當最後一根鑽杆從冰層裏取出時,科學家們也不知道,自己將要開啓一個怎樣的“時間膠囊”。2015 年 9 月,中美俄意秘五國科學家集結昆侖山古裏雅冰川,這是中國科學院青藏高原研究所與美國俄亥俄州立大學共同開展的一次綜合科考活動,目的是通過鑽取深部冰芯研究各種古代環境特征。
冰川是古代降雪落到地面後無法融化、逐漸堆積壓實形成的冰體。從蓬松的積雪轉變爲冰的過程裏,也會將一些空氣、落塵和表面的各種物質凍結起來。隨著冰川越積越厚,它便成爲保存古代大氣和冰面物質的“時間膠囊”。
科學家在避免外界汙染的前提下融化冰體,就可以推開了解過去的窗戶。近幾年,人們逐漸發布了一些對 2015 年冰芯取得的新認識,其中一項便于今年 1 月 7 日發布在 BioRxiv 論文預印本網站。研究者在嚴格消毒的環境下,從距今 520~15000 年範圍內的冰芯裏分離出了較豐富的微生物,包括18 種細菌和33 種病毒,其中29 種病毒是人類之前從未遇見過的種類。
在這個春天,人們因爲新型冠狀病毒而格外緊張,“未知古老病毒”這幾個字眼很容易挑動人們的神經。人們會擔心這些病毒是否危險,會不會對人産生危害,這樣的現象是否罕見,是否意味著什麽可怕的事情。
所以,我們真的需要擔心嗎?說實話,其實不太需要。
冰川裏有很多微生物
在人類眼中,冰川往往意味著嚴寒、生存環境惡劣、缺少生機……除了壯美之外,似乎都是一些不太好的詞彙。冰川的世界裏缺少宏觀植物,散落的泥沙石塊也無法餵飽動物。即使是在南北兩極,企鵝和北極熊等動物實際上依托海洋生存,遼闊冰原僅僅是它們落腳和休憩的場所。
在山地冰川,這種荒蕪感被襯托得更加強烈,即使偶爾有動物經過,那也是匆匆來去。即使是末端已經下降到林木線以下的四川貢嘎山海螺溝冰川,冰體表面同樣了無生氣。
但眼見不一定爲實。在世界各地,研究者都曾經在冰川表面提取到豐富的微生物,包括藻類、真菌、細菌、古菌、放線菌和病毒。它們有著對低溫環境和強紫外線的超強耐受力,在冰雪的世界裏寫下各自的傳奇。
例如近期一些報道提到,一種叫做雪藻(Chlamydomonas nivalis)的微生物正在南極冰原蓬勃生長,它們聚集成片,將冰雪染上血一般的顔色。這是一種單細胞的綠藻類植物,廣泛分布在南北兩極冰蓋和其他的高山冰雪區,在阿拉斯加的群山裏、阿爾卑斯山脈的冰川上、青藏高原的腹地中、甚至終年積雪的富士山頂都有分布。每當夏季到來,雪藻會呈現出明顯的紅 – 粉紅色,而到了秋末至初春,又會轉變爲淡淡的綠色。
雪藻這樣的微觀植物爲一個龐大的冰凍圈生態系統提供了物質保障,光合作用維系著一個十分活躍的微生物世界,其生物繁盛度遠超你的想象。風也幫助維持著這個生態系統,不僅爲冰面帶來灰塵和有機物,給微生物添加微量元素和意外的“零食”,還能幫助這些微生物乘風而去,跨越群山的阻隔紮根四方。
除了藻類,人們在兩極的地表、冰層和湖泊中也檢出了其他微生物,例如病毒。在南極的季節性湖泊 Limnopolar 湖中,湖水中便充斥著各式各樣的病毒,以多種噬菌體爲主[10]。
細菌和真菌等細胞微生物消耗著藻類制造的有機物,而病毒又把各種細胞微生物作爲“劫持目標”,一旦抓住機會便瘋狂入侵,劫持細胞功能瘋狂複制。被殺死的細胞生物則歸于塵土,將養分歸還自然。生存與死亡,合成與分解,就在這些不起眼的冰凍圈微生物之間周而複始。
龐大的微生物基數,使它們有機會被冰雪埋藏,隱藏在冰下的世界裏,並且憑借優秀的適應性,存活很長時間。
在阿爾卑斯山,人們在“冰人奧茨”遺留下的草鞋裏發現了 2 種真菌和 1 種放線菌,有觀點認爲,這些微生物可以排除後期汙染,是存活了 5300 年的古老微生物。冰人奧茨被發現時有一半軀體暴露在冰雪之上,人們認爲他原先死在更高的山頂,被冰雪掩埋後才隨著冰川運動到發現地點。
