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按照我們的教學(xué)計劃，今天想與大家討論的
與生物有關(guān)的自然災(zāi)害，也就是生物災(zāi)害的問題。那么什么是生物災(zāi)害呢？
按照《英漢災(zāi)害管理相關(guān)基本術(shù)語集》這本書上的定義，生物災(zāi)害定義為：由活的生物體暴露于微生物和有毒物質(zhì)所造成的災(zāi)害。大家有沒有覺得，這個定義其實(shí)是從災(zāi)害的受體角度來說的?；叵胍幌?，我們前面討論的一些自然災(zāi)害，不管是各種地質(zhì)災(zāi)害、還是洪災(zāi)和旱災(zāi)，都是從災(zāi)害的來源角度進(jìn)行定義的。那么如果我們遵循這種模式，從災(zāi)害來源對生物災(zāi)害進(jìn)行定義呢？這樣我們還需要參考一下生態(tài)學(xué)的思考方式，可以進(jìn)行這樣的定義：
少數(shù)生物偶然搶占生態(tài)位，導(dǎo)致原有生物群落中各物種之間的競爭和依存關(guān)系遭到破壞，超出了生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)能力，最終導(dǎo)致人員、財產(chǎn)甚至環(huán)境等產(chǎn)生損失。這里產(chǎn)生生物災(zāi)害的災(zāi)害源，統(tǒng)稱為有害生物。但是其實(shí)，這里有害生物的說法并不準(zhǔn)確，因?yàn)樵谏鷳B(tài)系統(tǒng)中，生物無所謂“有益”還是“有害”，這都是按照人類自己的標(biāo)準(zhǔn)來確定的。所以，這里的“有害生物”，以及后面我們將要說到的有害生物，都是加上引號的。
生物災(zāi)害除了具有我們前面所介紹的自然災(zāi)害的通性，比如潛在性、突發(fā)性、周期性、群發(fā)性等特點(diǎn)外，還有許多附加的特點(diǎn)。許多有害生物和病原微生物個體非常小，不容易發(fā)現(xiàn)，甚至還有很長的潛伏期，治理非常困難。這次的新冠肺炎疫情讓我們充分感受到了具有長潛伏期病原體所帶來的麻煩，這就是隱蔽性；絕大多數(shù)有害生物還可以隨氣流、水流、動物遷徙、人為活動，或者通過本身的遷飛而擴(kuò)散到另外一個地方，在新的地域定居下來而產(chǎn)生危害，這就是擴(kuò)散性；但我們也應(yīng)該看到，有害生物的種類及其分布是具有明顯區(qū)域性的；我們現(xiàn)在越來越明確的是，大多生物災(zāi)害之所以致災(zāi)，那是有很多人類影響的因素的，所以稱之為人為性。就比如我們剛才說的區(qū)域性，由于人類頻繁地遠(yuǎn)距離活動，則可能打破地理區(qū)域限制，使一些外來生物入侵和病原微生物快速傳染，危害生態(tài)系統(tǒng)的健康，也嚴(yán)重威脅人類健康，危及社會公共衛(wèi)生安全。
從另外一個方面講，生物災(zāi)害相對于其他災(zāi)害，有非常明確的時間性。因?yàn)檫@些生物的生長和演變也必須依賴于自然條件，我們的環(huán)境有四季冷暖的變化，那么與生物災(zāi)害有關(guān)的生物，其發(fā)生和發(fā)展就表現(xiàn)出很強(qiáng)的時間性。比如，2003年主要肆虐亞洲的非典病毒，曾經(jīng)一發(fā)不可收拾，但到五月份左右迅速消失。那么，現(xiàn)在正在爆發(fā)的新冠肺炎疫情是否也遵循這樣的時間規(guī)律呢，我們不得不而知，期待時間的檢驗(yàn)。
任何生物都具有一定的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，那么我們就可以根據(jù)這些特性，進(jìn)行人為干預(yù)，將生物災(zāi)害的損失降到經(jīng)濟(jì)閾值范圍內(nèi)。我們知道，有害生物一般也都有天敵，可以利用天敵實(shí)行生物防治，或者通過生態(tài)措施，改善環(huán)境，創(chuàng)造有利于天敵而不利于有害生物的生存環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)治理。對于病毒來說，開發(fā)疫苗也是藥到病除最好的辦法了。
說到生物災(zāi)害，我們最容易想到的就是蝗災(zāi)。蝗蟲無疑是世界上最古老、最具破壞力的遷徙害蟲。對付蝗蟲，這是一個古老的話題，但仍然是現(xiàn)實(shí)的問題。那么，今年二月份就有一個傳聞：非洲之角發(fā)生的沙漠蝗災(zāi)會不會蔓延到中國？這是一個典型的有關(guān)生物災(zāi)害防治的問題。
