研究：冻土层释出远古病毒或对生态构成威胁

2023年6月22日，奥地利加尔蒂（Galtur）附近，部分坍塌的富卢希特峰（Fluchthorn，右中）岩石滑坡沉积到下方山谷上。6月12日，约100万立方米的岩石从山上坠落，使山的高度减少了19米，山顶上的十字架也随之倒塌。科学家们将此归咎于永冻土融化。 （Sean Gallup/Getty Images）

科学家警告，永久冻土解冻所释放出的古代病原体，可能会对现代生态系统构成威胁。

多年冻土层（Permafrost）一般分布在高纬度或高海拔地区，如格陵兰岛、阿拉斯加、西伯利亚、青藏高原和加拿大北部等，是由土壤、沙子和岩石构成的坚硬冻土层，其下层在夏季仍处于冻结状态。

新研究发现，这些冻土层中有长期处于休眠状态的微生物，随着冻土层解冻，可能会使这些古老的病原体重返生态系。

为更好地理解可能发生的生态效应，一个国际研究小组在7月27日发表在《公共科学图书馆– 计算生物学》（PLoS Computational Biology）期刊上的一项研究（链接）中，对古老病毒与现代细菌之间的相互作用，进行了数字化建模。

通过数万次迭代模拟，研究小组追踪了病毒如何影响细菌群落的物种多样性。结果发现，大约1%的情况下，古老病毒可能对生态系统造成重大破坏。病毒入侵者不仅存活了下来，且随着时间的推移，最终使系统失去平衡。

在一些模拟中，远古病毒使整个生态系统的细菌多样性减少了32%。

研究人员使用一种名为“Avida”的软件，来模拟病原体是否能成功渗入生态系统。在二维网格中，细菌会与环境相互作用，争夺能量和空间。找到自己生存空间的竞争者，可在循环中繁殖和生存。

在此过程中，繁殖过程中会出现一些微小的误差，从而产生遗传多样性，形成一个更加复杂的生态系统。当病毒进入这个环境时，它必须从合适的细菌宿主身上汲取能量。宿主若无法获得生存或繁殖所需的能量，将会面临死亡。

过去二十年来，越来越多的研究致力于了解北极地区永冻土融化的后果，例如美国国家航空航天局（NASA）2022年1月的一项研究，调查了在突然解冻事件中碳释放的影响，以及让-米歇尔·克拉维里（Jean-Michel Claverie）对锁定在永久冻土中的潜在传染性病原体长达十年的研究。

克拉维里是艾克斯-马赛大学（Aix-Marseille University）医学院医学和基因组学名誉教授。他于2014年和2015年，从永冻土中复活了几种病毒，虽已历经4.8万年的历史，但其中一些病毒仍能在变形虫内复制，导致它们爆裂并释放出新鲜的病毒颗粒。

克拉维里和他的团队在今年2月的一项研究中，报告了能感染变形虫的5个新的古老病毒家族。这些研究证明，古代病原体尽管休眠了数万年，但仍可能具有传染性。

这份新报告的主要作者是斯特罗纳（Giovanni Strona）和共同作者则是布拉德肖（Corey Bradshaw）。

斯特罗纳说，成功的入侵事件中，物种多样性可能损失高达32%。这并不意味着病毒杀死了虚拟生态系统中三分之一的细菌，而是生态系统在面临冲击下，细菌多样性减少了32%。

布拉德肖对CNN说，虽然1%的概率看似很低，但每年有4个sextillion（10的21次方）细胞从永久冻土层中逃逸出来。这远远超过银河系中恒星的数量。

“4个sextillion的1%，这是一个大多数人都无法想象的数字。发生这种情况的机会非常多。”布拉德肖说。

包括人类在内的现代生物，几乎没有针对远古病原体的自然防御机制。所幸含有地球永久冻土的地区人烟稀少。如果远古病原体以某种方式逃脱，大部分仍难以找到可感染的人群。

但斯特罗纳和布拉德肖说，对研究小组来说，这项研究与其说是警告，不如说是行动的号召。他们认为，该研究为评估古代微生物入侵风险，提供了一个框架。还需要进行更多研究，才能确定这对人类或动物种群的影响。