融化的北极让科学家能够接触到已灭绝很久的病毒

气候变化正在解开一个生物学奥秘宝库,这或许能帮助我们抵御一些最致命的疾病。
Gates of the Arctic National Park
在北极之门国家公园的永久冻土融化后,地貌发生了变化,使得Okokmilaga河得以流入大海。国家公园管理局气候变化应对部门

本报道与 Nexus Media 合作发布,Nexus Media 是一家提供气候、能源、政策、艺术和文化方面报道的联合新闻社。

几十年来,一位1918年西班牙流感患者的因纽特妇女,一直埋葬在阿拉斯加六英尺深的永久冻土下的乱葬坑里。但随着1990年代冰冻的地面开始融化,因纽特人社区Brevig Mission允许科学家们挖掘她。她丰厚的体脂肪使她的肺部隔绝了变暖的温度,有助于保存了其中的病毒碎片。

多亏了这项发现,研究人员得以破译病毒的基因蓝图,最近他们也因此理解了1918年流感为何如此致命。他们表示,这些见解将有助于公共卫生专家更好地为下一次大流行做好准备。

这可能是北极地区缓慢发生的灾难中,一个潜在的微小好处。气温升高正在融化永久冻土,释放出大量的甲烷,这是一种强效的温室气体。但随着大地解冻,它也可能揭示许多疾病的起源,例如猩红热或冠状病毒,帮助科学家了解过去的疫情并应对新的疫情。

“我们无法预测未来,但通过了解过去,我们就能获得关于未来可能发生什么的线索,”国家过敏和传染病研究所主任的高级顾问、2007年关于阿拉斯加西班牙流感病毒颗粒发现的论文的合著者David Morens说。他表示,确定流感的基因构成花了10年时间,他将这项工作比作将破碎的茶杯的数千块碎片粘合在一起。(如今,得益于技术进步,这项工作只需几天时间。)

最终,在去年发表的一项研究中,Morens的团队确定了1918年毒株中导致该疾病如此致命的基因。他们还确定,1957年1968年和2009年的大流行是由源自1918年毒株的病毒引起的。

“我们现在知道,1918年的病毒在基因上与今天存在的一种禽类病毒非常接近,”Morens说。

Soldiers with Spanish flu at a hospital in Camp Funston, Kansas in 1918.
1918年,士兵们在堪萨斯州Camp Funston的医院接受西班牙流感治疗。美国国家档案馆

另一篇去年发表的论文中,科学家们详细介绍了他们的研究如何用于开发一种通用流感疫苗,该疫苗可以提供针对多种不同流感毒株的保护,并消除每年接种疫苗的需要。这些发现是冰封的北极大地之下许多秘密的一部分。

“这就像一个时间胶囊。我们一直在向前研究它们,现在我们也能向后回顾了,”Morens说。“地球越变暖,将会有越多的病毒来源被揭示出来。我们很难知道我们会发现什么,但我的感觉是,当我们搜寻新地方的病毒和其他生物时,我们会找到它们。”

可以肯定的是,这是一个年轻的研究领域。科学家们才刚刚开始认识到永久冻土融化的研究潜力。专家们表示,在某个时候,他们甚至可能会发现古代冠状病毒的样本。如果发现,病毒学家或许能学到一些有助于他们对抗当前疫情的知识。

“冠状病毒无处不在,”加州大学圣迭戈分校的传染病专家Robert T. Schooley说。“它们存在于蝙蝠和其他哺乳动物身上,这些受感染的动物死亡后也会被埋在冰冻的土地里。”

虽然存在科学家复活埋在地下的休眠疾病的微小危险,但许多研究人员认为,为了更好地了解致命疾病的起源,这种风险是值得的。他们说,当采取适当的预防措施时,威胁是微乎其微的。例如,就西班牙流感而言,病毒碎片基本上已经死亡,只能在实验室中培养。

从北极土壤中涌现出的许多奇迹之一是噬菌体——杀死细菌的病毒。科学家们正在研究它们对抗危及生命的抗生素耐药细菌的潜力。由于每种噬菌体都针对不同的细菌,每发现一种新毒株,都能增加治疗方法的储备。长久埋藏的噬菌体也为数千年前存在的古细菌的性质提供了线索。

“有大量的噬菌体,它们与永久冻土最初形成时埋藏的一样,”Schooley说。“通过研究它们,我们可以知道在那些时期它们能够杀死哪些细菌。”

科学家们还在一块3万年前的西伯利亚永久冻土样本中发现了一种“巨型病毒”。尽管是微观的,但与传统病毒相比,它非常巨大。尽管名字令人恐惧,但在西伯利亚发现的这种毒株对人类没有威胁。

然而,并非永久冻土中埋藏的每种微生物都如此无害。虽然科学家们小心翼翼地控制致命疾病,但有些疾病可能会自行复苏。例如,据信,一头75年前死于炭疽病的驯鹿尸体融化,是导致2016年俄罗斯西伯利亚炭疽病疫情的原因,该疫情导致数十人患病,一名儿童死亡。

Production of the smallpox vaccine.
工作人员生产天花疫苗。泛美卫生组织

哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院的传染病专家兼流行病学教授Stephen Morse表示,虽然高温会杀死几乎所有的病毒,但一些罕见的类型,如天花,可能会在融化后存活下来。1980年,世界卫生组织宣布该疾病已被根除,但永久冻土的融化可能将其重新带回。

“如果足够干燥,它在温暖的条件下会表现良好,因为它是一种相当顽强的病毒,”Morse说。他补充说,以前,科学家们无法想象天花会从坟墓中复活,但气温升高使其成为一种可能。“这个想法曾经离谱,但现在,随着气候变化,这似乎并非不可能的场景,”他说。

气候变化正在导致永久冻土以前所未有的速度融化。根据一项估计,虽然北极永久冻土目前覆盖的面积大于俄罗斯,但到本世纪末,其面积可能会缩小到小于阿拉斯加

Frozen methane bubbles
北极冰层中捕获的冻结甲烷气泡。美国地质调查局/ Miriam Jones

太平洋西北国家实验室生物科学部门生物学首席科学家Janet Jansson说:“这令人担忧,因为那里有大量的碳。”她研究了被困在永久冻土中的休眠微生物在地面融化时如何苏醒。这些微生物开始吞噬分解的植物,并释放出导致全球变暖的气体。

马萨诸塞州伍兹霍尔研究中心副主任兼高级科学家Robert Max Holmes认为,这将是一个严重的问题。他说,北极永久冻土中的碳储量是目前大气中碳含量的两倍。即使是轻微的升温,也可能释放出大量埋藏的碳。

“这是经过数万年积累的,这正是我们应该担心的,”他补充道。“一旦这列火车启动,我们就很难刹住车了。一旦开始,就很难停止。”

然而,一线希望虽然渺茫,但融化的永久冻土也可能带来一系列新的、拯救生命的新发现。气候变化正在解开一个生物学奥秘宝库,这或许能帮助科学家们抵御一些最致命的疾病。

“那个环境充满了许多秘密,”Morens说。“随着我们改变并释放这些东西,我们无法预测会发现什么惊喜。”

 

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