在北極的格陵蘭島,人們從冰齡爲 14 萬年的冰芯裏發現了屬于番茄 – 煙草花葉病毒的遺傳物質,被視爲從遠方吹到格陵蘭的病毒。在南極,科學家們在著名的Vostok 湖上方鑽井,取出了長達 3623 米(底部冰齡 42 萬年)的冰芯。在冰芯的 1500-2750 米(冰齡 2.4 萬 -11 萬年)處檢測出大量細胞微生物及病毒樣顆粒,而冰芯底部蘊含的微生物,也被視爲 Vostok 湖水中存在微生物生態系統的證據。
雖然這些包括病毒在內的微生物被封存在古老的冰層裏,但有趣的是,這些病毒實際上離我們並不遙遠——因爲古老的冰層,其實挺常見的。
冰川微生物從不曾遠離
在巨大重量的拖拽下,冰體會以肉眼可見的速度流動。全球冰川特性不同,流速有快有慢。在降水量小的祁連山腳下,七一冰川在 2013 年測得平均流速爲每年 7 米,最快的部位能達到 12 米,是運動不活躍的大陸性冰川。而文章開頭提到的海螺溝冰川是更加活躍的海洋性冰川,降水量大,冰雪積累快,流動速率可達到每天 0.3 米~2 米,是前者的數百倍。
這也是人們將冰川稱作“川”的原因:川者,河也。古老的冰體以這樣的方式實現新陳代謝,從冰川上遊流向末端。
新西蘭南島 Franz Josef 冰川流動,新西蘭南島 Franz Josef 冰川流動的延時視頻 | 該冰川爲冰雪積累很快的海洋性冰川,流動速度快;拍攝時間爲 2013 年 1 月至 2014 年 6 月。來源@Brian Anderson / 惠靈頓維多利亞大學)
冰川一邊積累一邊流動。理論上,年齡古老的冰塊通常出現在冰川底部,它們中的一部分會殘留在冰川底層,多數會隨著冰川的流動去向冰川前端。隨著海拔降低,溫度隨之升高,古老的冰川前端會逐漸進入溫暖的區域,最終融化。
以古裏雅冰川爲例,人們在冰舌邊緣的底部采集樣品,測得冰體年齡範圍爲距今 1.5 萬~7.4 萬年[4]。盡管這一數據比以往通過冰芯獲取的數據低一個數量級,表明人們需要對該冰川進行更多的測年研究,但也足以說明,古老的冰川冰距離我們並不遙遠。
若從冰層形成的角度考慮,冰川也像是個“時光機器”。以七一冰川爲例,它全長僅有 3000 米左右,一塊冰從形成于最高處到流動至最低處,需要耗費四百多年的時間。理論上,我們大概可以在這條冰川的末端或者底部的某處,尋找到明代降下的“雪花”和埋藏于那時的微生物——假如它們還活著。如果不是因爲當代全球變暖加速了冰川的流動和消融後退,這個時間其實可以更長。
古往今來,不知有多少微生物,在被冰封了或長或短的時間後,便重新加入融水,流淌在冰川末端的冰碛物間,湧進遙遠的江河湖海,成爲地球生態永不停歇的一環。而它們的後代更是始終在冰川表面持續演化,隨時都會加入融水,與人相伴相生。
那些生活在冰川腳下的人們,也早已在漫長的曆史進程裏,逐漸適應了這些微生物。如果真的存在毒性極強的病原體,人們也早就無法靠近這些冰川了。
兩極冰蓋的情形略有不同。雖然冰蓋也存在從中心向四周、從高處向低處的緩緩流動,使冰蓋也在一定程度上保持新老冰層的“代謝”,但由于冰蓋厚度巨大且年代久遠,在它由小變大、由薄變厚的生長過程中,範圍較小的古代冰蓋被完全覆蓋,成爲被深埋數千米冰層下的“時間膠囊”。
但是,數千米厚的冰層不會一夜之間融化,這一過程會持續成百上千年。在這些冰蓋像“剝洋蔥”一般緩緩由外向內融化時,自然界和人類仍然有漫長的時間來進行適應。
從另一個角度,病毒是世界上數量和種類均最多的生物,自然界的病毒種類預計超過百萬種。海洋則是地球上最大的病毒庫,種類預計超過20 萬種,其中絕大多數以各種細菌和真菌爲獵殺對象。相比之下,截至 2018 年,ICTV 公布的第九版《病毒分類》中,人類僅僅識別出5500 余種病毒,並對其中2000 余種進行過基因測序分析,其中能夠感染人體的,僅有200 余種。
