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气候变暖真正的威胁,藏在永久冻土里的病毒病菌们正在复苏…… 精选

已有 5738 次阅读 2018-5-27 22:39 |系统分类:科普集锦

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气候变暖真正的威胁,藏在永久冻土里的病毒病菌们正在复苏……


有些恐怖病毒,我们以为已经将它彻底消灭了,但它却还存在于世等待苏醒。

天花是人类历史上一种酿造了无数悲剧的恶性传染病,它被称为“人类史上最大的种族屠杀”。

从1967年开始全球进行最后一次采用牛痘疫苗大规模消灭天花的活动,活动以1977年非洲索马里最后一位患者的痊愈结束。

1979年10月26日联合国世界卫生组织宣布全世界已经消灭了天花病毒。

现存的最后天花病毒样本只分别保留在美国和俄罗斯的两个研究中心中做研究使用。

而在19世纪90年代西伯利亚爆发了一次规模较大的天花疫情,当时人们把患病死者的尸体草草掩埋在河边。

西伯利亚冻原上的永久冻土就像大学实验室里的冷库一样保存着这些天花病毒,现如今,变暖的气候已经开始使冻土逐渐融化。


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天花病毒


人类擅长与一切威胁其生存的生物抗战。

远古时期发明尖矛利盾抵抗凶猛野兽,所向披靡。

一个世纪前以青霉素的发明为开端,拉开了人类与病菌激战的序幕。

随后病菌不断进化,人类研发的抗生素也随之更新换代。

本以为这是一场更新竞速比赛,但这时候猛然一回头,发现数千年前的致病病菌和病毒正以更凶猛之势卷土重来。


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亚历山大·弗莱明首次提取青霉素


已经有一些可怕的病菌开始悄无声息地重新苏醒,威胁人类。

2016年8月一种古老病菌就在广袤壮阔的西伯利亚冻原上就显露了它的蛛丝马迹。

一位居住在冻原北极圈内亚马尔半岛的12岁男孩因感染炭疽而死亡,同时至少有20位当地人也因此住院治疗。

纯净的北极怎么会突然出现易被食草兽感染的炭疽杆菌呢?而且这种病菌与现代炭疽杆菌在形貌上有着不小的差异。

这起事件得到当时科学家们的重点研究,经过排查疫情探明真相,原因令人十分惊讶。


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一头因感染炭疽死于1941年的驯鹿尸体本来深埋在永久冻土层之下,所有人都认为尸体会被永久冰封。

但随着全球变暖气候下夏日热浪的出现,永久冻土原来并不像字面意思所说的“持续永久”,它开始融化。

这就使得驯鹿尸体暴露,炭疽杆菌重见天日,并复活释放到附近的水和土壤中。

病菌传染式地侵入附近放牧驯鹿,造成2000多只驯鹿死亡。

疫情爆发的亚马尔半岛大概拥有30万只驯鹿,当时的俄罗斯政府甚至准备捕杀半岛上六分之五的驯鹿以确保疫情控制。

随着食物链的流向,位于食物链顶端的人也难以幸免,近百人因此就医治疗。


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永久冻土又称永冻层,它具有迷惑性的名字,其实指的是持续多年冻结的土石层,并不是永远冻结不会融化的冰层。

