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北极融化可能被放出病毒?

科技前沿 admin 1年前 (2020-08-24) 172次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

由于温室效应导致全球气候变暖,原本覆盖在北极的厚厚的冰层正以惊人的速度融化。北极圈洋流系统和生态系统也随之发生变化,一系列意义深远的影响接踵而至。

2020年新冠病毒的肆虐,对全球经济发展和人们身体健康都带来极大危害,科学界开始更加关注和警惕近年来已经在北

极冰层里发现的病毒。

北极融化可能被放出病毒?

这头冰冻的长毛猛犸象遗体是在俄罗斯西伯利亚永久冻土地带被发现的,距今约有 39000 年历史

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根据《自然》杂志发表的最新研究,北极圈的气温正快速上升,其上升速度要比地球上其他地区

快2~3倍,21世纪或将成为北极地区11.5万年以来最温暖的世纪。北极气温上升正产生蝴蝶效应,使引发病毒和流行病传播的一些因素被激活,病毒危机表现出比以往更复杂的形态。

首先,北极气温升高导致北冰洋冰层和陆上永冻土融化,被困在永冻土下数百万年的远古病毒正“蠢蠢欲动”。

其次,覆盖在北极海洋的冰层不断消融,使得生活在大西洋和太平洋的生物开始融合。在冰层融化前,两大洋的生物被北极厚厚的冰层阻隔,形成了相对独立的基因系统,彼此间都缺乏抵御对方疾病的抗体。而冰川的消失,让这些生活在不同区域,携带不同疾病的海洋生物相遇,不可避免将会导致一些致命疾病的传播。

再次,气候变暖使一些野生动物物种,被迫迁移到以前因过于寒冷而不适宜动物生存的地方。可以想见,世界各地大批候鸟的栖息环境也会因气候变化而变,候鸟的迁徙行为将随之变化,这种变化使得人禽共染病毒有更多的机会得以传播,如多种禽流感。

最后,虽然目前北极地区仍是一片荒凉,深层永冻土层尚可独安一隅,但人类的科研和生产活动已开始在这一区域启动,采矿和钻井作业所需要的挖掘可能让这些古老的冻土层暴露出来,如果那里仍然存在有活力的病毒粒子,将可能带来未知的灾难。

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最新研究表明,由于气候变化导致北极海冰融化速度加快,致命的海豹瘟热病毒(PDV)开始在动物间传播,对海豹、海獭和海狮产生了近乎毁灭性的打击。研究人员通过卫星遥感数据发现,海豹瘟热病毒的传染和暴发高峰与北极海冰的减少相吻合。

数据显示,在2004年和2009年,病毒感染的几率是其他年份的9.2倍,这与当年海冰的消融有关。海冰消融导致极地动物寻找新的栖息地,随着这些动物的迁移及与其他物种的接触,可能会引入和传播新的传染病。研究人员表示,随着北极海冰的持续消融,病毒跨越北太平洋和北大西洋传播可能会越来越普遍。

北极融化可能被放出病毒?

法国科学家复活的一种在西伯利亚永久冻土中冷冻了3万多年的巨型无害病毒

科学家还在冰川中发现了古老病毒。1999年,美国科学家在格陵兰岛深达2000米的地下冰芯样品中检测到了“番茄花叶病毒”的影子,由于这种病毒很稳定,它们的基因组在冰层里埋藏了14万年还能被检测到。这也是目前发现的最为古老的病毒基因组痕迹。

西伯利亚永冻层病毒研究成果披露了更多的病毒信息。2014年3月,科学家在俄罗斯的西伯利亚冻土层中发现了迄今世界上最大的巨型病毒,长达1.5微米,可以在光学显微镜下直接观察到,其生存的年代正是史前人类尼安德特人灭绝之时的3万多年前,科学家将其命名为“西伯利亚阔口罐病毒”。

此外,科学家还发现永冻土内的病菌已经开始威胁人类。2016年夏天,西伯利亚亚马尔半岛上的一群驯鹿和游牧民患上一种神秘的疾病。有关“西伯利亚瘟疫”的谣言一度甚嚣尘上。实际上,这种神秘疾病上一次出现在该地区还是1941年。当时一个小男孩和一群驯鹿死亡后被确诊罹患炭疽热。病源是一具解冻的驯鹿尸体,而这头驯鹿死于多年前的炭疽热疫情。因此,科学家认为,是气候变暖促使永冻土层解冻,以致在此地区消失了75年的炭疽杆菌又卷土重来。

医学专家对2016年亚马尔半岛的这次事件进行了追踪调查。虽然目前依然不清楚这种病毒是如何感染当地人的,但大多数专家认为,牛虻可能起到了中介宿主的作用。亚马尔半岛的夏季,是牛虻的繁殖高峰期,当地很多传染病都与牛虻有关。

国际学术期刊《自然通讯》近日发表的一项研究显示,加拿大北极地区的冰川正在以前所未有的速度消融,深藏地下4万年的景观逐渐暴露出来,同时古老的植被和古细菌也得以重见天日。

北极融化可能被放出病毒?

