北極永久凍土並不"永久" 遠古病毒釋放或威脅人類

出品|本站科學人欄目組 晗冰

從空中望去，格陵蘭島的海岸線顯得遼闊而寧靜。在藍天和白雲映襯下有數百個峽灣分散開來。島嶼層層疊疊，山脊蜿蜒間是閃耀着黑曜石般光芒的湖泊。

格陵蘭島的不凍海岸中卻蘊含着巨大的冰蓋，佔地近15.9萬平方英里，常住人口5.7萬。換句話說，它的面積比德國還要大，人口數量幾乎相當於託皮卡，皮奧里亞或紐黑文的人口的一半。站在沿海城鎮伊盧利薩特外的一座小山上，我能聽到草地在微風中不斷顫動，巨大的冰塊正在碾向海岸。

最近我造訪了格陵蘭島，這裡的土地正在不斷軟化，令人不安的事情可能正在甦醒。

這裡是世界的最北端，充滿了海水。電視主播有時會把北冰洋稱爲“極地冰蓋”，但那是關於溫度的偶然現象以及目前氣候的巧合作用結果。你可以把它看作一個內陸的海洋，最北部的地中海。它周圍坐落着巨大的大陸 - 歐洲，亞洲，北美洲以及諸多島嶼。其中最大的是斯瓦爾巴羣島，位於挪威北部。那裡有太多的北極熊，以至於每個離開定居點的人都必須攜帶自動步槍;還有新地島，是有史以來最大的原子試驗場址；此外就是格陵蘭島。

在所有這些島上，富含養分的土壤從內陸冰川的邊緣直到延伸到海邊懸崖。曾經有一個時期，這些土壤是蕨類植物和草本植物的家園;現在，在經過三萬五千年的嚴寒之後，我們可以將其稱之爲永久凍土。

儘管如此，這些土壤並不像它們的名字一樣會永久或完全凍結。每年的冬天，整個北冰洋都會被凍上，而土壤也會因爲嚴寒而完全凍結。然後，在漫長的北極夏季，冰層破裂，永久凍土也部分解凍。

最近，隨着夏季的加長以及冬季升溫，這種季節性變化失去了對稱性。生物學家稱永久凍土的“活性層”——也就是微生物和其他生命形式可以存續的土壤——解凍的深度越來越大，並且一路向北，相比於數萬年來，距離北極點越來越近還。

新近解凍的永久凍土層中充斥着各類遠古的東西：死亡的植物，死亡的動物，被灰塵和雪覆蓋的苔蘚。這些凍土層中的物質最終會腐爛，產生的氣體也釋放到大氣中，從而加速全球變暖的速度。

這個過程中也充滿了各類病菌，那些長期關在凍土層的細菌和病毒也被解凍了。而其中許多病原體或將會在常溫下甦醒過來。研究人員警告稱，如果這樣的話，或許會感染人類。

換句話說，氣候變化能夠喚醒地球上那些被遺忘的病原體。這是全球變暖最怪異的症狀之一。而且已經開始發生了。

俄羅斯植物學家德米特里·伊萬諾夫斯基（Dmitri Ivanovsky）當時只有28歲，在聖彼得堡舉行的一次科學會議上，他提出了一個無法解釋的現象：他發現了一種沒有細菌引起的疾病。

當他把菸葉暴露在某種清澈的液體中時，他可以看到葉子上出現的斑點，但是在他的顯微鏡下卻找不到能夠解釋這種變化的細菌。在進行這項研究的幾十年前，也就是1892年，路易·巴斯德（Louis Pasteur）和其他科學家證明，某些微生物具有致病性。但是，伊萬諾夫斯基說觀察到的是一種沒有微生物參與的疾病。伊萬諾夫斯基認爲，這種疾病一定是他放在樹葉上的黃色所固有的。他把它稱爲病毒。

125年後，我們仍然使用伊萬諾夫斯基的名詞，但是我們知道病毒遠比他想象的更爲陌生。一個單個病毒體，也就是病毒存在的形式在其整個生命週期中都會生成許多拷貝，但是它從來不會做任何可以被描述爲活物的東西可做的事情。它不會呼吸，也不會交配。它只是侵入到細胞內部，劫持細胞的蛋白質工廠，並迫使細胞複製生產出更多病毒。一個病毒體可以在一瞬間生成數萬個副本。病毒似乎是無生命的，是一種有目的卻無意識的物質。

