生态警示◎ 全球变暖或唤醒远古病毒

文章来源:生态经济杂志社李兆华,陈姗姗2020-04-15 10:48

最近,由于新冠肺炎疫情的肆虐,人们几乎到了谈病毒色变的程度。病毒虽小,对于感染者而言却是可怕的无形杀手。但实际上地球上的病毒种类数不胜数,并且尚有很多人类未知的病毒,特别是处于永久冻土带覆盖之下的远古病毒。过去十多年来,由于全球气候变暖,永久冻土带逐渐复苏,其释放出来的病毒有些已经威胁到人类,这或许将成为人类未来面临的很大威胁。
 
什么是病毒
 
“病毒”这两个字无论是听到还是看到,都会让人觉得不太舒服,那么病毒到底是什么呢?我们经常习惯于将细菌和病毒放在一起说,久而久之也就认为细菌和病毒其实是一回事,但实际上并非如此。地球上的生命有多种多样的形式,大体上可以分为动物、植物以及微生物,显然我们平时所见的花草树木都是植物,豺狼虎豹包括我们自己都是动物,而细菌则是微生物。 本@文$内.容.来.自:中`国`碳`排*放^交*易^网 t a np ai fan g.c om
 
那么病毒是不是微生物呢?并不是。事实上病毒不仅不是微生物,而且连其是不是生物都存在着争议。通常认为,病毒是一种特殊的生命形式,它既没有独立存活的能力,也没有独立繁衍的能力,它的存在和繁衍都要依赖于宿主,如果没有宿主,病毒也就没了,因为病毒不能独立存在。
说病毒是一种特殊的生命形式,其实也是很牵强的。从结构上来讲,病毒只不过是一团基因物质,而从生命特性上来讲,病毒似乎也不符合对于生命的一般定义。一般认为生命必须要满足7个条件:要具有某种程度的运动能力、能够自主呼吸、能够感知外界的信息、能够生长、能独立繁殖、能排泄、会摄取营养。很有意思的是,病毒并不是不满足其中的某个条件,而是没有一个条件是满足的。所以我们很难给病毒是不是生命这个问题下一个准确的判断。那么病毒这种既不能独立存在又不能独立繁衍的东西是怎么出现在地球上的呢?这也是一个存在争议的点,有科学家认为病毒是直接由DNA变异并进化而来的,而有些科学家则认为世界上本来没有病毒,是细菌通过变异进化而成为病毒。 夲呅內傛莱源亍:ф啯碳*排*放^鲛*易-網 τā ńpāīfāńɡ.cōm
 
病毒在地球上发展到今天,家族已经十分庞大了。目前,人类能够详细描述的病毒种类在5500种左右,而这与地球上实际的病毒种类数量差距很大。美国微生物学家马修• 沙利文曾率队在全球海洋中进行病毒搜索,根据记录,当时搜索出的海洋病毒超过了19万种,由此可见,说地球上的病毒种类在百万以上也不为过,而人类能够详细描述的却只不过5500种而已。
 
那么,世界上的病毒都是有害的吗?其实也未必如此。先不说病毒是有益还是有害,但病毒对这个世界来说的确是不可或缺的。地球能够保持生机盎然的景象与生态系统的稳定是密不可分的。海洋生态系统是地球生态系统中一个重要的组成部分,而海洋生态系统的稳定和海洋中的细菌有着密切的关系,海洋中细菌的繁殖和死亡只有达到一定的平衡,才能够维持海洋生态系统的稳定,而海洋中20%~40%的细菌死亡都和病毒有着直接的关系,如果没有病毒,海洋生态系统分分钟会崩溃,接下来就会产生连锁反应,整个地球生态系统都可能会随之崩溃。
此外,生命的存在离不开氧气,地球上90%的氧气来自水生藻类,大气中的二氧化碳也要依靠海洋来消化,而这一切都与海洋中的病毒有着直接的关系,从这个角度来说,病毒必须依赖于其他生命才能够存在,而其他生命的存在也依赖于病毒。
而且病毒对于生物的进化也有着重要的意义。世界上所有的生命形式都是不断进化而来的,而病毒对于生命的进化有着积极的意义。进化的本质就是基因的变异,有益的变异会被遗留下来,有害的变异则会被淘汰。而病毒寄生于宿主细胞内,将自己的基因整合到宿主的基因之中,并进行基因的转移,这使得生物的变异速度加快,大大缩短了生物进化所需的时间。如果没有病毒,生物的进化之路就会变得无比漫长,甚至是无法进化,那么生物就必然在环境的变化下走向灭亡,也就不会有今时今日生机盎然的地球了。所以病毒对这个世界来说,不可或缺。
 
