冻土融化释放远古细菌病毒?

西伯利亚冻原上的冻土

纵观历史,人类细菌病毒一直处于其生其存的关系。从瘟疫到天花,人类在抵抗它们的过程中不断进化,作为反击,它们也不断演变出新的形式以感染人类

自从亚历山大·弗莱明发现青霉素以来,人类拥有抗生素的历史已近一个世纪。与此同时,各类细菌也在不断进行演变,最后发展成具有抗生素耐药性的新病菌。这场较量是无止境的:首先人类需要花费大量时间确认新病原体的形式,即便如此,有时还是会陷入难以避免的僵持局面。

如今,气候变暖使得永久冻土逐渐消融,而沉睡在其中的古老病毒细菌可能会随着冻土融化被释放出来,重新恢复生机。当存活了数千年或人类从未遇过的远古致命细菌病毒突然出现在人类面前,人类是否会遭遇灾难性打击?

对此科学家们展开了研究。

冻土融化带来什么?

2016年8月,炭疽疫情“重返”位于北极圈两伯利亚冻原遥远一角的亚马尔半岛,致使一名12岁男童染病死亡,另有至少20人因感染炭疽杆菌入院治疗。

当地政府将这场疫情归因于2016年夏季异常炎热的天气,称热浪致使那里的永久冻土融化,而75年前埋藏在冻土层、曾受感染的驯鹿尸体是这轮疫情的病源。

高温导致冻土融化,被冻土包裹的驯鹿尸体随之暴露出来,导致了炭疽桿菌孢子的释放和传播,造成了超过2000头驯鹿死亡,还有少数人被感染

永久冻土细菌长期保持活性的理想蛰伏地,蛰伏期也许长达一百万年。这意味着冰土融化可能会打开疾病这个“潘多拉的盒子”,给人类生存造成严重威胁。

法国艾克斯—马赛大学进化生物学家让—米歇尔·克拉弗里说:“多年冻土是微生物和病毒的栖身之所,那里冰冷无氧,而且没有光线。”可导致人类或动物感染的病原体病毒可能会保留在原来的永冻层中,这其中包括过去引起全球流行病的一些病毒

更令人恐惧之处在于冻土之下可能还潜伏着一些人类尚未探明的病毒

永久冻土中,有埋藏了几个世纪的人类和动物残骸,所以有其他传染性物质从中释放也是不难想象的。例如,科学家已经在阿拉斯加苔原的公墓里的尸体上发现了完整的1918年西班牙流感病毒。天花和黑死病病毒可能埋在西伯利亚冻土下。

在2011年的一项研究中,鲍里斯·雷维奇和玛丽娜·波多拉尼亚娜写道:“由于永冻层融化,18世纪和19世纪的致命病原体可能会重回人类世界,特别是在埋葬那些受害者的墓地附近。”。

例如,在19世纪90年代,西伯利亚地区出现了大量天花病毒。其中一个城镇失去了40%的人口,他们的尸体被埋在科利马河畔的永冻土上层。120年后。科利马的洪水开始侵蚀河堤,而多年冻土融化加速了这一侵蚀过程。

在20世纪90年代开始的一个项目中,来自新西伯利亚病毒学和生物技术国家研究中心的科学家对在西伯利亚南部戈尔阿尔泰地区发现的石器时代的人体残骸进行了检测。他们还对在19世纪病毒流行期间死亡、如今仍埋在俄罗斯永冻土中的男子尸体进行了检测。

研究人员说。他们发现尸体上残留着天花疤痕。虽然他们没有在尸体上提取出天花病毒,但检测到了天花病毒DNA的片段。

800万年前的细菌

毫无疑问。这并不是这些冻土层中病原体的第一次苏醒。

在2005年的一项研究中,美国航空航天局(NASA)的科学家成功地复苏了在阿拉斯加一个冷冻池塘中存活了3.2万年的细菌。自更新世时期以来。这一被称为肉芽孢杆菌的微生物就开始被冷冻至今。冰融化时,它们得以释放,重获生机。

两年后,科学家成功恢复了有800万年历史的细菌,这些细菌处于休眠状态,分布在南极灯塔和马林斯山谷的冰山表面之下。在同一研究中,科学家们还复苏了有10万年历史的冰川层中的细菌

然而,并不是所有的细菌都可以在冻土中保持活性。炭疽杆菌具备这种条件。是因为它形成的孢子生命力强,可以在永久冻土中存活一个世纪以上。

在2014年的一项研究中,克拉弗里领导的一个小组重新“复活”了三万年前被埋藏在西伯利亚永冻土中的两种病毒。这两种都是“巨型病毒”,被称为西伯利亚阔口罐病毒和西伯利亚软体病毒,因为比大多数病毒大,它们可以在常规显微镜下被观察到。它们发现于沿海冻原地下30米深处的永久冻土层。

一旦它们复活,病毒就会迅速恢复传染性。幸运的是,这些特定病毒感染单细胞的变形虫。然而,研究表明,可以感染人类的其他病毒可能会以同样的方式复苏。

巨型病毒

永久冻土融化并不是全球变暖对人类构成威胁的唯一方式。由于北极海冰融化,海平面上升将会危及两伯利亚北岸。与此同时,当地包括采矿在内的行业以及石油和天然气开采业开始前景大好。

