出品|網(wǎng)易科學(xué)人欄目組
譯者|劉春
縱觀歷史，人類與細(xì)菌和病毒一直并存。從瘟疫到天花，為了抵御它們，我們一直在進(jìn)化；作為回應(yīng)，它們也產(chǎn)生了感染我們的新方法。
自從亞歷山大·弗萊明(Alexander Fleming)發(fā)現(xiàn)青霉素以來，我們擁有抗生素已經(jīng)有近一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，而細(xì)菌也不斷產(chǎn)生抗生素的耐藥性予以還擊。這場戰(zhàn)斗是沒有終點(diǎn)的，但因?yàn)槲覀兣c病原體共同生存的時(shí)間太長，有時(shí)會形成一種自然的僵局。
但是，如果我們突然暴露于已消失數(shù)千年的致命細(xì)菌和病毒面前，或者它們是我們過去從未遇到的，又會發(fā)生什么情況呢？
我們可能會發(fā)現(xiàn)：氣候變化正在融化已凍結(jié)多年的凍土；隨著土壤的融化，它們正在釋放原來處于休眠狀態(tài)的古老病毒和細(xì)菌，這些病毒和細(xì)菌正在恢復(fù)生命力。
圖注：正在遷徙的馴鹿
2016年8月，在西伯利亞凍原遙遠(yuǎn)的一角——北極圈內(nèi)的亞馬爾半島上，一名12歲的男孩因感染炭疽死亡，至少有二十人也因此住院。
對此次炭疽疫情的解釋是，75年以前，一頭馴鹿因感染炭疽死亡，其凍僵的尸體保存在被稱為“永久凍土”的一層凍土的下面。馴鹿的尸體一直呆在那里，直到2016年夏天出現(xiàn)的熱浪讓永久凍土融化。
永久凍土的融化讓馴鹿的尸體暴露出來，并將有感染性的炭疽菌釋放到附近的水和土壤中，然后進(jìn)入食物供應(yīng)鏈。附近放牧的2000多只馴鹿被感染，然后導(dǎo)致一些人也被感染。
科學(xué)家擔(dān)心，這不會是一個(gè)孤立的案例。
圖注：挪威斯瓦爾巴群島上的永久凍土
隨著地球變暖，更多的永久凍土將融化。一般情況下，每年夏季淺層的凍土?xí)诨s50厘米。但是隨著全球變暖，更深的永久凍土正在逐漸暴露出來。
處于冰凍狀態(tài)的永久凍土是細(xì)菌長期保持活力的最理想場所，時(shí)間也許可以長達(dá)一百萬年。這意味著永久凍土中冰層的融化，可能會打開疾病的潘多拉魔盒。
北極圈的氣溫正快速上升，其上升速度比世界其他地區(qū)快三倍。隨著冰層和永久凍土的融化，其它感染性因子可能被釋放出來。
法國艾克斯·馬賽大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家讓-米歇爾·克拉弗維（Jean-Michel Claverie）指出：“永久凍土是保存微生物和病毒的非常好的場所，因?yàn)樗睦锩鏈囟群艿?，不含氧氣，而且處于黑暗中。下層的永久凍土中可能仍保存著能感染人類或動物的致病性病毒，包括過去曾引起全球性傳染病的那些致病性病毒。”
僅在20世紀(jì)初，超過一百萬只馴鹿死于炭疽病。當(dāng)時(shí)挖深坑不是一件容易的事，所以這些馴鹿的尸體大部分埋在地表附近，分散在俄羅斯北部的7000個(gè)埋葬地中。
然而，最大的恐懼是在凍土之下潛伏著什么。
圖注：炭疽桿菌的孢子可以存活幾十年
幾個(gè)世紀(jì)以來，不斷有人類和動物的尸體埋藏在永久凍土中，所以可以想象永久凍土可能釋放出其它傳染性物質(zhì)。例如，從阿拉斯加苔原大型墓地挖掘出的幾具尸體上，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了1918年西班牙流感病毒的RNA片段。天花和黑死病的病原體也可能埋藏在西伯利亞的永久凍土中。
在2011年發(fā)表于《全球衛(wèi)生行動》的一篇文章中，共同作者鮑里斯·雷維奇（Boris Revich）和瑪麗娜·波多拉尼亞娜（Marina A. Podolnaya）預(yù)測：“永久凍土融化的結(jié)果是18世紀(jì)和19世紀(jì)致命的感染性媒介可能會卷土重來，尤其是埋葬了那些感染病受害者的墓地附近。”