北极地区的冻土层分为两层,约50厘米的上层冻融土每年夏季融化、冬季冻结,再往下的永冻层则常年处于冻结状态,100米以内的部分年平均低温达到-5至-3℃。

大多数情况下永冻层中的水分子含量会超过地表物料的潜在水饱和量,因此通常是冰与土的冻融形态。

但随着气温回暖或者受到强压,冻土内的冰会融化成水而改变其固体的状态,并且更深的永久冻土正逐渐显露出来。


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土葬是古代处理尸体最方便和常用的方式了。

人死后可能还会将遗体运送回老家选一处风水宝地风光大葬。

而动物的待遇就没那么好了,它们死后的尸体要么是遗弃荒野,要么是有人经过动了恻隐之心而把它就地掘土埋葬。

一般来说动物体内的病毒细菌会随着它们寄主的身体死亡而凋亡,但冻土这种条件可谓是某些病菌的“保鲜库”。

炭疽杆菌等一类病菌在生长发育后期会形成芽孢,其表面具有一层异常坚硬孢子。

在这层孢子的保护下病菌就可以在低温、无氧、黑暗、没有水分的永久冻土中安心冬眠长达几个世纪了。

早就有研究指出,在浅层永冻层中的炭疽芽孢活性可以保持105年,而随着埋藏深度的增加细菌还能休眠更长的时间。


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炭疽菌落及菌体


在20世纪初期,全世界有一百多万只驯鹿死于炭疽病。

当时它们的尸体大部分就被埋葬在地表,主要分散在俄罗斯北部的区域。

近年来受全球变暖影响最大的北极圈气温急速上升,其上升速度要比全球其他地区快三倍。

冬眠状态中的病菌在温暖的“呼唤”中觉醒,再依据其传染特征很快找到新的寄主,实现“复活”。


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然而,这并不是古老病菌首次复活的孤例。

在20世纪90年代,俄罗斯新西伯利亚病毒学和生物技术的科学家意外在几具石器时代的人类遗体中,检查出了他们曾感染的天花和黑死病病毒的DNA片段。

虽然没有发现病毒本身,但病原体有可能在环境适宜生存的条件下通过感染性媒介传播。

早在2005年美国宇航局(NASA)的科学家就实现让冻存3.2万年的肉芽孢杆菌复活。

那还是猛犸象在地球上生存的时代,而猛犸象就没有那么幸运能够复活了。

它们复活的原理和炭疽杆菌类似,也是产生了坚硬的孢子才得以存活。

而一旦复活,它们也具有了可怕的传染性。


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猛犸象


北极的永久冻土中蕴藏着丰富的天然气、贵重金属、石油等珍贵资源,近年来许多国家纷纷打起了这块区域的主意。

要挖矿或开采石油都需要大量地移动永久冻土,而且移动的量至少以百万吨级来计算。

因此除了温度升高引起冻土融化导致的病菌复活外,在北极地区进行的采矿等商业行为也会严重破坏冻土结构,从而使深藏其中的远古病毒再次复苏。

这一举措要是真的落实,其破坏力将远远大于全球升温的影响。


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我国青藏高原地区也蕴含丰富的永久冻土资源。

但随着近50年来人为开发利用等人类活动的干扰,青藏高原的冻土环境也受到不小的影响。

开挖地表、任意取土样品等工程活动扰乱了原有冻土的水-热-冰的动态平衡机制,加快了土壤温度的变化。

据统计,在1980-1995年间永久冻土小于20米深的浅层地温普遍升高,十几米厚的冻土减薄或者消失了。


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青藏高原的冻土资源


人类微生物防治技术发展其实已经比较先进和完善,但远古世纪的病毒和细菌依然能够震慑我们。

这是因为现如今研发的防治技术主要针对新型的致病病菌,与它们的祖先相比已然改头换面。

因此在古老病菌面前,即使人类重甲加身、武器精锐也没有用武之地,不及时针对其研发对抗的话就只能缴械投降了。


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疫苗是人类历史上对抗病菌的一项里程碑式的伟大发明。

威胁人类数百年之久的天花病毒就是在牛痘疫苗的接种下得到完全防治

在两百多年的疫苗发展中不断更新与完善其防御效力,但由于早年医学条件较差,多种疫苗只被用于当时特定疾病的控制和预防,并没有很好的保存下来。

而随着古老病菌的复活,可见维持疫苗库存的重要性和紧迫性。

同时对永久冻土中DNA含量的检测和监控也是预防病菌复苏的一项重要举措。

定向地发现罪恶的苗头才能更有效地进行后续防治与保护。


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虽然永久冻土中病毒库的存在和远古病菌的复苏将会严重威胁人类的生存,但从另一个角度看,地球微生物强大的存活能力和休眠能力也确实使人惊叹。

美国佛罗里达大学微生物学与细胞学学院的研究人员从俄罗斯西伯利亚一处12~20米深的冻土中提取到了一种肉食杆菌属细菌和其他细菌。

科学家们把细菌放在常温条件下培养,随后用它们测试了火星环境培养,如缺氧、极度低温低压条件。

实验发现,30天的培养后10000个细菌样品中有6个能在这种极端环境中存活,而存活下来的无一例外都是肉食杆菌属细菌。

这一发现对火星上生命探究的进度有迈进了重要的一步。

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探测火星环境的飞行器


外星研究固然重要,但当务之急是防范好埋藏在永久冻土之下的巨量细菌与病毒。

否则还没等到登上移民火星的诺亚方舟,人类已经在地球上岌岌可危了。


*参考资料

吴元明, 刘建玲. 炭疽杆菌致病因子的研究进展[J]. 医学争鸣, 2002(b12):40-42.

贾斯明, 福克斯-斯凯利, 蔡立英. 潜伏于冻土中的远古病菌复苏[J]. 世界科学, 2017(7).

王一博, 王根绪, 常娟. 人类活动对青藏高原冻土环境的影响[J]. 冰川冻土, 2004, 26(5):523-527.




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