海洋裏充滿了我們知之甚少的病毒、細菌和其他微生物,但這也根本不影響人們去熱情擁抱海洋——千百年來的實踐早已告訴人們,下海遊泳最大的風險是溺水和遭遇危險海洋動物,而不是被奇奇怪怪的微生物感染——雖然也有少數不幸的例子。
我們生活在病毒的“海洋”裏,並且對它們了解不多。它們與其他細胞生物日夜厮殺,土地、江河、海洋、冰雪和我們的身體都是戰場。但這一點也不令人感到擔心,因爲病毒本就占據著生態系統的重要一環:病毒通過專一地殺死特定微生物,能夠有效控制特定微生物的種群規模,將營養物質從微生物體內釋放,保持著整個生態系統的穩定。
這種針對特定宿主的專一性,意味著自然界絕大多數病毒不會感染人類,甚至可以被用于幫助人類消滅引起感染的特定微生物。早在 1919 年,一些先驅者就將特定噬菌體注射進人體治療細菌性痢疾,並取得成功。在抗生素越發濫用、細菌抗藥性越來越強的當代,噬菌體療法或許能爲人類指引一條治療細菌感染的全新道路。
從這個角度來說,從自然界裏識別出越來越多的全新病毒,不僅大概率對人體無害,甚至還有潛在的科學價值和醫療價值,未嘗不能夠爲我所用。
在了解這些事實以後,我們就會發現,來自古裏雅冰川深處的 29 種古老的未知病毒,其實根本不值一提,甚至還有可能是一個好消息。
這個世界就是這麽奇妙,不是嗎?
03 真正需要擔心的是什麽?
讓古生物學家和病毒學家們去操心遠古病毒的事吧,它們和普通人確實扯不上什麽關系。比起這一點點未知病毒,冰川和冰蓋的過快消融才是人們更應該關注的問題。
它關乎海平面上升,關乎冰川融化産生的洪水和冰崩堰塞湖,關乎冰川融水河流兩岸的生計,關乎凍土融化釋放出更多甲烷,甚至還關乎擾亂極地渦旋、寒潮頻率和強度(注),關乎更熱的夏天和更頻繁的氣象災害。
這個暖冬,寒潮爲何如此猛烈?
但在所有這些之外,全球變暖也正在影響著億萬生靈的生命節奏,甚至可能也包括病毒。
長久以來,氣候變化與致病病毒和特定疾病的傳播是否有關、有多大關系、有哪些證據等問題,一直是科學家們討論的熱點。盡管尚存爭議,也缺少足夠的證據,但一些研究正在向我們昭示出不太樂觀的前景。
在世界各地,變暖導致大批候鳥的棲息地環境發生快速改變,從而引起遷徙行爲發生改變,有機會沾染和傳播更多人禽共染病毒(如多種禽流感),並讓現有共染病毒(如禽流感病毒)的傳播範圍變大。
在熱帶和亞熱帶地區,洪水頻發和多雨天氣,讓湖沼的數量和範圍擴大,爲蚊蟲滋生創造條件,大大增加傳播蟲媒病毒的隱患。在我國南方,近年來登革熱的發病便呈回升趨勢;在南美洲,寨卡病毒也因蚊子數量劇增而嚴重擴散。
在這個被全球變暖擾亂的“病毒世界”裏,人和動物共染的病毒更加值得引起重視,沉重的現實正在身邊發生,用鮮血換來的教訓必須汲取。作爲個體,我們似乎沒法避免全球變暖對動物病毒的傳播産生潛在影響,但至少可以學會善待正在發生變化的野生動物。
捍衛野生動物的生存權利,避免食用野生動物,減少使用非必要的野生動物制品,從根源杜絕病從口入。
與野生動物保持適當距離,減少與野生動物不必要的接觸,盡可能切斷共染病毒從動物間傳播向人間傳播轉變的渠道。
守護人類與野生動物共同的家園,將生態保護的理念落實到日常生産生活中,停止對野生動物棲息地的肆意占用和破壞,保護好野生動物的生存空間,就是防止野生動物侵入人類棲息地的最好辦法。
如果還有什麽是人類能做到的,便是改變生活習慣,從日常生活裏減少對自然環境的沖擊。個體的力量固然微不足道的,但億萬個體彙成的洪流卻能無堅不摧。
從節約一點能源,少購買一個塑料袋,控制一些不必要的消費欲望開始;
從日常生活的每一個細節中,減少點點滴滴的碳排放開始;
並讓它最終去改變這個世界,換回人類世界和野性世界的安甯。