永久冻土消融的巨大危害
 
正在持续的全球气候变暖现象一直是当今科学家和社会大众所关注的焦点问题,造成这一现象的主要原因正是人类工业化迅猛发展导致的大量温室气体排放所致,而全球气候变暖带来的是冰川融化、海平面上升、生态失衡等一系列的巨大灾难……但随着2020年一场场现实灾难的上演,人类似乎意识到其产生的影响远不止这些宏观角度的灾难,因为冰川融化除了造成海平面上升等肉眼可见的宏观灾难外,在微观生物学角度上引发的灾难可能更为恐怖。
“永久冻土”也称为永冻层,是在描述全球气候变暖引发的灾难时被屡次提及的一个名词,其含义正如字面解释的那样:被严寒气候冰封许久的岩土层。至于它们形成的时间,很可能超越人类在这颗星球诞生的起始点,用数十万年和数百万年之前来描述一点不为过。地球上的永久冻土约占陆地面积的20%,从世界永久冻土分布来看,主要分布在欧洲、亚洲的北部、北美洲、北冰洋浅大陆架以及中低纬度地区的高山、高原。
气候变暖带来的全球温度上升在解体了冰川的同时也融化了这些永久冻土带,而被冰封其中的远古病毒也随之复苏,并顺着环环相扣的生态链参与人类社会的生产生活,于是一出接一出的生化危机开始轮番袭击人间。这并非虚构的科幻小说,而是正在真实发生的场景。
永久冻土层中夹带的动植物尸体数不胜数,当温度回升,僵硬的有机物被解冻,微生物发酵效应悄然进行,分解过程中会排出含碳类温室气体,其中10%会以二氧化碳的形式直接挥发到大气中,粗略估算合计重量可达1300亿~1500亿吨。如此惊人体量的碳排放被科研人员做了一个等量比喻,相当于科技和工业文明领先全球的当今美国保持当前年排放量叠加80年的总规模!由此不难想象,当这部分气体转换全部完成后,对全球气候变暖将造成多么不可估量的影响。
同时,冻土带中夹杂了许多微观世界的生物体,比如病毒,动植物尸体很可能就是它们的寄居载体,如今冰雪消融,原宿主虽不可能再次复活,但病毒却可以重新展露生命形态。据权威科学杂志推测,那些我们所熟知的天花、黑死病、西班牙流感等已经被人类消灭或战胜的病毒,当下除了封存于世界各地的实验室外,极有可能也还被冰封于冻土层中。正在发生的全球气候变暖给地球的整个生态系统都带来了巨大变化,南北两极地区冻结了数百万年的冻土带正在加速消融。随着冻土带的融化,那些原来处于永久封存或休眠的古老病毒能否重新苏醒过来进而威胁人类呢?答案是肯定的。
 
2014年,法国的一项研究提取了一种被封存在永冻层中长达3万年的病毒,并在实验室对其重新加热,尽管已经过了3万年,但该病毒仍迅速复活并具有传染性,幸运的是,该种病毒的感染目标只是阿米巴变形虫,对人类无害。但多数科学家认为,随着地球永冻层的加速消融,一些古老的病毒可能会复活,而人类对这些病毒认知甚少,有些病毒会为了生存而进化为超级病毒,一旦如此,对人类的威胁是难以预料的。
 
潘多拉的魔盒已打开
 
2012年,由俄罗斯、美国两国科学家组成的探险队,在西伯利亚东北部的克雷马河谷发现了70多个松鼠洞,这些洞穴位于地面下方20~40米的区域,科学家在这些洞穴中找到了多种远古植物的种子和果实。由于这些洞穴所处的深度与猛犸象、毛犀牛等远古大型哺乳动物被发现的骨骸深度一致,位于3 万年前形成的冻土层中,显然这些种子和果实也是3万年前的远古生物。经过科学家的精心培育,3万年前的种子居然复活了,还长出了整株的草本植物。法国生物学家克拉维莱和阿贝热尔夫妇听闻俄美科学家从3万年的冻土层中复活了一株古老植物,这两人于是产生了一个大胆的想法,如果远古植物能够复活,那么远古病毒也能够从冻土层中复活。