例如，在19世紀(jì)90年代，西伯利亞出現(xiàn)了嚴(yán)重的天花疫情，有一個(gè)小鎮(zhèn)因此失去了40％的人口。他們的尸體被埋在科雷馬河 (Kolyma River)河畔永久凍土的上層。120年后，科雷馬河的洪水已經(jīng)開始侵蝕河畔，而永久凍土的融化加速了這一侵蝕過程。
在20世紀(jì)90年代開始的一個(gè)項(xiàng)目中，來自俄羅斯新西伯利亞病毒學(xué)和生物技術(shù)國家研究中心的科學(xué)家檢查了幾具屬于石器時(shí)代的人類遺體，它們是在西伯利亞南部阿爾泰山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的。他們還檢查了19世紀(jì)病毒流行期間死亡的男子尸體樣本，這些尸體是從俄羅斯永久凍土中挖掘出來的。
研究人員稱，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些尸體具有患天花后留下的癥狀。雖然他們沒有找到天花病毒本身，但他們已經(jīng)檢測到其DNA片段。
當(dāng)然，凍結(jié)在冰層中的細(xì)菌不是首次恢復(fù)生命力。
圖注：南極的冰層中發(fā)現(xiàn)處于休眠狀態(tài)的細(xì)菌
在2005年的一項(xiàng)研究中，美國宇航局(NASA)的科學(xué)家成功地讓已存在3.2萬年的細(xì)菌復(fù)活，這些細(xì)菌一直被封存在阿拉斯加州一個(gè)處于冰凍的池塘中。自更新世以來——當(dāng)時(shí)長毛象仍在地球漫游——這種被稱為肉芽孢桿菌（Carnobacterium pleistocenium）的微生物就一直被冰凍。一旦冰層融化，它們開始游來游去，似乎沒有受到冰凍的影響。
而一旦它們復(fù)活，病毒就迅速開始具有傳染性。
兩年后，科學(xué)家成功地復(fù)活了已存在800萬年的細(xì)菌，這些細(xì)菌休眠于南極一處冰川下面的冰層中。在同一研究中，從已存在10萬年的冰層中采集到的細(xì)菌也被復(fù)活。
然而，并不是所有被凍結(jié)在永久凍土的細(xì)菌都可以恢復(fù)生命力。炭疽菌可以做到，因?yàn)樗鼈兡墚a(chǎn)生孢子，其孢子非常堅(jiān)硬，可以在冰凍狀態(tài)下存活一個(gè)世紀(jì)以上。
可以產(chǎn)生孢子的其它細(xì)菌，也因此可以在永久凍土中存活下來，這包括破傷風(fēng)菌和肉毒桿菌。肉毒桿菌是造成肉毒中毒的病原體：這是一種罕見的疾病，可導(dǎo)致癱瘓甚至致命。此外，一些真菌和病毒也可以在永久凍土中長期生存。
圖注：擬菌病毒（Mimivirus）是巨型病毒的一種
在2014年的一項(xiàng)研究中，克拉弗維領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)復(fù)活了被封存在西伯利亞永久凍土中長達(dá)3萬年的兩種病毒。這兩種病毒被命名為“西伯利亞陶罐病毒”(Pithovirus sibericum) 和“西伯利亞軟體病毒”（ Mollivirus sibericum）。它們都是“巨型病毒”，因?yàn)榕c大多數(shù)病毒不同，它們可以在常規(guī)顯微鏡下觀察到。它們是在西伯利亞沿海苔原地下100英尺（約30.48米）處被發(fā)現(xiàn)的。
一旦它們復(fù)活，這些病毒就迅速變成具有傳染性。幸運(yùn)的是，這些特定的病毒只感染單細(xì)胞的變形蟲。然而，研究表明，真正可以感染人類的其它病毒可能會以同樣的方式復(fù)活。
巨型病毒的外殼往往非常堅(jiān)硬，幾乎不可能打開。
更重要的是，全球變暖并不一定直接通過融化永久凍土來對人類構(gòu)成威脅。由于北極的海冰融化，西伯利亞北岸變得更加容易通過海上到達(dá)。因此，包括采礦和石油天然氣鉆探等在內(nèi)的工業(yè)性開發(fā)現(xiàn)正從中獲利。
克拉弗維稱：“目前這些地區(qū)是荒涼的，深層的永久凍土層仍獨(dú)處一隅。然而，采礦和鉆井作業(yè)所需要的挖掘可能讓這些古老的凍土層暴露出來，如果那里仍然存在有活力的病毒粒子，這可能會造成災(zāi)難。”
任何此類病毒的爆發(fā)，最有可能的罪魁禍?zhǔn)资蔷扌筒《尽?/p>
