度升高了 1.1℃。在北极，全球变暖导致的温度上升至少是这个数字的两倍，甚至可能是三到四倍。北极海冰的面积正在缩小，2050 年海冰面积可能会下降到 100 万平方公里以下。冰川正不断地向山谷深处退缩，而南极洲和格陵兰岛的冰层正慢慢地从边缘开始崩塌。
随着这些变化的发生，藏在冰雪和永久冻土中的东西都会被释放出来，所以我们需要知道那里究竟有什么微生物。
最早的探索之一发生在一个多世纪前——1911 年至 1914 年的澳大拉西亚南极探险。这是一次令人悲伤的事件，在该次探险中，两名队员死亡，还有一名队员精神崩溃。但探险队的首席医生 Archibald McLean 成功地从南极冰层中培养出了细菌、真菌和原生动物，甚至当他向冰层下挖了 2 米多时，依然发现了生命。
McLean 在 1918 年的《自然》杂志上发表了他的发现。他颇有远见地提出，这些微生物被风带到了南极洲，然后像雪花一样落到了这片地上。他写道：“当它们到达冰面时，冰冻的生物体......开始了新的生命史。”
冰里是否有病原体？
从那时起，人们已经清楚地认识到，冰雪可以容纳繁多的微生物。例如，2013 年，密歇根理工大学的 Trista Vick-Majors 探究了惠兰斯湖，该湖位于西南极冰原表面以下 800 米处。
“我本以为我们能检测到什么东西都是意外幸运了，”她说，“结果那里存在的东西比我们预期的要多得多。”随后的研究发现，尽管寒冷和黑暗，但整个生态系统中具有不同生活方式的细菌和其他微生物都生活在一起。
也许我们不应该感到惊讶：惠兰斯湖是由液态水构成的，即使它位于一个相当极端的地方。当温度在 0℃ 的上下几度之内时，许多微生物仍然可以生存。例如，在南美洲安第斯山脉的冰川上，冰晶之间有涓涓细流，智利科技、知识和创新部的 Pamela Santibáñez 在这里发现了大量的微生物。她说：“我可以在雪和冰之间看到活动细菌。”
然而，当你深入冰原，进入有数千年历史，且远比 0℃ 更冷的冰层时，生命会变得稀少。Santibáñez 和她的同事们还在南极西部冰架分界线的冰芯中寻找微生物，该冰芯有着 6.8 万年前形成的冰。
几千年来，微生物的丰度不断变化，且受到气候变化的影响。而且，较老冰层中的微生物受到了严重破坏。Santibáñez 说：“在零下 30℃ 的冰层中发现的细胞已经被冻存了 2.5-3 万年，它们的状态非常糟糕。”
不过，这传递了一个令人放心的信息是：虽然我们可以在几千年前的冰层中检测到微生物，但微生物的数量很少，而且它们并不是很茁壮。然而，这并不意味着冰层中什么都不能存活。
在 2007 年的一项研究中，研究人员设法从 800 万年前的南极冰层中培养出细菌。幸运的是，那些经受住了严寒考验的并不是那些让人生病的细菌。事实上，感染人类的细菌适应于在我们的体温下生活，所以它们不太可能在零度以下长期生存。
真菌也是如此。已知约有 300 种真菌对人类有致病性，包括新生隐球菌，它可能导致危险的肺部感染。从北部的格陵兰岛和斯瓦尔巴特群岛到南部的南极洲的冰层中，乃至冰川消退时留下的泥浆中都发现了真菌。而且，南极洲的冰层出现了可以在实验室里生长的真菌。但再次提醒，这些真菌数量很小，它们不是对我们有危险的物种。
这一模式也适用于冰川冰，尽管它通常比冰原更年轻、更不冷。“冰川是地球上最干净的地方，”俄亥俄州立大学花了几十年的时间探索这些冰河的 Lonnie Thompson 说，“当我们在野外的时候，会喝那些冰川融化的水。到目前为止，我们的实地考察队中没有人因饮用这种水而出现任何问题。”
因此，看起来我们似乎不必太担心从冰原和冰川中涌现出的细菌和真菌。但是病毒呢？那些只是简单活着的微小结构。
被冰冻的病毒
1999 年，研究人员在格陵兰岛存在 14 万年的冰川中发现了一种可以感染西红柿和其他植物的病毒。五年后，另一个小组提出，冰可能作为致病病毒的储存库，包括甲型流感病毒、引起胃肠炎的 caliciviruses 病毒和某些肠道病毒（包括脊髓灰质炎病毒）。不过，几乎没有证据支持这一观点。
其他相关研究的结论令人放心。而且，尽管一项在极咸的北极水中发现了大量的病毒，但大多数病毒是专门感染细菌的，不会对人类构成风险。
同样，Thompson 团队 2021 年在西藏的冰芯中发现了一系列病毒，那里的冰层有高达 1.5 万年的历史。不过这些病毒大多数也是只感染细菌。“在较温暖的冰川表面上会存在微生物和病毒，”Thompson 说，“细菌是可以在寒冷中生存的物种，而病毒则寄生在它们身上。这是一个生态系统。”
