北极永久冻土的古老病原体可能会扰乱现代生态系统

随着气候变暖，科学家们提出，由解冻的北极永久冻土释放的“时光旅行病原体”可能对现代生态系统构成风险。

永久冻土是由土壤、沙子和岩石组成的坚硬冻结地层，位于格陵兰、阿拉斯加、西伯利亚、青藏高原和加拿大北部等高纬度或高海拔地区。这层冰冻的地层困住了长时间处于休眠状态的微生物，但据新研究称，全球变暖可能会创造适合这些病原体从过去回归的条件。

为了更好地了解可能的生态影响，一支国际研究团队在7月27日发表在《PLOS计算生物学》杂志上的一项研究中，通过数字模拟研究了古代病毒与现代细菌之间的相互作用。

通过数万次迭代，研究团队追踪了病毒对细菌群落物种多样性的影响。约有1%的古代病毒对数字生态系统造成了重大干扰。这种病原体要么增加了多达12%的多样性，要么相反地减少了32%的物种多样性。这些入侵者不仅存活下来，而且随着时间的推移发生了进化，使系统失去平衡。

研究人员使用了一种名为Avida的软件来模拟病原体是否能够成功渗透生态系统。在一个二维网格中，细菌生物与环境相互作用，竞争能量和空间。找到自己的生态位的竞争者可以繁殖并在循环中生存下来。

在此过程中，繁殖中出现了轻微的错误，导致了遗传多样性的产生，从而形成了一个更复杂的生态系统。当病毒进入这个环境时，就像任何其他寄生虫一样，它只能通过寄生适合的细菌宿主来获取能量。然后，宿主无法获得其生存或繁殖所需的能量，随后死亡。

这是否意味着将有近三分之一的人类和其他生物很快面临来自复苏的病毒性疾病的风险？不，但首席作者乔Giovanni Strona和合著者Corey Bradshaw表示，这些发现给不断变暖的气候带来了另一个令人担忧的风险。

入侵物种可能会减少生物多样性

在过去的二十年里，人们对北极地区永久冻土融化的后果进行了更多研究，例如2022年1月的一项由NASA进行的研究，该研究调查了突然解冻事件中碳释放的影响，以及Jean-Michel Claverie长达十年的对永久冻土中潜在传染病原体的研究。

克拉维里是法国马赛大学医学与基因组学荣誉教授，他在2014年和2015年从永久冻土中复活了他所称的“僵尸”病毒，并在一项2月份的研究中报告了五个能够感染变形虫的古代病毒家族，CNN此前报道过。克拉维里领导的研究证明，尽管休眠了数万年，古代微生物仍然具有传染性。

在克拉维里的工作基础上，Corey Bradshaw和Giovanni Strona设计了一个模拟来量化这些病原体可能产生的后果。

Bradshaw表示，虽然1%的病原体引起重大干扰似乎很低，但每年有4千万亿个细胞从永久冻土中逃逸出来。这远远超过了银河系中的恒星数量。

他在接受CNN电话采访时说：“4千万亿的1%是一个大多数人无法想象的数字。这里有如此多的机会……对于一个个体病毒来说，概率是罕见的，但潜在的病毒有如此之多。”

Bradshaw将永久冻土中的病毒比作任何其他入侵物种。在现实世界中，大多数入侵都会失败，这也是该研究所反映的。但他说，我们仍然面临入侵物种问题的原因是生态系统中有太多的引入物种。

在研究的成功入侵事件中，导致32%物种多样性的损失并不意味着病毒杀死了数字生态系统中三分之一的细菌。斯特罗纳表示，相反，它意味着整个生态系统的细菌多样性减少了32%。

当病毒感染细菌并杀死它们的宿主时，对生态系统的影响是灾难性的。平衡状态下存在的资源不再可用，因此剩余的物种被迫进行生存的竞争。捕食者和猎物争夺剩下的资源，使系统失去平衡。如果捕食者较少，猎物就会繁衍生息，过度繁殖，然后使用过多的资源。过度生产会导致自然淘汰中减少猎物种群。如果捕食者较多，它们会消耗过多的猎物，无法持续生存，导致同样的结果。

研究人员发现，病毒的引入是导致这种重大物种多样性波动的唯一原因。

碳排放的作用

现代生物，包括人类，几乎没有任何对抗古代病原体的自然防御机制。但对于研究团队来说，这项研究更多是一种行动呼吁，而不是真正的警告，斯特罗纳和布拉德肖表示。

“我们还不需要敲响警钟，”加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室的气候科学家Kimberley Miner博士说。她表示，她认为气候危机中还有更紧迫的问题，这些问题要容易控制得多，例如减缓向大气中释放碳的速度。

该研究是量化这些未知变量风险的一个很好的第一步，但Miner表示，这些新出现病原体的感染机会仍然“高度不可能”。

地球上的永久冻土区域人口稀少。如果古代病原体确实设法逃逸，它们将很难找到人类进行感染。此外，永久冻土每年以每季约1.2英寸(3厘米)的速度逐渐融化，而大部分4千万亿个细胞都是在这种逐渐解冻过程中释放的，Miner说。

她解释说，北极永久冻土的突然解冻，有时会在几天内发生，是“我们最担心的释放我们不熟悉的生物体的情况”。

随着全球平均温度的升高，这些突然解冻事件只会变得更加普遍。在7月份创纪录的高温之后，无人机拍摄到西伯利亚最大的永久冻土坑下陷，地下的冰融化。

Strona和Bradshaw提到了需要进行更多研究，以将他们的研究结果扩展到人类或动物群体的影响。两位研究人员表示，他们的目的是为评估来自过去时代的病原体对现代生态系统的潜在威胁提供更多的证据。

他们指出，尽管目前的研究还无法确定这些古代病原体是否会对人类或动物产生直接影响，但了解它们的存在和潜在影响的重要性是不可忽视的。

此外，他们还提到了其他研究人员的工作，这些研究人员在过去几年中从永久冻土中复活了“僵尸”病毒，并发现了五个新的古代病毒家族。

尽管目前的研究还只是揭示了冰冻土壤中病原体的一小部分，但这些发现仍然引发了人们对永久冻土解冻可能带来的潜在风险的关注。

Strona和Bradshaw的研究为我们提供了一个更清晰的认识，即随着气候变暖，永久冻土中的病原体可能会被释放出来，并对现代生态系统造成潜在威胁。

然而，我们需要进一步的研究来了解这些病原体的传播途径、感染机制以及对人类和动物的潜在影响。

总的来说，这项研究提醒我们，我们需要更多的关注和研究来了解永久冻土解冻可能带来的潜在风险，并采取适当的措施来保护我们的生态系统和人类健康。

本文译自 Egypt Independent，由 BALI 编辑发布。