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南北兩極的冰天雪地，除了有美景和可愛(ài)動(dòng)物，還是一個(gè)失落的古代世界：致命病毒、大量的汞和溫室氣體都冰封于此。

撰文｜祝葉華

當(dāng)人們的注意力集中在肆虐于多國(guó)的新冠病毒疫情時(shí)，另一場(chǎng)值得防范的危險(xiǎn)也在悄悄積聚。2月9日，南極西摩島監(jiān)測(cè)到20.75℃的高溫（目前世界氣象組織已經(jīng)開(kāi)始對(duì)南極監(jiān)測(cè)到的高溫記錄正式進(jìn)行評(píng)估）。1月7日一篇發(fā)表在bioRxiv的論文則顯示，美國(guó)科學(xué)家在青藏高原冰核樣本中發(fā)現(xiàn)了古老病毒存在的證據(jù)，其中包含28種新病毒。

極地冰原就像來(lái)自遙遠(yuǎn)過(guò)去的時(shí)間膠囊,讓人類(lèi)有機(jī)會(huì)得以一窺被困在那里的生物體。但隨著地球穩(wěn)步進(jìn)入更溫暖的未來(lái)，極地的冰川凍土正面臨著更大的融化風(fēng)險(xiǎn)，某些潛伏在冰層中的致命病菌，也許正伺機(jī)而動(dòng)，待時(shí)機(jī)成熟時(shí)殺人類(lèi)一個(gè)“回馬槍”。

永久凍土并不“永久”

永久凍土主要存在于北半球，在那里它覆蓋了大約四分之一的無(wú)冰土地，數(shù)千年來(lái)，這里的大部分土地都是由泥土、巖石和冰構(gòu)成的膠結(jié)體，還有一些在深度凍結(jié)中保存下來(lái)的有機(jī)物。它覆蓋了北極圈和北方森林之間的一大片地帶，橫跨阿拉斯加、加拿大、北歐和俄羅斯。南半球的凍土層較少，主要存在于南美洲的安第斯山脈和南極洲下，深度從幾米到100多米不等。

永久凍土分為上下兩層：上層每年夏季融化，冬季凍結(jié)，稱(chēng)活躍層（又稱(chēng)冰融層）；下層常年處在凍結(jié)狀態(tài)，稱(chēng)永凍層或多年凍層。永凍層寒冷、黑暗、無(wú)氧，pH值是中性的，對(duì)于那些不需要任何新陳代謝活動(dòng)的生物來(lái)說(shuō)，這是最好的生存環(huán)境。這意味著凍結(jié)在休眠狀態(tài)的微生物、種子和孢子可能會(huì)隨著溫度的升高而蘇醒。

隨著全球氣候變暖的不斷加劇，南北極在加速變暖，北極變暖速度更是全球平均水平的兩倍，長(zhǎng)此以往持續(xù)下去，永凍層常年凍結(jié)的狀態(tài)就有可能被打破。2016年，北極融水滲入了距離北極點(diǎn)約1000公里的挪威斯瓦爾巴群島的一處山洞中。這里是世界末日種子庫(kù)，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)收集到的種子被無(wú)限期地凍結(jié)在此，這是人類(lèi)在全球農(nóng)作物因大災(zāi)難而規(guī)模性損失的情況下重啟農(nóng)業(yè)的一種保障。好在這一次滲入的融水在到達(dá)種子庫(kù)之前就重新結(jié)冰了，并未破壞冰凍儲(chǔ)藏的種子，最終虛驚一場(chǎng)，不過(guò)還是給世人敲響了氣候變暖的警鐘^[1^]。

等待蘇醒的病毒

20世紀(jì)初，在西伯利亞暴發(fā)的炭疽熱曾導(dǎo)致約150萬(wàn)頭馴鹿死亡。這些動(dòng)物，連同受感染的牛，都埋在永久凍土層的活躍層中。當(dāng)溫度升高時(shí)，尸體會(huì)釋放炭疽孢子，這些孢子很容易被重新激活成為感染性細(xì)菌。2016年西伯利亞暴發(fā)的炭疽熱導(dǎo)致一名12歲男孩死亡，數(shù)十人住院治療，2000多頭馴鹿死亡?？茖W(xué)家推斷，這次感染的暴發(fā)或許可以追溯到一具古老的馴鹿尸體，它是在有記錄以來(lái)最溫暖的北極夏季從永久凍土層中融化出來(lái)的^[2^]。

