北极永久冻土并不"永久" 远古病毒释放或威胁人类

出品|本站科学人栏目组 晗冰

从空中望去，格陵兰岛的海岸线显得辽阔而宁静。在蓝天和白云映衬下有数百个峡湾分散开来。岛屿层层叠叠，山脊蜿蜒间是闪耀着黑曜石般光芒的湖泊。

格陵兰岛的不冻海岸中却蕴含着巨大的冰盖，占地近15.9万平方英里，常住人口5.7万。换句话说，它的面积比德国还要大，人口数量几乎相当于托皮卡，皮奥里亚或纽黑文的人口的一半。站在沿海城镇伊卢利萨特外的一座小山上，我能听到草地在微风中不断颤动，巨大的冰块正在碾向海岸。

最近我造访了格陵兰岛，这里的土地正在不断软化，令人不安的事情可能正在苏醒。

这里是世界的最北端，充满了海水。电视主播有时会把北冰洋称为“极地冰盖”，但那是关于温度的偶然现象以及目前气候的巧合作用结果。你可以把它看作一个内陆的海洋，最北部的地中海。它周围坐落着巨大的大陆 - 欧洲，亚洲，北美洲以及诸多岛屿。其中最大的是斯瓦尔巴群岛，位于挪威北部。那里有太多的北极熊，以至于每个离开定居点的人都必须携带自动步枪;还有新地岛，是有史以来最大的原子试验场址；此外就是格陵兰岛。

在所有这些岛上，富含养分的土壤从内陆冰川的边缘直到延伸到海边悬崖。曾经有一个时期，这些土壤是蕨类植物和草本植物的家园;现在，在经过三万五千年的严寒之后，我们可以将其称之为永久冻土。

尽管如此，这些土壤并不像它们的名字一样会永久或完全冻结。每年的冬天，整个北冰洋都会被冻上，而土壤也会因为严寒而完全冻结。然后，在漫长的北极夏季，冰层破裂，永久冻土也部分解冻。

最近，随着夏季的加长以及冬季升温，这种季节性变化失去了对称性。生物学家称永久冻土的“活性层”——也就是微生物和其他生命形式可以存续的土壤——解冻的深度越来越大，并且一路向北，相比于数万年来，距离北极点越来越近还。

新近解冻的永久冻土层中充斥着各类远古的东西：死亡的植物，死亡的动物，被灰尘和雪覆盖的苔藓。这些冻土层中的物质最终会腐烂，产生的气体也释放到大气中，从而加速全球变暖的速度。

这个过程中也充满了各类病菌，那些长期关在冻土层的细菌和病毒也被解冻了。而其中许多病原体或将会在常温下苏醒过来。研究人员警告称，如果这样的话，或许会感染人类。

换句话说，气候变化能够唤醒地球上那些被遗忘的病原体。这是全球变暖最怪异的症状之一。而且已经开始发生了。

俄罗斯植物学家德米特里·伊万诺夫斯基（Dmitri Ivanovsky）当时只有28岁，在圣彼得堡举行的一次科学会议上，他提出了一个无法解释的现象：他发现了一种没有细菌引起的疾病。

当他把烟叶暴露在某种清澈的液体中时，他可以看到叶子上出现的斑点，但是在他的显微镜下却找不到能够解释这种变化的细菌。在进行这项研究的几十年前，也就是1892年，路易·巴斯德（Louis Pasteur）和其他科学家证明，某些微生物具有致病性。但是，伊万诺夫斯基说观察到的是一种没有微生物参与的疾病。伊万诺夫斯基认为，这种疾病一定是他放在树叶上的黄色所固有的。他把它称为病毒。

125年后，我们仍然使用伊万诺夫斯基的名词，但是我们知道病毒远比他想象的更为陌生。一个单个病毒体，也就是病毒存在的形式在其整个生命周期中都会生成许多拷贝，但是它从来不会做任何可以被描述为活物的东西可做的事情。它不会呼吸，也不会交配。它只是侵入到细胞内部，劫持细胞的蛋白质工厂，并迫使细胞复制生产出更多病毒。一个病毒体可以在一瞬间生成数万个副本。病毒似乎是无生命的，是一种有目的却无意识的物质。

