进入20世纪 50 年代以来，新发传染病在全球范围不断出现，特别是2009年发生的甲型H1N1流感大流行、2014年西非的埃博拉病毒爆发以及2015年的美洲寨卡病毒大流行给人类健康、全球政治和经济带来严重影响，使得世界各国切实体验到新发传染病的控制已成为必须面对的重大公共卫生问题。目前全球已发现的新发传染病多达40余种, 其中以病毒性传染病居多。新发病毒性传染病的发生往往具有传染性强、传播速度快、流行范围广、病死率高、难以预测和防范等特点，极容易发展成严重的突发公共卫生事件或者国际关注事件。然而人们对新发病毒性传染病的发生原因、传播因素及流行规律等仍然缺乏足够的认识。为了探索宇宙射线是否对新发病毒性传染病发生有影响，我们利用宇宙射线活动数据与相关新发病毒性传染病之间的关系进行研究，以期为阐明新发病毒传染病的起源和预测预警提供科学依据。

面对2015年美洲的寨卡病毒大流行，我们不仅会产生以下疑问：寨卡病毒为什么会在2015年出现？为什么会在巴西和墨西哥出现？哪些因素导致了寨卡病毒的出现？我们怎样才能够提前预测未来的新发病毒传染病？为了理解这些复杂的问题，我们将需要考虑在对新发病毒传染病感兴趣的生物医学科学家、包括经济学家和人类学家在内的社会科学家和对环境感兴趣的地球和天文科学家之间建立新的跨学科对话和合作。由于目前的纯医学和唯病毒研究无法彻底解决类似甲流等新发病毒性传染病的起源问题，所以为了找到这些导致新发病毒传染病发生的奇怪的“新常态”或新的因素，我们将需要抛弃我们的学术孤岛（academicsilos），即学术上相互隔离，不进行合作和沟通）和舒适地带，与新领域的科学家们合作，以便提高今后传染病预防控制工作的预见性和主动性。

    目前科学界都在努力寻找2015年寨卡病毒在南美洲大流行的原因。世界宇宙射线数据中心监测结果显示，墨西哥地区宇宙射线水平在2015年的1月份突然大幅增加，从784995uGy大幅增加到1324700uGy, 并且全年持续在1300000uGy以上，随后巴西在2015年和2016年出现寨卡病毒和黄热病病毒流行和变异。我们的最新的研究打破了唯病毒论的传统医学观念，首次创新性的提出巴西地区急剧减弱的地磁场、突然增强的宇宙射线是导致寨卡病毒大流行的重要原因，并科学的解释了其中的原理。最近，由本人和世界著名宇宙学家Chandra Wickramasinghe合著的论文《Weakened magnetic field, Cosmic rays and the Zika virus outbreak》即将在综合性期刊《Current Science》上发表，敬请关注。

从2014年6月至2015年的地磁场强度变化来看，南大西洋磁场异常区磁场一直处于减弱的趋势，几乎覆盖了整个南美洲（图2和图3）。从1999年到2016年五月期间，北美洲高纬度地区磁场减弱了3.5%；而南大西洋磁场异常区稳定的向西移动，磁场强度减弱了2%，并且预测未来几千年的时间，地球磁极可能出现翻转。欧洲空间局的卫星群收集到的数据显示，地球磁场目前正在不断削弱，尤其是西半球方向的磁场比科学家估计的要快10倍左右，这种变化可能意味着地球将出现磁极翻转，最新的测量已经证实磁北极目前正在向西伯利亚方向移动，科学家之前估计地球磁场在每个世纪将削弱5%左右，实际上目前地球磁场强度每10年就衰减5%，是过去估计速度的10倍。在2014年1-6月内，地球磁场的调查显示磁场西半球磁场正在减弱，从图1中可以看出，西半球大部分地区的磁场正在减弱，以蓝色标志，东半球的红色区域为磁场加强，尤其在印度洋的西南方向上，磁场加强现象比较明显，总体上看，西半球的磁场处于减弱的状态，并且地球磁场的总趋势是在变弱（图1）。

图1  欧洲空间局蜂群卫星群提供的2014年1-6月地球磁场变化情况分布图

从2014年1月到6月间，欧洲航天局蜂群卫星群测量地球磁场的变化。这些变化以源自地核的磁场信号为基础。红色阴影表示磁场加强的地区，蓝色显示磁场变弱的地区。测量单位是毫微特斯拉。

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                         图2 2014年6月地球表面主磁场的“快照”

由蜂群卫星群的数据制作而成。这些测量值主要来自地核(约95%)，剩余测量值来自地幔、地壳、海洋、电离层和磁气圈等其他来源。红色阴影表示磁场加强的地区，蓝色显示磁场变弱的地区。测量单位是毫微特斯拉。

