在 新冠肺炎大流行初期，当大多数美国人还在外出就餐、过着正常生活时，一位中国科学家向缅因州巴港杰克逊实验室的高层发出了紧急请求。这位研究人员因新型肺炎样疾病的传播而处于封锁状态，他想知道美国这家专门从事小鼠繁殖和研究的机构是否拥有能够感染该疾病的实验小鼠。
数十年来，科学家们一直在研究非人类动物，以更好地理解传染病。这些物种被用于测试疫苗和治疗方法，而最近，科学家们一直在研究这些生物，以寻找它们的哪些病毒可能感染人类——这个过程被称为跨种传播。事实证明，杰克逊实验室确实有能力培育出一系列基因改造小鼠，这些小鼠能够模拟新冠肺炎在人类身上的某些感染特征。
迄今为止，该机构已向全球运送了超过147,000只这类动物，它们被用于测试疫苗候选物和新冠肺炎治疗方法。
尽管在本次大流行中，研究人员知道小鼠的用途很大，但他们也明白小鼠仍然是一种不完美的、仅凭自身不足以应对下一次大流行的工具。在日益加速的努力中，越来越多的其他生物被定期在野外招募并带入实验室，以理解并可能阻止下一次传染病的发生。其中一些，例如白尾鹿，是感染人类的疾病（如新冠肺炎和莱姆病）的安全宿主。另一些，包括作为食物饲养的鸡、牛和猪，也携带病毒，它们在彼此之间传播病毒，并传播给包括人类在内的其他动物。然后，还有蝙蝠——这是跨种传播事件的另一个已知媒介，并且是关于新冠起源的追溯中激烈争论的课题。
这一切都不容易，而且系统研究和归档这些不同物种的数据所需的相应基础设施往往比无处不在的小鼠要复杂得多——也昂贵得多。但病毒学家和疾病专家表示，这是值得的，就像当前结合使用这些生物“方舟”和预测性的人工智能驱动的计算机模型来帮助缩小潜在交叉点的搜索范围的努力一样。它们共同构成了大流行病研究的前沿。
能否阻止下一次疫情爆发，仍然是一个令人担忧的不确定性——尤其是在新冠时代，这使得进行动物病原体研究的机构受到高度审查。但像芭芭拉·汉（Barbara Han）这样的科学家，一位纽约米尔布鲁克卡里生态系统研究所的疾病生态学家，认为涉及多种动物物种和多种计算机模型——以及不顾风险地广泛分享新信息的意愿——的多样化策略是关键步骤。
汉说，我们通常对付许多病原体的方式是：“我们等待某种东西出现，然后我们找出是什么携带它。所以这是一种反应式的方法。”
“如果我们能预测哪些动物，然后更好地管理它们，这样我们就无需等待跨种传播，”她补充道，“那该多好？”
动物携带各种病毒，大流行病研究人员面临的一个挑战是弄清楚哪些病毒可能对人类构成潜在威胁。“我们不想把一种病毒放在实验室里，然后丢进200只蝙蝠身上看看会发生什么，”乔治城大学的生物学家科林·卡尔森（Colin Carlson）说。“我们希望找到获取这些信息的捷径。”
为此，卡尔森和其他科学家正在使用预测建模和人工智能来确定蝙蝠体内特定基因的类型，这些基因可能使它们携带的病毒更容易或更不容易跨种传播。他们的模型包括蝙蝠的翼展、饮食、寿命等等。“逻辑是，这些特征是作为一个整体在运作的，”汉说。一只蝙蝠可能携带一种对人类致命的病毒，但如果它只在远离人类的栖息地生活六个月，并且只吃其他蝙蝠不吃的某种水果，那么整体的特征组合使得跨种传播的可能性很小。
在2022年的一篇论文中，汉、卡尔森及其同事，以及俄克拉荷马大学的生态学家丹尼尔·贝克尔（Daniel Becker）创建了一个由八个模型组成的组，以确定哪些蝙蝠物种可能携带与SARS-CoV-2（引起新冠肺炎的病毒）相似的某些冠状病毒。此后一年多，他们追踪了携带病毒的新蝙蝠物种的发现，并将这些发现与他们的模型进行了比较。他们的模型在初步研究中成功预测了47个新蝙蝠宿主，此后，该团队报告已准确预测了400多个蝙蝠宿主。汉也将类似的方法应用于啮齿动物，确定了世界各地可能出现携带可感染人类疾病的动物的不同区域。
在早前的一篇论文中，汉及其合著者使用建模来确定哪些其他哺乳动物物种可能感染SARS-CoV-2。其中一个令人意外的发现是白尾鹿。“我猜我感到惊讶，”她说。“嗯，我的意思是，我并不惊讶，因为模型告诉我不要惊讶。”很快，开始有报道传出——白尾鹿大量感染了SARS-CoV-2。