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克拉维莱夫妇领导的研究团队在2003年、2013年分别发现了两例巨型病毒,与地球上现有的病毒大小、结构均不同相同。2003年的“拟菌病毒”,直径接近1微米(1000纳米),而地球上的人类已经认知的病毒直径基本上保持在10~500纳米之间。2013年发现的潘多拉病毒直径更是超过了1微米,这是当时地球上被发现的最大病毒。更让科学家惊奇的是,潘多拉病毒只有6%的基因与地球上的其他病毒基因类似,因此克拉维莱夫妇认为,此种病毒应该是来自上古时代或是其他星球。2014年,克拉维莱夫妇复活的西伯利亚冻土层大型病毒,直径足足有1.5微米,可以在普通的光学显微镜下观察到,其生存的年代正是史前人类安德特人灭绝的时代。克拉维莱夫妇将此种病毒命名为“西伯利亚阔口罐病毒”,因为其性状在光学显微镜下如同一个细长的罐子。但庆幸的是,该病毒不感染人类,只以阿米巴虫作为宿主。阿米巴虫是一种单细胞原虫,是很多病毒喜欢的宿主,其广泛存在于空气、土壤和水中,人类感染阿米巴虫会引发多种疾病。阿米巴虫在低温下难以存活,科学家将活的阿米巴虫放入冰水中,不到半小时阿米巴虫就死亡,但西伯利亚阔口罐病毒依然存活。起初研究人员认为西伯利亚阔口罐病毒只是潘多拉病毒的变种,但分离毒株后发现,除了外形与潘多拉病毒类似之外,两病毒之间并无共同点,这是一种全新的病毒。而且这种阔口罐病毒的复制能力和感染能力较强,会在阿米巴虫身体中完成自我复制,而不像其他病毒那样喜欢接管宿主的细胞核。 本`文-内.容.来.自:中`国^碳`排*放*交^易^网 ta np ai fan g.com
 
其实,科学家很早就在冻土层中发现了远古病毒。1999年美国科学家在格陵兰岛深达2000米的地下冰芯中发现了“番茄花叶病毒”,这种病毒极为稳定,它们的基因在冰层中埋藏了14万年,这也是当前人类发现的最为古老的病毒,其对人类也没有太大的威胁。但有些病毒就不一定。2004年,一支由法国和俄罗斯科学家组成的科考队在西伯利亚东北区永久冻土层中挖掘出死亡了300多年的木乃伊,两年后科学家对其中一具保存较好的木乃伊进行解剖时发现,死者肺部有出血的痕迹。这种出血痕迹在天花患者的肺部也出现过,研究人员经过深入研究后发现,木乃伊身上确实携带了天花病毒部分基因。然而这种300多年前的天花病毒与现代天花病毒类型差异较大,可能是现代天花病毒的祖先。要知道,天花病毒曾经是全球最强的传染病之一,感染者全身溃疡,在过去200多年的时间内造成了全球无数人死亡。
2016年8月,位于西伯利亚西部冻原上的亚马尔半岛上,一名12岁的男孩感染了炭疽病毒死亡。该名男孩死亡的原因是埋藏在永冻层中的一头1941年感染炭疽病毒死亡的驯鹿尸体在暴露后,将带有强感染性的炭疽病毒释放到了附近的水源及土壤中,最终通过食物链进入人体,导致附近2000多头驯鹿死亡以及多人感染住院。通常而言,每年夏天永冻层上层的冻土层会融化大约50cm,随着全球气候升温的加剧,更深层的永久冻土层会被暴露出来。处于冰冻状态的永久冻土是病毒保持活力的理想场所。克拉维莱指出,永久冻土是保存病毒和细菌的最佳场所,因为其不仅温度低且不含氧气,而且处于黑暗之中,光线无法进入。 本+文`内/容/来/自:中-国-碳-排-放-网-tan pai fang . com
 
发表于2011年《全球卫生行动》上的一篇论文指出,永久冻土带融化的结果就是18、19世纪那些致命的感染病毒可能会卷土重来,尤其是埋葬了那些感染者的墓地区域会更加危险。科学家在阿拉斯加苔原上的大型墓地中挖掘出几具印第安人尸体,发现了1918年西班牙流感病毒的RNA片段。
除了气候变暖加速永久冻土带融化带来的病毒复活风险之外,资源开采可能也会引发病毒的卷土重来。克拉维莱认为,北冰洋区域特别是西伯利亚和俄罗斯的北极地区,已经开通的商业航线可能会引发病原菌的爆发,而该区域同时还拥有大量的珍贵资源如贵重金属、稀土、黄金、石油和天然气等。在北极地区开采矿产或能源,需要大量地移动永久冻土,移动的数量至少是千万吨级,这些冻土在过去的100万年时间内并没有人为的移动或破坏。如果对永久冻土带进行资源开发,那么这些冻土被移动后会永久暴露在阳光、空气和夏季雨水之中,大量能够感染人类的微生物将被释放出来,或将使得人类距离危险更进了一步。
 