埃克斯马赛大学的两位微生物学教授Jean-Michel Claverie和Chantal Abergel都在从事病毒生命前沿学科的研究，他们恰好也是夫妻。自2000年以来，他们已经成为世界上最着名的两个微生物猎人。 2002年，他们在马赛实验室研究军团菌时，发现了有史以来最大的病毒：病毒粒子（Mimivirus），这种巨大的病毒甚至可以在显微镜下观察到。

迄今为止，他们已经发现了另外四种更奇特的病毒，要比2000年以前任何已知的病毒大几倍。他们的实验室培养皿中里散布着一系列特殊病毒：在澳大利亚的一个浅湖中发现了一种巨型病毒，另一种则是在智利海岸的海水中发现的。第三种是在一名女性的隐形眼镜中发现的。

庆幸的是，所有这些巨型病毒的感染目标是变形虫而非人类。因此它们不会对我们造成传染性的风险。但他们是奇怪的物质，可以与细菌相媲美，可以在显微镜下看到。它们的耐受性非常之高，其中一些巨型病毒产生的蛋白质甚至要高于变形虫。

当Claverie和Abergel开始在永久冻土层中开始探索时，他们并没有想到会有巨型病毒。 2013年，Claverie读到这样一则消息。一个俄罗斯探险队在永久冻土层中发现了一颗种子，其埋在约125英尺深的地表下存在了几千年。然而，就是这样一颗种子开出了娇嫩的白色花朵。

Claverie联系了消息中的俄罗斯探险队，解释了他在微生物方面所从事的工作，并要求对方提供一些永久冻土进行测试。研究小组同意了，他们为Claverie和Abergel邮寄了土壤样本，其中也包括种子所处的冻土层。二人把土壤样品放在高分辨率的显微镜下，在室温下引入变形虫作为诱饵，静静等待。

然后，当他们观察时，在显微镜的取景器下发现了一种病毒：Pithovirus sibericum，一种大型的卵状病毒，在冻土层中已经存活了3万年。这也是有史以来发现的最大病毒体。

Claverie说：“这是一种完全不同于我们已经知道的病毒类型。事实证明，我们所获得的病毒极其异常，非常花哨。”

Claverie和Abergel发现的病毒并不会对人类构成威胁。但是一些会感染人体的病毒也会在冻土消融的过程中存活下来。去年夏天，西伯利亚爆发炭疽病，造成数十人被感染，一名儿童因此丧失。疾病的传染媒介被认为是在1941年死去的驯鹿尸体被解冻并腐烂。

加拿大科学家小组最近在新墨西哥州的一个山洞里发现了一种名为类芽孢杆菌Paenibacillus的细菌，其已经与世隔绝了四百多万年。尽管其对人类无害，但这种古细菌对大多数临床抗生素都有抵抗力，包括现存的很多最新和最具侵略性的抗生素。这一发现表明，细菌可以在最严酷的环境中生存下来。

研究人员正在继续测试病原体的极限。据报道，20世纪80年代，苏联的一个微生物实验室从冻土复原了细菌，但是相关研究并没有引起学术界的注意。Claverie今年前往西伯利亚，进一步深入研究当地的土壤，证实病毒可以在一百万年后解冻出来。

“我们正试图到更深的冻土层中采样，证实病毒能够在数百万年后存活下来，当然要证实的是变形虫病毒。我们不会去尝试复活可能会对人类造成感染的病毒，我们没有那么疯狂。”

但Claverie已经开始担心气候变化以及人类活动将会导致永久冻土层的解冻速度加快。

以格陵兰岛为例。目前，这个岛是丹麦的领土，其海外的殖民地。但目前格陵兰正慢慢脱离欧洲， 2009年，除防务和外交政策外，格陵兰当地政府接管了丹麦的所有政府职能。目前丹麦仍然每年向格陵兰提供一笔相当于其当地政府预算三分之二的赠款，但独立可能意味着放弃这笔赠款。为了弥补预算亏空，格陵兰已经计划在全国开设六个新矿山。格陵兰地区蕴藏着丰富的矿产 - 南部岛屿拥有地球上最大的未开发的稀土元素储量，但是北极的危险海域和极端温度导致它们从未被开采过。可以这么说，气候变化会解决这两个问题。