汉及其合著者使用建模来确定哪些哺乳动物物种可能感染SARS-CoV-2。
卡尔森说，不幸的是，“大多数时候，这个工作流程止步于科学家发出警告。”卡尔森说，需要的是其他科学家能够利用这些数据，外出到野外，寻找更多的蝙蝠和啮齿动物，并对它们进行疾病检测。
这是贝克尔正在努力解决的问题。利用模型的成果，他希望找到“我们尚未取样的东西”。他指出，“目前，文献中存在明显的‘富者愈富’效应。”“研究得越多的物种，通常与之相关的病原体数量越多。”
这并不意味着那些蝙蝠携带的病毒就更多，或者就更危险。这仅仅意味着它们被采样得更多。贝克尔说，诀窍在于继续对科学家已知的蝙蝠进行长期研究，同时对可能携带新病毒的新蝙蝠进行调查。这些知识反过来又可以改进模型。
然而，大多数实验室发现新病毒的效率不高，不如说它们正在更多地了解已知的病毒。在科罗拉多州立大学托尼·尚茨（Tony Schountz）的动物实验室里，墙上挂着通常用于园林绿化的浅色织物，上面小小的孔洞刚好够蝙蝠的爪子穿过。墙上还装饰着金属钩，上面挂着苹果、甜瓜和香蕉——这里的动物一周或更短时间内就能吃完一整卡车的农产品。
当科学家需要捕捉动物时，他们会戴上厚厚的皮手套，伸出手，轻轻地抓住一只蝙蝠。
这些是牙买加果蝠，学名Artibeus jamaicensis。“它们不喜欢被抓住，但它们非常容易管理，”尚茨说。他的实验室研究蝙蝠的免疫系统，试图弄清楚这些动物是如何在不患病的情况下与病毒共存的，以及这些病毒又是如何最终导致人类患病的。“我们从动物园获得了我们的蝙蝠，那是在16年前，”他说。“我们开始时大约有60只，我们一直把它们养着。”
尚茨希望蝙蝠能成为更常见的模型生物，但他表示，在此之前，科学家们“需要拥有合适的工具。”如果科学家想检测小鼠免疫系统中的某种蛋白质，可以从网上订购最常见的蛋白质试剂盒。然而，对于牙买加果蝠，一切都必须从零开始开发。“当然，如果你从不同种类的蝙蝠开始，你就必须从头开始。”
在尚茨的蝙蝠群落中，研究速度比小鼠实验室慢。小鼠在怀孕三周后可以可靠地产下多达12只幼崽的多个窝，而蝙蝠每年只能产下一到两只幼崽。许多蝙蝠的基因组尚未被完全理解，因此它们的基因不容易被调整。水果也很贵。
尚茨的蝙蝠群落很棒，贝克尔说，但其他蝙蝠也携带不同的病毒，而贝克尔在中美洲研究吸血蝙蝠。他说，有些科学家确实饲养了它们的圈养种群，但“这是一项艰巨的工作——想象一下要为几只吸血蝙蝠持续维持血液储备。”
“我们开始研究迁徙的食虫蝙蝠，”他补充道，“但同样，将食虫蝙蝠养在笼子里——这也非常棘手，因为你必须有大量的面包虫。”
科学家们也对家畜（如牛、鸡和猪）感兴趣，它们常常被圈养在条件恶劣、病毒容易滋生的环境中。俄亥俄州肯特州立大学的流行病学家塔拉·史密斯（Tara Smith）将监测家畜的细菌和病毒作为她的研究目标。
在某些方面，这更容易。史密斯正在追捕的微生物是众所周知的——例如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）及其各种抗生素耐药菌株。在其他方面，她的方法更具挑战性。“猪并不高兴，”她说。“我们通常需要农民的帮助才能抓住它们，”她接着说，因为猪有400到600磅重，“你正试图把棉签塞进它们的鼻子里，它们可不喜欢。”
有些调查可以用唾液完成，这比较容易。给猪一根绳子，它们就会像狗一样啃咬它。粪便样本也同样简单——只要不挑剔收集哪只猪的粪便。
在科罗拉多州立大学托尼·尚茨的动物实验室里，蝙蝠一周或更短时间内就能吃完一整卡车的农产品。
农场动物也可能成为新疾病菌株的孵化器。在最坏的情况下，农民可能需要扑杀他们财产上的所有动物来阻止疾病传播。而希望研究新病毒的研究人员必须在受控的环境中进行，这样人们的鸡肉和培根才不会有风险。