遏制全球气候变暖是根本
 
2020年1月7日,美国俄亥俄州立大学研究团队发表在bioRxiv的一篇论文指出,在采集于我国青藏高原上的冰核样本中发现了古老病毒存在的证据,其中有28 种都是从未发现过的新病毒,已经被冰封了15000年左右。这说明在南北两极地区、两极周边的冻土层地区、高纬度地区的冰川地带以及一些人迹罕至的盐湖中,还潜藏着一些人类未知的病毒。2019年12月28日,科学家在南美洲的一个盐湖中发现了一种全新的病毒,和如今已知的病毒相似度极小,只有不到10%,这让科学家们十分惊讶。近些年来,人类往大气层中排放了很多的二氧化碳气体,产生的温室效应正在导致全球变暖,这样一来,世界各地的冰川、两极地区的冰层都会融化,高纬度地区的冻土层也会融化,一些被冰封已久的原始病毒有可能会重新出现。因此全球变暖不只是会在气候方面给人类生活带来巨大影响,也有可能将一些未知的新病毒释放出来,给人类带来致命的麻烦。
《巴黎协定》将2050年地球升温的目标控制在2摄氏度以内,但如今这个2摄氏度的测算指标已经发生了较大的改变。根据测算,将地球平均升温控制在1.5摄氏度以内是比较合适的,这样可以减少南北两极及高纬度地区的冰川消融,还可以减缓地球上250万平方千米的永久冻土层的融化速度。但将全球升温幅度控制在1.5摄氏度以内并非易事,对人类的挑战不仅仅是技术、资金上的,更是生活方式的改变。事实上,地球气温上升并不是一种平均式的上升,不同的区域、纬度之间有较大的差异。通常看,陆地与海洋之间的热容量存在较大差异,陆地升温幅度要远高于海洋,而陆地上中高纬度的升温幅度同样会高于低纬度地区。如此一来,这对于处于高纬度地区的冰川而言并不是好事。科学家研究表明,高纬度地区平均升温4.5摄氏度才能达到地球平均升温1.5摄氏度的幅度,如此人们对于高纬度地区的气温变化就会浑然不知,这也意味着南北两极冻土、高纬度冰川消融的速度或许远超人类的预期。
 
自从工业革命以来,人类社会的发展便进入了一个前所未有的快速时代,人们热衷于新技术的开发,热衷于一次性能源的使用,因为新的技术能够获得更多的社会生产力,一次性能源可以带来更多的财富。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2019年的报告表明,2018年全球温室气体的平均浓度比工业革命(1750年)之前一年增加了大约37.9%,而地球的平均气温相应增加了1摄氏度。而随着全球气温的升高,物种灭绝、超级病毒、粮食危机、极端天气等后果或将逐步凸显。

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面对严峻的形势,各国必须要高度重视《巴黎协定》中提出的1.5摄氏度控制线,这就要求世界各国需要在能源、交通、工农业、土地利用等领域开展紧密的合作,积极推动这些领域全方位的变革和转型。当然,在过去的10余年时间内,不少发达国家正在推动上述领域的转型,但很多发展中国家的转型并不尽如人意,而且各个领域的转型幅度和速度也是有较大差异的。就现实而言,转型最快应该是能源领域,尤其是终极能源——电力能源领域,风能、太阳能已经在不少国家成为发电的主角。同时因为技术创新力度的加快,新能源的技术成本也有所下降。但在交通、建筑等,转型的速度是比较缓慢的。面对全球持续升温的局面,这些转型速度比较慢的领域应该在2050年之前加速推进,争取取得实质性的突破,各国必须要围绕产业转型、能源利用等制定详细和周密的计划,综合运用法律、政策、经济等工具来实施。 本/文-内/容/来/自:中-国-碳-排-放-网-tan pai fang . com
 
就当下而言,要实现《巴黎协定》中的控温目标,必须要在2030年将碳排放的水平下降到2010年排放水平的45%以下,这个目标极为关键。只有实现了这一步,到2050年才能够实现真正的零排放。然而,美国作为碳排放大国,特朗普执政后便退出了《巴黎协定》,为2030年目标的实现蒙上了一层阴影。美国在过去数十年以来一直扮演着全球气候治理领导者的角色,美国的退出,使得《巴黎协定》承诺的履行能力大打折扣,使得很多国家面临着资金和技术的挑战。不过令人欣慰的是,美国退出后,欧盟较好地承担了这个角色。欧盟在2019年提出了到2050年实现碳中和的目标,在其内部也只有波兰和匈牙利表示了反对,其他国家在产业转型等方面已经做好了实现碳中和目标的准备。同时,中国作为全球排放第一大国,在满足经济高质量发展的同时,在能源结构转型方面也有急迫的要求。虽然中国碳排放在2019年仍呈上升势头,但增速已经大大放缓,预计在2030 年可达到峰值。由此而言,应对气候变化需要中、欧两大经济体的合作,为全球其他国家应对气候变化提供示范、样本和经验。
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