北冰洋海域拍摄的一处冰川

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科学家在破解地球极地病毒的研究中取得了多方面的突破:一是对埋藏在冰冻层中的病毒和细菌进行了复活实验;二是检验了一些病毒寄主或被感染对象;三是正在成功破解一些病毒的基因片段。

一些古老细菌和病毒正在实验室里复活。例如在美国国家航空航天局(NASA)2005年进行的一

项研究中,科学家成功地将被封存在阿拉斯加州一个冰冻池塘中长达3.2万年的细菌复活,这是一种被称为肉芽孢杆菌的微生物。两年后,科学家又成功复活了800万年前的细菌,这些细菌在南极一处冰川的冰层中休眠。在同一研究中,从10万年前的冰层中采集到的细菌也被复活。

2014年,法国的一项研究将一种存在于永冻土层中3万年的病毒带回实验室,重新加热后,病毒迅速复活。足以证明微生物的生存能力之强。

2018年,俄罗斯和美国研究人员解冻了西伯利亚的永冻土样品,并成功让其中两条冰封了3万年以上的线虫复活。他们的发现第一次提供证据表明,多细胞生命体在永冻土的极寒环境中长期休眠后,仍能够恢复生机。

气候变化正在融化越来越多的永久冻土。一般情况下,每年夏季浅层冻土会融化约50厘米。但随着全球变暖,更深的永久冻土正逐渐暴露出来,就像剥洋葱般由外向内层层融化。随着冻土层的融化,原来处于休眠状态的古老病毒和细菌,正在温暖的环境中恢复生命力。

2004年,一支由法国和俄罗斯科学家组成的考古队在西伯利亚东北部的永久冻土中发掘出几具死于300多年前的冰冻“木乃伊”。解剖结果表明,死者肺部有出血痕迹,这种症状过去常在天花患者身上出现。于是,研究人员对其进行了深入研究,测出这些“木乃伊”确实携带着天花病毒的基因片段。

科学家还从阿拉斯加永久冻土中找到了一具1918年流感受害者的遗体,并通过现代测序技术从遗体的样本中获得了那株流感病毒的全部基因组序列。通过这些序列信息,美国疾病预防与控制中心的科学家在实验室中重建了这株病毒,并尝试用该病毒感染体外培养的细胞和小鼠。实验结果表明,该流感病毒对小鼠的感染力和致病力都强于目前流行的流感病毒。

此外,天花和黑死病的病原体也可能在西伯利亚的永久冻土中埋藏着,随着永久冻土融化,这些18、19世纪致命的病菌有可能卷土重来,尤其是埋葬了传染病受害者的墓地附近,病菌最容易死灰复燃。

很显然,永久冻土是病毒天然的保存箱,“因为里面温度很低,不含氧气,且处于黑暗中。下层永冻土中可能仍保存着能感染人类或动物的病毒,包括过去曾引发全球性传染病的致病性病毒。”法国艾克斯·马赛大学的进化生物学家简-米歇尔·克拉弗维指出。

永冻土中可能仍保存着能感染人类或动物的病毒,包括过去曾引发全球性传染病的致病性病毒。”法国艾克斯·马赛大学的进化生物学家简-米歇尔·克拉弗维指出。

佛罗里达大学微生物学家布伦特·克里斯特纳则警示人们,永久冻土并不是保存病原体的唯一潜在源头,融化的冰川也可能使那些“囚禁”微生物或病毒的储存库得以释放。

然而,科学家表示,尽管如此,也不用对冰封的古老病毒太过担心,因为目前已发现的古老病毒大多数并不会感染人类。

例如,“番茄花叶病毒”的寄主范围很广,能传染36科200多种植物,但不会对人类造成威胁;“西伯利亚阔口罐病毒”虽是一种全新的病毒,具有复制及感染力,会在宿主细胞质中完成自我复制,但并不像其他病毒那样能“接管”细胞核,对人和其他哺乳动物无害。