蝗蟲剛出生的時候，是獨(dú)居的，比較溫和，危害也不大，所以也具有很大的隱蔽性。但是，一旦聚集到60只以上，蝗蟲的顏色就開始發(fā)生變化，性格也隨之變化，變得特別暴躁，有攻擊性，食欲大增，開始成群飛行。
而且蝗蟲的這種聚集，起初就是在沙漠那些完全沒有人煙的地方開始。一顆矮樹叢上，就能爬滿幾千只蝗蟲。出現(xiàn)這樣的情況的時候，蝗災(zāi)其實(shí)已經(jīng)爆發(fā)了
。
等人們開始發(fā)現(xiàn)的時候，已經(jīng)是超級大軍了。在食物充足的時候，蝗蟲是獨(dú)居的，但如果因?yàn)楦珊祵?dǎo)致食物匱乏，那些獨(dú)居的蝗蟲，迫不得已，外出尋找食物，但最終肯定都集中到為數(shù)不多有食物的地方，這樣就開始發(fā)生聚集。聚集之后，就不再分開，整體行軍。行軍方向，肯定與天氣有關(guān)，比如溫度、濕度和風(fēng)向，所以方向會隨時發(fā)生改變，追蹤蝗蟲群是非常不容易的。
比如，如果我們要用飛機(jī)灑藥來消滅蝗蟲，發(fā)現(xiàn)一個地方有蝗蟲，從機(jī)場起飛，到達(dá)的時候，蝗蟲可能已經(jīng)換方向飛到別處去了。但是，只要是生物，就有弱點(diǎn)，那就是要睡覺。所以，人們就掌握了這個規(guī)律，飛機(jī)一大早出發(fā)，在蝗蟲剛睡醒，還沒開始移動的時候就趕到，進(jìn)行灑藥。還有，通過結(jié)合遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，加上氣象數(shù)據(jù)，就可以對蝗災(zāi)的發(fā)生地點(diǎn)、面積等進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)行精準(zhǔn)打擊。
蝗蟲的生殖能力非常強(qiáng)大，一次能產(chǎn)卵60-80個。產(chǎn)卵的時候，它會把肚子插入松軟的土中，放下卵，產(chǎn)卵后，土就把卵蓋住，這樣，產(chǎn)下的卵就難以發(fā)現(xiàn)，完全看不出這里有卵，這批卵就能安全孵化，也沒有被天敵發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險。更麻煩的是，這些群居的新生代蟲卵，孵化之后，很快就會轉(zhuǎn)變成極具有攻擊性的群居狀態(tài)。
我們再回到這個傳聞中，根據(jù)2月10日的新聞報道，聯(lián)合國相關(guān)機(jī)構(gòu)呼吁，緊急采取行動防止非洲之角發(fā)生沙漠蝗災(zāi)。過去兩年，許多非洲國家經(jīng)歷了降雨不足、干旱和洪水。根據(jù)我們前面的分析，正是這樣的天氣，可能導(dǎo)致蝗蟲的聚集，令蝗災(zāi)暴發(fā)。所以這樣的可能性不是沒有。但是是否會入侵中國呢？
中國一直以來是世界上遭受蝗災(zāi)最嚴(yán)重的國家。但是，這次在非洲致災(zāi)的沙漠蝗（Schistocerca gregaria），與中國歷史上造成蝗災(zāi)的飛蝗（Locusta migratoria）不是同一個物種，它們的地理分布區(qū)是不同的，從沙漠蝗的生活習(xí)性來看，沙漠蝗的生存和繁殖必須依托于熱帶和亞熱帶沙漠，中國氣候條件不能滿足其繁殖。從歷史上來看呢，沙漠蝗在中國從來沒有發(fā)生危害的記錄，雖然上世紀(jì)初，有科學(xué)家報道，說在我國的云南也發(fā)現(xiàn)有沙漠蝗，但并沒有被之后的觀測所證實(shí)。因此，理論上講，沙漠蝗不會對我國造成威脅。
從路徑上來看，如果真要遷飛到中國，沙漠蝗進(jìn)入的路徑有兩條，一是西線通道，是從印度、巴基斯坦進(jìn)入西藏南部，但受昆侖山脈和喜馬拉雅山脈的天然屏障所阻隔，沙漠蝗是難以飛越和存活，而另外一條是東線通道，是經(jīng)印度、孟加拉國從緬甸進(jìn)入云南南部，但蝗蟲從這里又難以穿過雨林。退一步講，即使出現(xiàn)強(qiáng)季風(fēng)等極端天氣，將沙漠蝗快速吹到中國，那也難以建立有效的種群。同時，從目前中國的監(jiān)測和防治能力來看，中國完全能及時有效地控制遷入的蝗蟲。