冰封在西伯利亞凍土內(nèi)的病毒并不只有炭疽孢子，被人熟知的天花和流感病毒可能也埋藏在這里。1918年-1919年，西班牙流感曾造成全球5000萬(wàn)到1億人死亡，作為人類(lèi)歷史上單位時(shí)間死亡人數(shù)最多的一場(chǎng)瘟疫，西班牙流感在重創(chuàng)人類(lèi)世界之后，病毒神奇消失，逃得無(wú)影無(wú)蹤。直到20世紀(jì)90年代末期，科學(xué)家才成功地從阿拉斯加冰凍的因大流感死亡的人類(lèi)尸體上獲得了西班牙流感病毒。最終通過(guò)基因測(cè)序，人們第一次知道了這到底是一種什么病毒。

2012年，俄羅斯科學(xué)家成功“復(fù)活”了3萬(wàn)年前的遠(yuǎn)古植物 (名為Silene stenophylla) ，這些標(biāo)本是從俄羅斯東北部永久凍土層125英尺深的古松鼠洞穴中找到的。在營(yíng)養(yǎng)豐富的試管中，被冷凍了300個(gè)世紀(jì)的幼苗恢復(fù)了正常的生命活動(dòng)，它們?cè)谒芰瞎蘩锖屯寥览锷L(zhǎng)，開(kāi)花結(jié)果。不僅如此，2014年和2015年，法國(guó)科學(xué)家還從這個(gè)古松鼠洞穴的沉積物中發(fā)現(xiàn)了另外兩種尚能存活的兩種3萬(wàn)年前的史前病毒——Pithovirus sibericum和Mollivirus sibericum。它們可以用光學(xué)顯微鏡觀察到，長(zhǎng)度超過(guò)0.5微米，所以也被稱(chēng)為“巨型病毒”。在確定復(fù)活這些病毒不會(huì)對(duì)動(dòng)物或人類(lèi)構(gòu)成威脅之后，研究人員在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中“喚醒”了它們。這兩種病毒會(huì)感染并殺死阿米巴原蟲(chóng)，它們?cè)谑非坝谰脙鐾翆又斜３謧魅拘缘氖聦?shí)引起了關(guān)注^[3-4^]。

俄科學(xué)家用西伯利亞凍土里的種子"復(fù)活"的遠(yuǎn)古植物

不過(guò)，科學(xué)家推測(cè)，即便沒(méi)有全球變暖，冰凍的病毒也有可能在幾個(gè)世紀(jì)后重新回到環(huán)境中。北極湖泊因自然規(guī)律而固有的周期性融化會(huì)釋放出之前被凍結(jié)的病毒，它們會(huì)被候鳥(niǎo)帶走或隨融水進(jìn)入海洋中，傳播到人類(lèi)居住的地方。最近，加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的一項(xiàng)研究顯示，北極海冰的減少會(huì)加速傳播一種可能威脅北太平洋海洋哺乳動(dòng)物的致命病毒Phocine distemper virus (PDV)。PDV是一種已知的致病菌，在某些海豹種群中已經(jīng)存在了幾十年。自1988年以來(lái)，PDV已經(jīng)引發(fā)了幾起涉及數(shù)萬(wàn)只動(dòng)物的大規(guī)模死亡事件。研究人員研究了2001-2016年的追蹤數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過(guò)衛(wèi)星追蹤了不同地區(qū)的2500只海洋哺乳動(dòng)物，以確定PDV的上升是否與海冰的減少有關(guān)系。其中有一個(gè)典型案例：2002年8月，海冰融化量達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的水平，隨后在2003年和2004年，北太平洋的Steller海獅暴發(fā)了大規(guī)模的PDV接觸和感染，科學(xué)家們認(rèn)為冰川融化可能是罪魁禍?zhǔn)?。這項(xiàng)歷時(shí)15年的研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了往日海冰的徹底重塑可能為北極和亞北極海豹之間的接觸開(kāi)辟了道路，這使得病毒得以進(jìn)入北太平洋^[5^]。

冰下還潛伏著什么？

古代動(dòng)植物的遺骸一直長(zhǎng)眠于凍土中，融化的永久凍土將使長(zhǎng)期凍結(jié)的有機(jī)物被土壤微生物分解，從而釋放溫室氣體，這是一個(gè)潛在的重要的溫室氣體排放源。