其中一些新病毒已被带到堪萨斯州立大学生物安全研究所。在那里，像兽医微生物学家尤尔根·里希特（Juergen Richt）这样的科学家研究大型动物——从牛、猪到白尾鹿——的疾病。
猪和鹿可以用于实验室研究，但它们和蝙蝠一样，还不是很好的实验室模型。就像蝙蝠一样，大型哺乳动物的免疫学试剂盒很少。该设施的节肢动物饲养和隔离主管达娜·范兰丁厄姆（Dana Vanlandingham）说：“理论上，在小鼠身上做的事情可以在猪身上做。但这将是一项巨大的工程，而且极其昂贵。”她补充说，将实验从大量小鼠扩展到大量猪根本不可能。“猪实在太占地方了。”
里希特说，也很难找到无病毒猪，因为这些动物接触了太多的农场病原体。（找到无病毒人类同样困难。）但是，无病毒猪对于试图分离科学家需要研究的疾病效应与可能存在的其他疾病的效应至关重要。在近15年前的H1N1大流行期间，里希特不得不寻找15头无病毒母猪，然后将它们隔离在一个谷仓里，只使用它们的后代进行实验。
研究人员说，没有一种方法——无论是小鼠模型、计算机预测、蝙蝠还是牲畜——能够单独预测和预防下一次大流行病。
汉设想了一个世界，在这个世界里，人工智能可以突出显示哪些病毒中的哪些序列可能对人类构成威胁。然后，在科学家们在野外搜寻病毒的同时，这些序列可以在蝙蝠和啮齿动物的细胞中进行测试。与此同时，可以将序列反馈到模型中，以了解牲畜是否可能面临风险。小鼠研究人员可以开始制作小鼠模型来开发疫苗。在此过程中，科学家们可以共同努力，评估与世界分享他们发现的科学信息的风险和收益。
分享这类信息，当然需要特别考虑。合成生物学家、现为Gryphon Scientific顾问的瑞安·里特森（Ryan Ritterson）说，仅仅发现一种新的、潜在有害的病毒就存在一定的风险。特别是当这项发现发表在科学期刊上时，那些“想要传播病毒或创造具有有害特性的病毒的人”就可以获取到它。
这种担忧并非空穴来风。2011年，病毒学家罗恩·福希尔（Ron Fouchier）公布了对致命的H5N1病毒进行实验的结果。这种病毒通常只能传播给接触受感染家禽的人，但福希尔使用了一种实验室技术，对病毒进行了改造，使其能够通过空气传播并感染雪貂，而雪貂通常被用于研究呼吸道病毒。
尽管改造后的病毒的致死率低于原始病毒，但人们仍然担心它可能会从实验室逃逸并感染人类。此外，还有一个额外的担忧：福希尔或同一时期取得类似结果的另一组人就不应该发布这些数据。里特森说，人们担心的是，“如果我们把这个病毒的基因序列告诉全世界，一个恶意行为者是否可以直接制造这个病毒然后释放它？”
但里特森接着说，这种风险需要与分享知识的巨大好处相权衡。当这些出版物出来后，国家生物安全科学咨询委员会（一个向美国卫生与公众服务部提供咨询的专家小组）对这项工作进行了审查。里特森说，他们“基本上得出结论，出版物的潜在信息风险被传播信息给其他科学家和公共卫生从业者的公共卫生效益所抵消。”这是一个复杂的风险和收益权衡，其中每个风险和每个收益的大小都是模糊的，并且经常是主观的。
里特森看不到出版会停止的时候。他说，如果一种病毒可以在实验室中轻易获得大流行潜力，那么这种病毒很可能在自然界中也会演变成类似的形态。无论哪种情况，都存在坏人利用该病毒谋取不法之徒的风险。他补充说，预先了解的好处几乎总是大于风险。
但由于存在风险，里特森告诉Undark，像他这样的风险评估研究人员与那些在蝙蝠、猪、牛、鹿以及动物界其他地方寻找潜在令人担忧的病毒的人之间的合作，应该尽早并且频繁地进行。
“我敢打赌，双方都会觉得学到了很多东西，”他说。如果合作带来了实验或出版物的改变，“那可能会缓解，你知道，不是所有信息风险，而是部分或大部分信息风险，同时让益处得以延续。”
贝丝妮·布鲁克希尔（Bethany Brookshire）是一位自由撰稿的科学记者，也是书籍《害虫：人类如何创造动物恶棍》（Pests: How Humans Create Animal Villains）的作者。她的文章曾发表在《科学美国人》、《科学新闻》杂志、《大西洋月刊》、《华盛顿邮报》等刊物上。