克拉弗里说:“目前这些地区荒无人烟,深层的永久冻土层无人开发。然而,挖掘和钻井作业可能会触及这些古老的冰层。如果其中埋藏着具有活性的病毒,就可能会给人类带来灾难。”。

这种情况下最有可能爆发的病毒就是巨型病毒

克拉弗里解释道:“由于光照、干燥或自发的生化降解,大多数病毒会在宿主细胞外被迅速灭活。例如,如果它们的DNA损坏的程度不可修复,那么病毒将不再具有传染性。然而,在已知的病毒中。巨型病毒最为复杂,难以被攻克。”。

克拉弗里认为,曾经在北极大量滋生的第一批病毒可能会再次出现。远古人类尼安德特人和丹尼索万人,都曾定居在两伯利亚,饱受各种病毒性疾病折磨。

“我们可以从灭绝已久的尼安德特人处获得病毒可能性表明,将病毒从地球上斩草除根的想法是错误的,这给予我们一种虚假的安全感。”克拉弗里说道。“这就是保存疫苗库存的必要性所在。”。

在西伯利亚冻原发掘的远古人类尼安德特人残骸。

自2014年以来,克拉弗里一直在分析永冻层中的DNA含量,寻找可能感染人类病毒细菌的遗传特征。他已经发现许多细菌可能人类造成威胁的证据。细菌具有编码毒力因子的DNA:即致病细菌病毒产生的分子,可增强感染宿主的能力。

目前,有研究表明人类已攻克的病原体重返大地的方式不只有通过冰川或永久冻土,还有其他方式。

具有耐药性远古细菌

2017年2月,NASA科学家宣布,他们在位于墨西哥北部纳西省一个矿山的晶体洞穴中发现了存活了10万至50万年的细菌

洞穴中有许多乳白色的亚硒酸盐矿物晶体,数十万年前就已形成。

这种细菌被冻结在矿物晶体中的细小流体内,一旦解封,它们就会复苏并开始繁殖。这种细菌具有遗传特异性。可能是新物种,但对此还没有明确的研究结果。

在新墨西哥州距离地下1000英尺的列楚基耶洞穴中还发现了更古老的细菌——长达400万年没有见过阳光。

尽管如此,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菌株LC231的细菌对70%的抗生素都具有耐药性

由于这种细菌四百万年来在洞穴中处于完全孤立的状态,未曾接触过人类抗生素药物。却具有抗生素耐药性,这意味着其耐药性是以其他方式发展而来的。

科学家们认为这种对人类无害的细菌具有抗生素耐药性是自然进化的结果。这表明抗生素耐药性已经存在了数百万年甚至数十亿年。

但是显然,由于抗生素的普遍使用,这种古老的抗生素耐药性不能应用于临床医学中。

这样做的原因在于,许多类型的真菌和细菌会在自然进化的过程中产生抗生素,以获得竞争优势。弗莱明就是利用这一特点首先发现了青霉素:培养皿中的细菌被一种抗生素排泄物感染后就死亡了。

在那些没有食物的洞穴里,生物需要不择手段才能得以生存。像类芽孢杆菌这样的细菌可能就因此不得不进化产生抗生素耐药性,以避免被对手杀死。

这将解释为什么细菌只能抵抗来自细菌和真菌的天然抗生素,这些抗生素占我们使用的所有抗生素的99.9%。细菌从来没有遇过人造抗生素,所以对此没有抵抗力。

负责这项研究的俄亥俄州阿克伦大学的微生物学家黑兹尔·巴顿说:“科学研究表明抗生素耐藥性并不是一个新概念。许多微生物四到七百万年前就与表面物种彼此隔绝,但它们的抗性在遗传上还是与表面物种相同。这意味着这些基因早就存在,而不是人类使用抗生素治疗疾病才演变而来的。”。

然而,天然抗生素耐药性可能非常普遍,许多融化永久冻土中释放的细菌可能具备。对于这一假设,在2011年的研究中,科学家对在俄罗斯和加拿大之间的自令宁地区具有3万年历史的冻土中发现的细菌提取了DNA。他们发现该细菌具有对β—内酰胺、四环素和糖肽抗生素的抗性基因。

那么,对于这一问题究竟该抱以怎样的态度?

一种观点是永冻层病原体的风险本质上是不可知的,所以不用太过忧心忡忡。相反,应该把莺点放在气候变暖带来的更为明确的威胁上。例如,由于气候温润会加快这些病菌的繁殖速度,因此逐渐变暖的北方国家将更容易发生“南方”疾病,如疟疾,霍乱和登革热等。

另一种观点是。不应忽视这种风险,因为它不可量化。

工作表明,病原微生物复苏从而感染人类可能性是存在的。”克拉弗里说。“多大可能无从得知。但确实存在可能性。它可能是具有抗生素耐药性细菌病毒。如果是人类长期内不曾接触过的病原体,那么我们的免疫系统对此也无法抵御。如此来看,这可能是灾难性的威胁。”。

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