与细菌相比，关于冰中病毒的研究要少得多。但是我们确实知道它们是被风吹向那里的，而且病毒只有在大量存在时才具有传染性。Vick-Majors 认为这些事实令人振奋。“降落在那里的那波空气中可能含有几种对人体有害的病原体，”她说，“我只是不认为它们会有足够多的、能构成威胁的数量。”
虽然冰川和冰原释放的微生物不太可能让我们生病，但它们也不是完全无害的。
“它们将进入河流系统，”英国格拉斯哥大学的 Karen Cameron 说，“它们将被埋在湖泊、峡湾下游环境和近岸环境中的沉积物和有机质堆积物中。”
她已经证明，格陵兰冰原融化的水将微生物带到下游很远的地方，这些微生物很可能可以在它们的新家保持活跃。这些生物中有许多是稀有的，因此没有得到很好的研究，很难预测它们会做什么。
Cameron 说：“我们真的不知道生态将如何变化，以及这种生态变化会带来什么样的后果。”
为什么要担心冻土里的微生物？
然而，在这一点上，你可能想知道为什么美国国家科学院担心来自冰冻地区的疾病。关键是虽然冰是相当安全的，但永冻土却不是。土壤等有机物是更适合病原微生物生长的环境，因此永冻土很可能含有各种有害物质。
2016 年俄罗斯爆发的炭疽热只是一个例子。在阿拉斯加冻土中挖掘出的人类遗骸中已经发现了 1918 年西班牙流感病毒的完整基因组。在一具有 300 年历史的西伯利亚木乃伊中发现了一种变种病毒，该病毒与导致天花的病毒有关。有 700 年历史的冰冻驯鹿粪便被证明含有两种病毒的基因痕迹，尽管这两种病毒并不会感染我们。
一类被称为巨型病毒（giant viruses）的微生物也出现了。2014 年，法国艾克斯-马赛大学的 JeanMichel Claverie 领导的一个研究小组在西伯利亚永久冻土中发现了它们。
这些阔口罐病毒不同于大多数已知的病毒，它们体型更大，基因组更精细，并且它们在冰中完好无损地保存了 3.4 万年。它们不会对我们构成威胁，因为它们会感染被称为原生动物的单细胞动物。
但是这些病毒的石器时代起源提出了一种耐人寻味的可能性，即解冻的永久冻土可能使人们接触到曾经生活在该地区的现已灭绝的祖先人类所感染的病原体。
Claverie 的团队在研究整个生物群落的遗传物质时也发现了其他病毒，或者至少是其他病毒的基因。
他说：“当我们做宏基因组分析时，我们确实看到了与常见病毒相对应的序列信号。”其中一些显然是不受欢迎的，包括痘病毒和非洲猪瘟病毒。“我们在序列方面看到了许多经典的病毒。”
Claverie 说，“我们当然不会试图恢复这些，因为那将是危险和愚蠢的行为，而且我们不想成为下一次大流行疾病的一部分。”然而，他认为真正的风险在于危险的病毒可能会意外地从永久冻土中逃出。
Claverie 说，冰冻的北部部分地区现在正在被开发。例如，在西伯利亚，露天煤矿有时会在靠近人们居住的地方挖掘。这需要移除可能有几十万年历史的永久冻土层。“你不知道那里有什么，”他说，“这都是在公开场合进行的，而不是在某个生物安全的实验室。这里才是真正的危险所在。”
美国国家科学院对此表示赞同。参加 2019 年会议的代表们得出结论，我们需要加强北极的疾病监测，以尽快发现任何疫情，并将其扼杀在萌芽状态。这是基本的公共卫生做法，但挑战在于如何在偏远地区建立和运行这些系统，因为那里的原住民有时对西医持怀疑态度。
对我们大多数人来说，要做的事情就是正确看待这一点。危险是真实的，且需要积极应对，但它并不预示着世界末日的到来。
“我不认为现在的猜测会发生，即一些全球性的大流行病会从北极解冻开始并蔓延到全球，”Vick-Majors 说，“但这肯定会对北部地区产生威胁。”生活在北极和西伯利亚等地的人们已经看到他们周围的环境正在融化。现在，他们面临着致命感染的额外威胁。除非我们采取行动，否则2016年的炭疽疫情可能是众多疫情中的第一起。
原文链接：
https://www.newscientist.com/article/mg25333743-200-could-ancient-viruses-from-melting-permafrost-cause-the-next-pandemic/
作者｜Michael Marshall
编译｜Alex Zhang
审校｜617
编辑｜咲