埃克斯馬賽大學的兩位微生物學教授Jean-Michel Claverie和Chantal Abergel都在從事病毒生命前沿學科的研究，他們恰好也是夫妻。自2000年以來，他們已經成爲世界上最着名的兩個微生物獵人。 2002年，他們在馬賽實驗室研究軍團菌時，發現了有史以來最大的病毒：病毒粒子（Mimivirus），這種巨大的病毒甚至可以在顯微鏡下觀察到。

迄今爲止，他們已經發現了另外四種更奇特的病毒，要比2000年以前任何已知的病毒大幾倍。他們的實驗室培養皿中裡散佈着一系列特殊病毒：在澳大利亞的一個淺湖中發現了一種巨型病毒，另一種則是在智利海岸的海水中發現的。第三種是在一名女性的隱形眼鏡中發現的。

慶幸的是，所有這些巨型病毒的感染目標是變形蟲而非人類。因此它們不會對我們造成傳染性的風險。但他們是奇怪的物質，可以與細菌相媲美，可以在顯微鏡下看到。它們的耐受性非常之高，其中一些巨型病毒產生的蛋白質甚至要高於變形蟲。

當Claverie和Abergel開始在永久凍土層中開始探索時，他們並沒有想到會有巨型病毒。 2013年，Claverie讀到這樣一則消息。一個俄羅斯探險隊在永久凍土層中發現了一顆種子，其埋在約125英尺深的地表下存在了幾千年。然而，就是這樣一顆種子開出了嬌嫩的白色花朵。

Claverie聯繫了消息中的俄羅斯探險隊，解釋了他在微生物方面所從事的工作，並要求對方提供一些永久凍土進行測試。研究小組同意了，他們爲Claverie和Abergel郵寄了土壤樣本，其中也包括種子所處的凍土層。二人把土壤樣品放在高分辨率的顯微鏡下，在室溫下引入變形蟲作爲誘餌，靜靜等待。

然後，當他們觀察時，在顯微鏡的取景器下發現了一種病毒：Pithovirus sibericum，一種大型的卵狀病毒，在凍土層中已經存活了3萬年。這也是有史以來發現的最大病毒體。

Claverie說：“這是一種完全不同於我們已經知道的病毒類型。事實證明，我們所獲得的病毒極其異常，非常花哨。”

Claverie和Abergel發現的病毒並不會對人類構成威脅。但是一些會感染人體的病毒也會在凍土消融的過程中存活下來。去年夏天，西伯利亞爆發炭疽病，造成數十人被感染，一名兒童因此喪失。疾病的傳染媒介被認爲是在1941年死去的馴鹿屍體被解凍並腐爛。

加拿大科學家小組最近在新墨西哥州的一個山洞裡發現了一種名爲類芽孢桿菌Paenibacillus的細菌，其已經與世隔絕了四百多萬年。儘管其對人類無害，但這種古細菌對大多數臨牀抗生素都有抵抗力，包括現存的很多最新和最具侵略性的抗生素。這一發現表明，細菌可以在最嚴酷的環境中生存下來。

研究人員正在繼續測試病原體的極限。據報道，20世紀80年代，蘇聯的一個微生物實驗室從凍土復原了細菌，但是相關研究並沒有引起學術界的注意。Claverie今年前往西伯利亞，進一步深入研究當地的土壤，證實病毒可以在一百萬年後解凍出來。

“我們正試圖到更深的凍土層中採樣，證實病毒能夠在數百萬年後存活下來，當然要證實的是變形蟲病毒。我們不會去嘗試復活可能會對人類造成感染的病毒，我們沒有那麼瘋狂。”

但Claverie已經開始擔心氣候變化以及人類活動將會導致永久凍土層的解凍速度加快。

以格陵蘭島爲例。目前，這個島是丹麥的領土，其海外的殖民地。但目前格陵蘭正慢慢脫離歐洲， 2009年，除防務和外交政策外，格陵蘭當地政府接管了丹麥的所有政府職能。目前丹麥仍然每年向格陵蘭提供一筆相當於其當地政府預算三分之二的贈款，但獨立可能意味着放棄這筆贈款。爲了彌補預算虧空，格陵蘭已經計劃在全國開設六個新礦山。格陵蘭地區蘊藏着豐富的礦產 - 南部島嶼擁有地球上最大的未開發的稀土元素儲量，但是北極的危險海域和極端溫度導致它們從未被開採過。可以這麼說，氣候變化會解決這兩個問題。