图3  2015年地球磁场强度变化图

注：红色阴影表示磁场加强的地区，蓝色显示磁场变弱的地区。测量单位是毫微特斯拉。

加利福尼亚高空气球平流层射线水平监测结果数据显示，从2015年3月到2017年5月，宇宙射线水平呈现系统性增加，大约增加了13%。在靠近巴西磁场异常区的墨西哥的宇宙射线监测结果显示，宇宙射线水平从2015年的1月份突然大幅增加，从784995uGy突然增加到1324700uGy, 并且全年持续在1300000uGy以上（图4）。墨西哥地区宇宙射线水平的突然增加可能与第24周太阳活动水平的减弱和巴西磁场异常区地磁场强度的剧烈降低有关。

图4  2015年寨卡病毒爆发与墨西哥宇宙射线突然增强之间的关联

注：横坐标为年份，纵坐标为宇宙射线强度（单位：uGy）

南大西洋辐射异常区，是位于南美洲东侧南大西洋的地磁异常区域，较相邻近区域的磁场强度弱，约是同纬度正常区磁场强度的一半大小，属负磁异常区。它是地球上面积最大的磁异常区，区域涉及纬度范围10 N~60 S、经度范围20 E~100 W，区域中心大约在45 W，30 S处，因它处于巴西附近，所以又称它为巴西磁异常。由于南大西洋磁异常区是负磁异常区，使得空间高能带电粒子环境分布改变，尤其是内辐射带在该区的高度明显降低，其最低高度可降到200km左右，造成辐射带的南大西洋异常区。

磁场被认为是一个巨大气泡，保护人类免遭连续轰击地球的宇宙射线和带电粒子的伤害。地球磁场对地球有保护作用，它可以阻挡许多来自外太空有害的宇宙射线和带电粒子，像X光之类的辐射线，还有带正电的质子或带负电的电子。如果没有地磁场，这些微粒就会不断穿越地球大气，使病原体发生变异或重组。南大西洋异常区上空的地球磁力保护变得薄弱之后，让更多的来自太空的辐射线得以穿透，到达大气层更低的地方，更接近地球表面，从而引发病毒发生变异或重组。目前太阳活动正处于太阳活动极小期和第24个太阳活动周期的下降期，伴随着南大西洋地磁场的急剧减弱，宇宙射线近3年呈现系统性增强的趋势，而且根据墨西哥宇宙射线的监测结果，宇宙射线在2015年1月突然大幅增加，并且持续全年。以寨卡病毒为例，香港大学研究人员分析了24株寨卡病毒毒株，他们在GenBank中有完整基因组或完整的多蛋白序列，包括1947年至2015年期间在非洲、亚洲和太平洋地区从人、动物和蚊子上采集的毒株，并将寨卡样本与其它致病黄病毒的基因组序列进行比较，如Spondweni病毒、登革热病毒和日本脑炎病毒等，并构建了系统进化树和开展了蛋白家族的分析，发现除了非结构2B（NS2B）编码区域外，所有编码区域的进化树拓扑结构是相同的，而且此发现得到了分子重排分析（bootscan analysis）和多序列比对的确认，结果表明NS2B与Spondweni病毒发生了遗传重组[1]。2017年国际著名学术期刊《自然》发表了清华大学医学院和深圳市疾病预防控制中心关于《进化导致寨卡病毒在埃及伊蚊上感染力增强》的最新研究论文，研究发现，在传播过程中，寨卡病毒非结构性蛋白NS1上的188位点发生自发性突变，造成了其对伊蚊的感染能力增强，导致自然界中携带病毒的伊蚊数量增加，变异可能是造成寨卡病毒突然在美洲大陆大范围流行的原因之一[2]。分子流行病学证据也表明，寨卡病毒很可能在20世纪也经历了多次重组[3]，寨卡病毒是一种通过蚊虫进行传播的单链RNA病毒，蚊虫特别是埃及伊蚊在自然条件下能够感染不同种的寨卡病毒，这些病毒首先在蚊虫的肠道中繁殖，然后通过血液到达其它组织，最终在唾液腺中繁殖，病毒可以在蚊虫吸取一些像植物汁液或露水时通过唾液播散到食物表面。大幅增加的宇宙射线能够灭活被蚊虫播散到外界环境中的寨卡病毒，但是实际上这些被灭活的病毒是半传染性的，蚊虫可以在进食时混合感染不同的病毒并通过基因感染再复活以及交叉感染再复活机制形成一种新的重组的病毒。宇宙射线也可以直接导致寨卡病毒发生变异。变异的寨卡病毒和减弱的地磁场共同促进了寨卡病毒在南美洲地区的大规模流行。

参考文献

[1.Zhu Z, Chan JF, Tee KM, et al. Comparative genomic analysis of pre-epidemic and epidemic Zika virus strains for virological factors potentially associated with the rapidly expanding epidemic. Emerg Microbes Infect. 2016; 5: e22.

[2].Liu Y, Liu J, Du S, et al. Evolutionary enhancement of Zika virus infectivity in Aedes aegypti mosquitoes, Nature. 2017; 545(7655):482-486.

[3] Faye O, Freire CC, Iamarino A, et al. Molecular Evolution of Zika Virus during Its Emergence in the 20 th Century. PLoS Negl Trop Dis. 2014 ;8(1):e2636.