克拉弗維稱：“由于光照、失水或自發(fā)的生化降解，大多數(shù)病毒在宿主細(xì)胞外迅速失去活力。 例如，如果它們的DNA被破壞至不可能修復(fù)，其病毒粒子將不再具有傳染性。但是在已知的病毒中，巨型病毒往往非常堅(jiān)強(qiáng)，幾乎不可能被破壞?！?/p>
圖注：尼安德特人(Neanderthals)曾經(jīng)住在西伯利亞
他表示，曾出現(xiàn)于最早居住在北極的人類的病毒可能會再次出現(xiàn)。我們甚至可以看到來自于那些早已滅絕的人類種群的病毒，如尼安德特人（Homo neanderthalensis）和丹尼索瓦人(Denisovans)，他們都定居于西伯利亞，受各種病毒性疾病所困擾。在俄羅斯，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)來自3萬至4萬年前的尼安德特人的遺體。數(shù)千年來，人類曾居住在那里，生老病死。
克拉弗維指出：“我們可以從早已滅絕的尼安德特人的遺體上采集到病毒表明，一種病毒可以從地球上‘消除’的想法是錯(cuò)誤的，這種想法給我們一種虛假的安全感。這就是為什么我們要維持疫苗的庫存的原因：僅僅是以防萬一我們就要這樣做。”
自2014年以來，克拉弗維一直在分析永久凍土的DNA含量，尋找可能感染人類的病毒和細(xì)菌的遺傳特征。他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有許多種細(xì)菌可能威脅人類的證據(jù)。細(xì)菌擁有的DNA能對毒性因子進(jìn)行編碼；毒性因子是致病細(xì)菌和病毒產(chǎn)生的分子，能增強(qiáng)它們感染宿主的能力。
從永久凍土中，克拉弗維的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)似乎來自病毒的DNA序列，其中包括皰疹病毒。然而，他們還沒有發(fā)現(xiàn)任何天花病毒的痕跡。由于顯而易見的原因，他們沒有試圖去復(fù)活任何病原體。
現(xiàn)在看來，似乎來自人體的病原體也將從其它地方出現(xiàn)，而不僅僅是冰層或永久凍土中。
圖注：奈卡水晶洞中的水晶
2017年2月，美國航空航天局的科學(xué)家宣布，他們在墨西哥一個(gè)礦井里面的水晶中發(fā)現(xiàn)了微生物，其存在時(shí)間已有10萬年至50萬年之久。
這種細(xì)菌存在于奈卡水晶洞（Cave of the Crystals）內(nèi)，它是墨西哥北部北部小鎮(zhèn)奈卡(naica)一座礦山的一部分。該洞穴中蘊(yùn)藏大量白色的亞硒酸鹽（透明石膏）晶體礦物，是歷經(jīng)數(shù)十萬年時(shí)間而逐漸形成的。
細(xì)菌被困在晶體內(nèi)微小的液泡中，但一旦被提取出來，它們就會復(fù)活并開始繁殖。這種微生物在遺傳上是獨(dú)一無二的，可能是新的物種，但研究人員還沒有發(fā)表他們的研究成果。
美國新墨西哥州的龍舌蘭洞(Lechuguilla Cave)距離地表有1000英尺（約合300米），科學(xué)家在這個(gè)洞穴中甚至發(fā)現(xiàn)了更老的細(xì)菌。400多萬年以來，這些微生物從來沒有來到地球表面。
圖注：美國新墨西哥州的龍舌蘭洞(Lechuguilla Cave)中的亞硒酸鹽巖晶體礦物
這個(gè)洞穴從來沒有陽光照進(jìn)來。它是如此與世隔絕，地表上的水滲入洞穴內(nèi)需要大約一萬年的時(shí)間。
盡管如此，不知怎么回事，這個(gè)洞穴中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌竟然對18種抗生素有耐藥性，包括被認(rèn)為是抗擊感染 “最后手段”的藥物。在2016年12月發(fā)表的一項(xiàng)研究報(bào)告中，研究人員發(fā)現(xiàn)，這種被稱為“類芽孢桿菌(Paenibacillus sp.)LC231”的細(xì)菌，對70％的抗生素具有耐藥性，能夠讓其中的許多抗生素完全沒有活性。
