在海拔超过20,000英尺的喜马拉雅山脉，牦牛是你唯一的交通工具之一。需要几十头毛茸茸的野兽才能将一整块冰川核心运回冷藏卡车，每头牦牛背上大约能驮负40英尺的冰段。“我们得有一大群牦牛，”俄亥俄州立大学的古气候学家兼冰川学家Lonnie Thompson说，他曾多次参加这种钻探和提取冰芯的探险活动。“牦牛有点像猫，它们有自己的主意。”他告诉《科学美国人》。但如果你能驯服它们（在藏语向导的帮助下），你就获得了古代生态历史的一瞥。
在冰芯内部，你可能会发现前所未有的东西——例如，1705种病毒的保存基因组，它们可以追溯到41,000年前。一篇于8月26日发表在《自然地球科学》杂志上的研究，正是对这一切进行了呈现和分析。Thompson和一组跨学科的研究人员从青藏高原的古里雅冰川采集的冰芯中，发现了并分类了比我们以往从冰川中获得的病毒信息多约50倍的物质。这些发现为我们了解地球气候的过去提供了一个窗口，并有助于我们更好地理解我们正迈向的微生物未来。
病毒塑造世界
很多时候，当你看到关于冷冻病毒的新闻标题时，它们都在谈论人类面临的从永久冻土中复苏的病原体风险——就像2016年，据认为土壤解冻引发了西伯利亚的炭疽病爆发。幸运的是，从古里雅冰芯中提取的1705个基因组都来自原核生物病毒；它们感染的是细菌和古菌，而不是人类、动物，甚至植物。
尽管如此，这些古老的微生物曾经在当地环境中扮演着至关重要的角色，通过选择压力和病毒介导的基因转移等过程，从底层主导着多样性和进化，俄亥俄州立大学的微生物学家Matthew Sullivan说，他与Thompson是该研究的共同高级作者。“病毒甚至可以塑造生态系统的生态代谢（即从环境中吸收哪些化合物，哪些化合物作为副产品产生，以及其速率），”他补充道。“在这些冰川档案中，存在着可能在冷冻前对过去发挥过关键生态作用的病毒，”研究人员在研究中写道。
“这些数据对于提出任何关于地球过去是什么样的都至关重要，”Sullivan说。“现在收集这1700个基因组，使得在其他地方从事冰川工作的科学家能够解锁这些‘冰柜’中的故事。”目前，这些长期保存的病毒物质表明，气候变化在指导和影响微生物群落。
气候塑造病毒
科学家们从310米（约1016英尺）长的冰芯的九个部分提取了他们所能找到的所有DNA，每个部分代表着不同的时间跨度和气候时期。最年轻的样本来自160年前，最古老的则来自41,000多年前。他们将每个样本中的DNA混合在一起，并采用宏基因组分析技术，尽可能多地从产生的“遗传汤”中分离出单个病毒株。他们发现，根据冰芯中每个深度和时间点所捕捉到的气候条件，病毒群落的面貌差异显著。“我们看到了生活在寒冷气候和温暖气候下的病毒之间存在明显的转变，”Sullivan解释道。
在我们星球的过去，在寒冷时期，古里雅冰川的病毒群落倾向于恢复到相似的（尽管不完全相同）组成。相比之下，每个温暖时期都有一个完全不同的病毒物种组合。微生物最多样化和最独特的混合体来自于约11,500年前，当时正经历着从最后一个冰期到稳定温和的全新世的重大转变。Sullivan说，那段时期“与其他所有样本的病毒共享量最少”。“这很有趣，因为这是这41,000年时间段中的一个重要时刻，”Sullivan说。Thompson补充说，那是“那个时间段内气候变化最剧烈的时期”——因此，看到它在病毒群落中得到反映，表明气候与微生物之间的联系有多么紧密，以及气候如何从根本上影响一个生态系统的进程——从感染微小细菌的微小病毒，一直到其他一切。
融化的博物馆
额外的分析揭示了许多病毒的可能宿主，以及病毒是如何改变这些宿主的生理功能和代谢模式的。最后，科学家们将他们的样本与已知的病毒记录进行了比较，并评估了这些微生物的生物地理起源。他们发现，从冰芯中收集的大部分已识别病毒——超过70%——是古里雅冰川特有的，在地球其他地方从未发现过。总病毒中只有12%在亚洲以外的地区也有发现，不足1%曾在非冰川环境中被记录到。
这项新研究迄今为止是同类研究中最全面的——尽管它只是来自一个冰川的一根冰芯。我们正处于这种微生物分析的早期阶段。但随着未来更多的研究和更多的冰芯，对古代冷冻病毒的更好理解将有助于我们更好地预测我们自己的未来，Sullivan说。“我们正处于人类世的宏大实验之中，”他解释道。“这些冰的记录让我们得以一窥数万年前、在不同气候情景下，（微生物）群落的样子。”
很快，气候学家就能将这些信息纳入他们的评估和预测中。一些看似简单但难以回答的问题，例如“湿地还是森林是二氧化碳的汇或源？”，可以通过理解病毒、细菌代谢和气候之间的联系来阐明，他补充道。“拥有这样的基因组资源对于增强我们的建模能力至关重要。”也就是说，如果我们能在数据消失之前收集到的话。
冰川独特地适合储存和保存遗传数据和生物物质。它们记录着它们凝固时的空气和环境中的一切。随着冰川的融化，这些宝贵的古气候历史银行也随之消失。“随着冰的消融，我们正在失去病毒多样性，”Sullivan说，而我们还不足以理解这意味着什么。幸运的是，Thompson已经带着一群国际科学家和一队牦牛，准备前往进行下一次采样任务，以将新发现的又一批成果运下山。