在今年一月份發表在《歐洲內科雜誌》上的一篇論文中，Claverie擔心北冰洋的開放，特別是西伯利亞和俄羅斯北極周邊商業交通業務的拓展會造成致病後果。

“我們知道，俄羅斯也人知道，那裡有很多資源。非常貴重的金屬，稀土，汽油，天然氣和黃金，“他告訴我。而格陵蘭並非置身事外。

他說，在整個北極地區開採礦產和石油礦藏，將需要開挖大量的永久凍土，總量可能達到數百萬噸。他說：“你所開挖的1600萬噸永久凍土，在一百萬年內沒有被打擾過。”

他想象着堆積在採礦小屋旁邊高聳的永久凍土堆，陽光，空氣和夏季的雨水向土壤敞開了懷抱。他說：“如果土壤裡有對人類或人類祖先有傳染性的微生物，我們就會得到它們。”

如果其中一種傳染病在格陵蘭島肆虐，那麼Luit Penninga將成爲首批應對者之一。他是格陵蘭伊盧利薩特醫院的首席外科醫生。其辦公室俯瞰整個迪斯科灣，這是一片灰色的海，在北極圈以北200英里，整個海洋充斥着天藍色的冰山和駝背鯨偶爾出現的尾巴。

他的整個工作歷程都貫穿着北極藥物和醫療條件的稀缺。在我遇到Penninga的前一天晚上，他登上一架紅色的直升機，穿過海灣去幫助一，名懷孕的婦女。她住在1200人的Uummannaq村，那裡沒有專職醫生。他幫助她登上直升機，在飛機上照顧她，直至直升機降落在伊盧利薩特醫院（Ilulissat Hospital）。第二天早上他請我去參觀醫院。當我遇到他時，他顯得冷靜而彬彬有禮。

格陵蘭的醫療保健是社會化的，所有的醫院都歸國有，所有的醫療保健和處方藥都是免費的，而這個龐大的國家則被海洋分裂成各個地區。由於Penninga在伊盧利薩特（Ilulissat）負責當地的醫療保健，他的管轄範圍從伊盧利薩特（Ilulissat）到全國第三大城市卡納阿克（Qaanaaq）。該地區共有常住人口17000人，大部分都分散在各個小村莊，只能坐船或直升機前往。

Penninga有時需要在伊盧利薩特和卡納阿克之間飛行三小時，飛行距離超過700英里（約合1173公里）。單趟成本超過1400美元。從卡納阿克還要再乘坐長達一小時的直升機才能抵達一些偏遠村莊，那裡的人們像歷代祖先一樣以捕獵海豹和海象爲生。這些運輸成本加起來非常驚人：每年格陵蘭州國家衛生預算的百分之十到百分之十五都花在運輸成本上。

Penninga需要爲當地居民診治雪地摩托車和狗拉雪橇事故，還有闌尾炎和衣原體肺炎。許多最嚴重的疾病都是細菌性的：格陵蘭特有的耳朵感染特別具有侵略性，可能導致兒童耳膜穿孔，導致聽力長期受損。格陵蘭還存在敗血症，醫生在這裡工作了幾年後對此非常敬畏。他說：“有些人的病程很短，很快就發展成敗血症死去。

當我談到凍土層中的殭屍病原體時，他笑了起來，點了點頭，“他們說，是的，”他告訴我。 Penninga對此有足夠多的問題。

潛伏在凍土層中的一些微生物可能是我們所熟知的，也許是人類已經知道並確認已經擊敗的對手。例如，世界衛生組織宣稱天花已經被消滅，除了美國和俄羅斯實驗室中存放的病毒之外天花病毒已經絕跡，但是Claverie警告說它很可能在冰原上倖免於難。

更令人擔憂的是我們所不認識的微生物。 “沒有人真正理解爲什麼尼安德特人會滅絕，”Claverie說。有時候，他談到這些可能的凍土病害時會住口，他會說，他們可能威脅到了人類祖先或人類的近親。然後，他會改變時態，強調這些病毒也可以再次這樣做。

我離開格陵蘭島兩個星期後，距離Penninga辦公室不遠處的凍土荒原上發生了火災。世界各地媒體都爭相報道：發生在冰原上的野火。政府試圖弄清楚如何防止當地居民受到傷害，但問題本事並沒有任何進展。最後，下雨了。

這些突發事件，改變了我們對“既有知識”的理解，也是氣候變化最令人不安的因素之一。未來一個世紀的緊急情況是以火災，洪水還是災難性瘟疫的形式出現，我們不得而知。它們可能會變得越來越極端，越來越不熟悉，即使在最安靜的地方也會不斷出現新的威脅。