由于這些細(xì)菌在洞穴中與世隔絕的時(shí)間長達(dá)400萬年，所以從未接觸人類或用于治療人類感染的抗生素藥物。這意味著其對抗生素的抵抗力必須以其它方式產(chǎn)生的。
參與研究的科學(xué)家認(rèn)為，這些細(xì)菌對人類沒有危害，是能自然產(chǎn)生抗生素耐藥性的許多種細(xì)菌之一。這表明細(xì)菌對抗生素的耐藥性已經(jīng)存在數(shù)百萬甚至數(shù)十億年的時(shí)間。
圖注：青藏高原上的永久凍土
顯然，這種古老的抗生素耐藥性不是由于抗生素在臨床上使用而形成的。
微生物之所以能自然產(chǎn)生對抗生素的抵抗力，原因是許多類型的真菌，甚至包括其它細(xì)菌在內(nèi)，能自然產(chǎn)生抗生素，以獲得相對于其它微生物的競爭優(yōu)勢。弗萊明就是這樣發(fā)現(xiàn)青霉素的：培養(yǎng)皿中的細(xì)菌被一種能分泌抗生素的霉所污染后死去。
在那些缺乏食物的洞穴里，生物必需冷酷無情才能獲得生存。像“類芽孢桿菌LC231”這樣的細(xì)菌，可能不得不進(jìn)化出抗生素耐藥性，以避免被其它生物體殺死。
這將解釋為什么這些細(xì)菌只能抵抗來自于細(xì)菌和真菌的天然抗生素——這種抗生素在我們?nèi)粘Ｊ褂玫目股刂姓?9.9％。這些細(xì)菌從來沒有遇到過人造抗生素，所以沒有能力抵抗它們。
負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的美國俄亥俄州阿克倫大學(xué)微生物學(xué)家哈澤爾·巴頓(Hazel Barton)指出：“我們的工作和他人的工作表明，抗生素耐藥性不是現(xiàn)在才有的。我們發(fā)現(xiàn)的生物早在400萬至700萬年前就與地球表面的物種隔絕，但它們的抗生素耐藥性在遺傳上是相似的。這意味著這些抗生素耐藥性的基因至少存在了400萬至700萬年，而不是人類用抗生素治療疾病才產(chǎn)生的。”
雖然“類芽孢桿菌LC231”本身對人體無害，但在理論上，可以將其抗生素耐藥性傳遞給其它病原體。不過，由于它被隔絕在距地表400米以下的洞穴內(nèi)，這種情況似乎不大可能發(fā)生。
然而，天然的抗生素耐藥性在微生物中可能非常普遍，從融化的永久凍土中出現(xiàn)的許多細(xì)菌可能擁有這種能力。在2011年的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家從俄羅斯和加拿大之間的白令海地區(qū)有3萬年歷史的永久凍土中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌提取DNA。他們發(fā)現(xiàn)其基因編碼對β-內(nèi)酰胺、四環(huán)素和糖肽抗生素具有耐藥性。
圖注：西伯利亞的永久凍土
對于這一切，我們應(yīng)該感到多大擔(dān)憂？
有一個(gè)觀點(diǎn)是，來自永久凍土的病原體的風(fēng)險(xiǎn)在本質(zhì)上是不可知的，所以對于它們，我們不應(yīng)該刻意地感到擔(dān)憂。相反，我們應(yīng)該把重點(diǎn)放在氣候變化等更為明確的威脅上。例如，由于這些病菌的茁壯成長需要較高的溫度，因此全球氣溫升高讓北半球國家得得更溫暖，從而更容易發(fā)生通?！澳习肭驀摇辈懦霈F(xiàn)的疾病，如瘧疾、霍亂和登革熱等。
另一種觀點(diǎn)是，我們不應(yīng)忽視永久凍土中病原體帶來的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槲覀儫o法對這些風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化。
克拉弗維稱：“我們和其他人的研究發(fā)現(xiàn)，致病性微生物復(fù)活并感染我們?nèi)祟惖母怕什皇菫榱愕?，具體多少可能還不知道的，但確實(shí)有這種可能性。它們可能是可以用抗生素治愈的細(xì)菌，也可能是具有耐藥性的細(xì)菌或病毒。如果病原體長時(shí)間沒有接觸到人類，那么我們免疫系統(tǒng)對它不會有所準(zhǔn)備。所以，這就可能就存在危險(xiǎn)?！?/p>