至于那些被冰冻的、携带传染性病毒的尸体,是否会在重见天日后为祸人间?也许答案是否定的。2005年,科学家从阿拉斯加和挪威长期冰冻的坟墓中挖掘出流感死难者的尸体,分离出病毒中的遗传物质,并成功对该病毒的整个基因组进行了排序。结果发现,所有病毒片段都损坏严重,无法再感染其他宿主。到目前为止,还没有确凿证据表明北极冰冻的病原体对人类构成重大威胁。

这是为什么呢?因为,虽然在合适的条件下,一些人类病原体确实能在被长期冷冻后复活。但这通常是在稳定的、被严密监控的实验室环境中完成的。另外,被困在永冻层中的尸体,可能会经历湿度和温度的剧烈波动,就像它们周围的环境一样。

永冻层的最上层,被称为“活跃层”,往往在全年的季节循环中反复经历解冻和再冻结。随着气候变化使北极温度升高,活跃层在地表以下越来越深地延伸。这一过程,使被长期埋藏的物体从逐渐变软的土地上冒出来。

威尔士的阿伯里斯特威斯大学的北极微生物学专家阿尔文·爱德华兹说,人类病原体的问题在于,它们在这种不稳定的环境下表现不佳。随着时间的推移,解冻和冻结的循环会杀死细菌,分解病

毒。

爱德华兹说:“这有点像你把被污染的食物放进冰箱,当然,在你把食物放进冰箱后,它仍然会有危险。”“但如果你每天在冰箱和冰箱之间循环,你会很快发现冻融压力杀死了许多病原体。”因此,病原体基因信息的存在,并不意味着它仍然可以感染人类。

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尽管科学家的研究表明,迄今所发现的病毒类型和复活的微生物大多数不会威胁人类安全,但是,类似炭疽对人体直接有害的病毒难道不会再出现吗?

中美科学家在青藏高原发现了32种史前病毒,并从中辨识出4组已知病毒的DNA,但令人惊讶的是,另外28组病毒DNA是从没见过的,没有已知病毒样本与之匹配,况且这发现还只是冰山一角。

一个不争的事实是,随着地球永冻土的融化,一些古老的病毒可能会从冻土中复活,造成远古病毒的大回归,甚至有些病毒会为了生存而进化出“超级病毒”。到那时,它们对人类会构成何种威胁,难以预测。

像西班牙流感、天花或鼠疫等已经被消灭或控制的疾病可能会被冻结在永冻土中,谁也无法预知它们又将在何时再次被释放出来。确实,对1918年流感的调查给了人们一个教训:即被感染病毒的人体从冰层中融化后,可能会释放出现代社会无法应对的病原体。

控制气候变化和进一步升温,切实保护好北极冰冻层是至关重要的。将病毒永久封存在冰层里,是人类

的最大期许,而实现这一点需要人们做出极大的努力,特别是改变生产方式和人类行为,减少化石燃料的开采和使用,降低碳、甲烷等温室气体的排放。

不过,面对挑战,人类社会并非束手无策。早在1992年国际社会就达成了《联合国气候变化框架公约》,凸显国际社会联手阻止碳排放的决心和努力。

进入21世纪后,气候变化更是成为人类社会面临的共同挑战。随着《联合国气候变化框架公约》(1992年)、《京都议定书》(1997年)、“巴厘路线图”(2007年)、《哥本哈根协定》(2009年)、《巴黎协定》(2015年)等国际性公约和文件的出台,全球应对气候变化不断取得新进展。

在此问题上,中国应对气候变化与向绿色低碳转型互为促进。中国是气候变化领域坚定的参与者和推动者,特别是在控制单位GDP碳排放强度、温室气体达峰等方面。历时13年,中国国家能源局在2020年4月10日发布《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》。

应对气候变化领域专家、国家能源咨询委员会委员李俊峰认为,中国是能源生产和消费大国,征求意见稿明确了能源发展要跟上清洁化、低碳化、数字化的时代潮流,尤其强调的低碳化,正是应对气候变化的要求。

正如长期从事北极永冻层病毒研究的科学家所言,北极的命运并非已成定局,国际社会所采取的行动将对那里到底会释放多少碳、永冻土会融化多少等产生重大影响。我们需要尽可能多地保护和冻结永冻土。

作者系中国科学院南京地质古生物研究所研究员冯伟民

总监制:陈良杰

监制:夏宇

编辑:顾佳贇


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