科學(xué)家們很早就知道，永久凍土所含的碳幾乎是大氣的兩倍——其中一大部分是腐爛的古代植物和動(dòng)物的遺骸帶來(lái)的，隨著凍土解凍，會(huì)有大量二氧化碳和甲烷慢慢釋放出來(lái)。雖然隨著氣溫的升高，北極植被的綠化率提高，部分二氧化碳會(huì)被植物吸收，但最近一項(xiàng)研究顯示，凍土變暖釋放出的溫室氣體比以前想象的多得多。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為“突然解凍”，雖然可能只會(huì)影響北極永久凍土層5%的面積，但科學(xué)家保守估計(jì)，這或許足以使永久凍土層對(duì)全球變暖的總體貢獻(xiàn)增加一倍^[6^]。凍土融化-釋放溫室氣體-氣溫升高-凍土融化，這個(gè)潛在的惡性循環(huán)正在發(fā)生。

當(dāng)然，永凍層排放的溫室氣體仍然比我們?nèi)紵禾俊⑹秃吞烊粴馀欧诺囊?。也有?zhuān)家提出，并不是所有的碳都會(huì)直接轉(zhuǎn)化為溫室氣體。但任何數(shù)量的排放都將加速永久凍土層的融化。到目前為止，凍土層的融化預(yù)計(jì)將使人為造成的氣候變化擴(kuò)大10%左右。除了這個(gè)不可估算的數(shù)量，很難預(yù)測(cè)永久凍土層還會(huì)解凍多少——主要是因?yàn)檫@取決于人類(lèi)的決定^[7-8^]。

除了加劇氣候變暖的碳，北極永久凍土也是地球上最大的汞儲(chǔ)存庫(kù)?？茖W(xué)家們現(xiàn)在認(rèn)為，永久凍土中冰封的汞幾乎是土壤、海洋和大氣中汞含量總和的兩倍。重金屬（特別是汞）以及其他目前儲(chǔ)存在冰川和永久凍土層中的遺留污染物的釋放，將降低淡水生物群賴(lài)以生存的水質(zhì)。科學(xué)家們不知道這種汞會(huì)釋放多少，何時(shí)釋放，但他們確實(shí)知道：持續(xù)的融化使汞更有可能被釋放，污染海洋，并在食物鏈中積累^[9^]。

極地冰雪不但禁錮著危險(xiǎn)，也保存了兩極地區(qū)的古代動(dòng)物遺跡和人類(lèi)歷史。5000年前去世的冰人奧茨的尸體就很好地保存在阿爾卑斯山中。冰使得他的尸體不致腐爛，這樣人類(lèi)才得以窺探他曾經(jīng)生活的軌跡。另外，北極可能還有其他的水獺或尚未被發(fā)現(xiàn)的猛犸象的DNA。冰川的融化會(huì)加重這些寶藏暫時(shí)脫離冰層，甚至是被摧毀的風(fēng)險(xiǎn)。這對(duì)人類(lèi)了解地球歷史而言，將是巨大的損失。

參考文獻(xiàn)

[1] https://weather.com/news/news/svalbard-doomsday-vault-flooded-permafrost-melt.

[2] https://secretsoftheice.com/news/2017/03/09/virus-microbes-ice/.

[3] Yashina et al. March 6, 2012. 109 (10) 4008-4013.

[4] https://www.pnas.org/content/early/2015/09/02/1510795112.abstract.

[5] E. VanWormer, J. A. K. Mazet, A. Hall, et al. Viral emergence in marine mammals in the North Pacific may be linked to Arctic sea ice reduction. Scientific Reports, 2019 DOI: 10.1038/s41598-019-51699-4.

[6] Merritt R. Turetsky, Benjamin W. Abbott, Miriam C. Jones, et al. Carbon release through abrupt permafrost thaw[J]. Nature Geoscience, 2020, ttps://doi.org/10.1038/s41561-019-0526-0.

[7] https://www.nationalgeographic.com/science/2020/02/arctic-thawing-ground-releasing-shocking-amount-dangerous-gases/.

[8] https://www.discovermagazine.com/the-sciences/artic-meltdown-were-already-feeling-the-consequences-of-thawing-permafrost.

[9] Paul F. Schuster et al, Permafrost Stores a Globally Significant Amount of Mercury, Geophysical Research Letters (2018). DOI: 10.1002/2017GL075571.