在今年一月份发表在《欧洲内科杂志》上的一篇论文中，Claverie担心北冰洋的开放，特别是西伯利亚和俄罗斯北极周边商业交通业务的拓展会造成致病后果。

“我们知道，俄罗斯也人知道，那里有很多资源。非常贵重的金属，稀土，汽油，天然气和黄金，“他告诉我。而格陵兰并非置身事外。

他说，在整个北极地区开采矿产和石油矿藏，将需要开挖大量的永久冻土，总量可能达到数百万吨。他说：“你所开挖的1600万吨永久冻土，在一百万年内没有被打扰过。”

他想象着堆积在采矿小屋旁边高耸的永久冻土堆，阳光，空气和夏季的雨水向土壤敞开了怀抱。他说：“如果土壤里有对人类或人类祖先有传染性的微生物，我们就会得到它们。”

如果其中一种传染病在格陵兰岛肆虐，那么Luit Penninga将成为首批应对者之一。他是格陵兰伊卢利萨特医院的首席外科医生。其办公室俯瞰整个迪斯科湾，这是一片灰色的海，在北极圈以北200英里，整个海洋充斥着天蓝色的冰山和驼背鲸偶尔出现的尾巴。

他的整个工作历程都贯穿着北极药物和医疗条件的稀缺。在我遇到Penninga的前一天晚上，他登上一架红色的直升机，穿过海湾去帮助一，名怀孕的妇女。她住在1200人的Uummannaq村，那里没有专职医生。他帮助她登上直升机，在飞机上照顾她，直至直升机降落在伊卢利萨特医院（Ilulissat Hospital）。第二天早上他请我去参观医院。当我遇到他时，他显得冷静而彬彬有礼。

格陵兰的医疗保健是社会化的，所有的医院都归国有，所有的医疗保健和处方药都是免费的，而这个庞大的国家则被海洋分裂成各个地区。由于Penninga在伊卢利萨特（Ilulissat）负责当地的医疗保健，他的管辖范围从伊卢利萨特（Ilulissat）到全国第三大城市卡纳阿克（Qaanaaq）。该地区共有常住人口17000人，大部分都分散在各个小村庄，只能坐船或直升机前往。

Penninga有时需要在伊卢利萨特和卡纳阿克之间飞行三小时，飞行距离超过700英里（约合1173公里）。单趟成本超过1400美元。从卡纳阿克还要再乘坐长达一小时的直升机才能抵达一些偏远村庄，那里的人们像历代祖先一样以捕猎海豹和海象为生。这些运输成本加起来非常惊人：每年格陵兰州国家卫生预算的百分之十到百分之十五都花在运输成本上。

Penninga需要为当地居民诊治雪地摩托车和狗拉雪橇事故，还有阑尾炎和衣原体肺炎。许多最严重的疾病都是细菌性的：格陵兰特有的耳朵感染特别具有侵略性，可能导致儿童耳膜穿孔，导致听力长期受损。格陵兰还存在败血症，医生在这里工作了几年后对此非常敬畏。他说：“有些人的病程很短，很快就发展成败血症死去。

当我谈到冻土层中的僵尸病原体时，他笑了起来，点了点头，“他们说，是的，”他告诉我。 Penninga对此有足够多的问题。

潜伏在冻土层中的一些微生物可能是我们所熟知的，也许是人类已经知道并确认已经击败的对手。例如，世界卫生组织宣称天花已经被消灭，除了美国和俄罗斯实验室中存放的病毒之外天花病毒已经绝迹，但是Claverie警告说它很可能在冰原上幸免于难。

更令人担忧的是我们所不认识的微生物。 “没有人真正理解为什么尼安德特人会灭绝，”Claverie说。有时候，他谈到这些可能的冻土病害时会住口，他会说，他们可能威胁到了人类祖先或人类的近亲。然后，他会改变时态，强调这些病毒也可以再次这样做。

我离开格陵兰岛两个星期后，距离Penninga办公室不远处的冻土荒原上发生了火灾。世界各地媒体都争相报道：发生在冰原上的野火。政府试图弄清楚如何防止当地居民受到伤害，但问题本事并没有任何进展。最后，下雨了。

这些突发事件，改变了我们对“既有知识”的理解，也是气候变化最令人不安的因素之一。未来一个世纪的紧急情况是以火灾，洪水还是灾难性瘟疫的形式出现，我们不得而知。它们可能会变得越来越极端，越来越不熟悉，即使在最安静的地方也会不断出现新的威胁。