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地球磁屏蔽有裂缝导致宇宙射线直接冲进大气层，或与美洲寨卡病毒大流行有关

已有 4477 次阅读 2019-1-31 16:40 |个人分类:突发公共卫生事件预警|系统分类:观点评述| 地磁场, 裂缝, 宇宙射线, 寨卡病毒, 大流行

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。

Weakened magnetic field, cosmic rays and Zika virus outbreak (1).pdf

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

http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Swarm/Swarm_reveals_Earth_s_changing_magnetism

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”

http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Swarm/Swarm_reveals_Earth_s_changing_magnetism

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。

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3），并且在2015年的6月22日左右，宇宙射线急剧加强，也可能与这一地区地磁场撕裂有关（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3 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）

图4 2015年的6月22日左右，宇宙射线急剧加强

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。太阳风是太阳上层大气射出的带电粒子流。地球绕太阳旋转过程中，会穿过太阳风。太阳风与地球磁场相遇处会形成激波，被称为弓形激波。太阳风中的电子与弓形激波相遇时，会立即被加速，使电子流变得不稳定而发生崩解。崩解过程又导致电子失去高速，并将其动能转化为热能，整个过程仅90毫秒, 这就是地磁场保护地球的机制[47]。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，墨西哥地区的宇宙射线在2015年1月突然大幅增加，并且持续全年。蚊媒传染病是通过蚊虫叮咬传播给人类及动物宿主的一大类疾病。近年来，多种新发及再发病毒性蚊媒传染病，包括寨卡病毒和黄热病病毒等,对人类健康产生了严重威胁。寨卡病毒在进化过程中分为两个世系:一个是非洲世系，主要在非洲的丛林中循环传播；另一个是亚洲世系，主要在东南亚等地区流行。2015年起，由亚洲系寨卡病毒主导的寨卡疫情在南美洲暴发，并迅速扩散到40多个国家，引起胎儿小头畸形和格林巴氏综合症，造成上百万人感染。2016年世界卫生组织宣布，寨卡病毒的暴发流行已是全球紧急公共卫生事件。

ENSO（拉尼娜和厄尔尼诺）是热带地区年际变化的强信号，由于其会在全球引起严重的气候异常而广为关注。2015/16年厄尔尼诺事件持续了13个月，是一次极强的厄尔尼诺事件。中科院大气物理研究所LASG 实验室的研究人员基于1950年到2016年的数据资料从太阳活动的角度进行了分析，发现太阳黑子数与厄尔尼诺modoki 指数之间存在密切关系，两者具有共同的11年准周期特征。长时间历史资料显示，每一个太阳活动峰值年赤道东太平洋地区容易出现异常冷海温，而其后的1-3年内往往会发生一次厄尔尼诺Modoki事件。而2014年正好是第14个太阳周期活动达到峰值的年份，因此，太阳活动对2015/16年厄尔尼诺事件可能有不容忽视的影响。Isaac及其同事在Lancet杂志上发表论文认为适合白纹伊蚊和埃及伊蚊生长繁殖的厄尔尼诺气候条件，可能是寨卡病毒在南美洲迅速蔓延的原因。2015年厄尔尼诺现象导致了南半球南美洲东北部地区的特殊气候。根据美国国家海洋和大气管理局发布的数据，整个2015年下半年南美洲北部和东部的温度为“史上最高”，同时伴随着严重干旱。这些导致寨卡病毒迅速传播的极端条件，可能是气候变化的一种表现形式。研究者们将某个月出现极端气候条件的区域与下个月的寨卡病毒地理分布区对照时，看到区域产生了明显的重叠。温度可以影响成年媒介生物的生存、病毒复制和传染期。温度升高（在一个温度范围内）可以扩大媒介生物的地理分布范围，减少病原体的外潜伏期，提高母蚊叮咬率。尽管在伊蚊生命周期的水生阶段，降雨为其幼虫提供必要的生活环境，但干旱可以直接扩大媒介生物的栖身范围。在几个区域中（包括巴西东北部），埃及伊蚊栖身范围扩大的风险与地区持续干旱期间家庭储水量的增大具有相关性。因此，这一时期严重的厄尔尼诺事件造成的独特气候条件，是导致寨卡病毒在南美洲传播的促成因素。英国利物浦大学的研究人员利用流行病学模型也分析发现，厄尔尼诺为寨卡病毒的两种传播媒介-埃及伊蚊和白纹伊蚊-在南美大规模传播寨卡病毒创造了最有利的气候环境，导致伊蚊死亡率降低、叮咬频率提高等后果。他们建立的模型显示，正是与2015/16年厄尔尼诺事件相关的温度环境在寨卡疫情暴发的过程中发挥了关键作用[50]。另外，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。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，研究者发现寨卡病毒的NS1蛋白具有辅助病毒感染蚊虫的功能。在传播过程中，亚洲系寨卡病毒非结构蛋白NS1上的一个氨基酸位点突变 (NS1 A188V) 导致NS1蛋白的分泌能力增强，使得病毒可以更高效地感染蚊虫、导致蚊虫病毒感染率大幅上升，这可能是造成寨卡病毒突然在南美洲大陆大范围流行的原因之一, 这一研究为解释近年来寨卡病毒暴发流行提供了科学依据[52]。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[53]，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、减弱的地磁场以及厄尔尼诺现象共同促进了寨卡病毒在南美洲地区的大规模流行。