說完了蝗災(zāi)，那么，我們現(xiàn)在更應(yīng)該關(guān)心的，還有類似SARS和新冠肺炎這樣的病毒帶來的生物災(zāi)害。在過去10多年里，我們看到全球許多傳染病的出現(xiàn)和重新出現(xiàn)，包括非洲的埃博拉病毒病和中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV），這已經(jīng)給全球公共衛(wèi)生體系帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
對于大多數(shù)傳染病來說，三個因素是必不可少：病原體、宿主和傳播環(huán)境。有些病原體是由媒介生物攜帶的，或者需要中間宿主來完成它們的生命周期。適宜的氣候和天氣條件是病原體、媒介生物和宿主生存、繁殖、分布和傳播的必要條件。那么，我們現(xiàn)在思考這個問題的時候，除了關(guān)注已經(jīng)在人群中傳播的流行病之外，還要關(guān)注氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響，特別是對生物多樣性的影響。
比如，隨著氣候變化的加劇，致命病毒可能在海洋哺乳動物中更廣泛傳播。2004年，阿拉斯加的海獺被診斷出感染了海豹瘟熱病毒（PDV），當(dāng)時科學(xué)家們還感到非常困惑，因?yàn)檫@不是一個分布廣泛的病毒種類，當(dāng)時只在歐洲和北美的東海岸才發(fā)現(xiàn)含有這樣的病毒。后來科學(xué)家們利用2001年至2016年的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)海豹瘟熱病毒的上升與北極海冰的下降相關(guān)。也就是說呀，海冰融化為海洋哺乳動物開辟了一條新的遷徙路線，使它們更容易通過北極圈從大西洋穿越到太平洋。被感染的海獺可以向西遷移，進(jìn)入以前從未出現(xiàn)過這種病毒的新區(qū)域。所以，氣候變化可能為疾病的傳播開辟了新的途徑。其次，對動物來說，隨著氣候變化，覓食的壓力增加，又會削弱動物的免疫系統(tǒng)，使它們更容易成為疾病的目標(biāo)。更糟糕的是，隨著氣候變暖，又有很多海洋物種向北部遷移，這樣北極就可能成為疾病繁殖和傳播的場所。
過去一百多年，有關(guān)自由生活和寄生物種的生理學(xué)和種群統(tǒng)計學(xué)研究告訴我們，溫度和其他一些氣候變量會影響動物的行為、發(fā)育、繁殖力和死亡率。對于傳染病來說，這種影響會涉及到至少兩個物種，也就是宿主和病原體之間的相互作用，而傳染媒介或中間宿主又會加劇這種作用。結(jié)果這些影響可能是非線性的，有時甚至是相互矛盾的，使得氣候?qū)膊〗Y(jié)果的綜合影響變得難以捉摸。例如，溫度升高加速了無脊椎動物的發(fā)育，但卻縮短了它們的壽命；溫度升高可以提高蟋蟀的免疫酶活性和對細(xì)菌的抵抗力，但溫度同樣也增加了寄生生物生長和繁殖的能力，甚至超過宿主增加的免疫功能。
https://today.oregonstate.edu/archives/2015/feb/climate-change-may-affect-tick- life-cycles-lyme-disease
從群落水平來看，氣候變化有可能導(dǎo)致宿主與病原體之間的相互作用喪失，也可能與新的物種配對。隨著氣候變暖，許多物種向更高海拔或緯度移動，這些移動會破壞已建立的相互作用，或者使新的宿主與新的病原體接觸。而氣候變化對物候?qū)W的影響，則可能導(dǎo)致更廣泛的植物與傳粉者、捕食者與被捕食者、植物與食草動物之間的相互作用，進(jìn)而影響疾病的動態(tài)。從更廣泛的角度來看，生物多樣性喪失本身也是氣候變化的結(jié)果，會增加人類、野生動物和植物中許多病原體傳播的速率。
動物遠(yuǎn)距離遷移，本來也是一種自然選擇過程，一方面可以讓宿主逃離環(huán)境中累計的病原體，另一方面通過艱苦的旅程，可以淘汰生病的動物，這樣也有助于降低病原體的傳播。但是，如果出現(xiàn)了暖冬，則可能使先前的遷徙宿主種群常年居留在溫帶地區(qū)，而且暖冬還可能進(jìn)一步提高病原體生物的越冬存活率。比如，這里，一般情況下，帝王蝶（Danaus plexippus）在初秋就離開北部繁殖地，飛往墨西哥越冬。而如果碰到暖冬，則可能讓帝王蝶種群常年居留在北美地區(qū)，那么這些冬季在北美繁殖的帝王蝶感染一種原生動物寄生蟲（ Ophryocystis elektroscirrha）的概率就更高，就是我們圖上所顯示的這種寄生蟲。因此，季節(jié)性棲息的動物如果減少遷徙行為，是會增加傳染病傳播概率的。
現(xiàn)在我們已經(jīng)深刻地認(rèn)識到，傳染病的出現(xiàn)是由于病原體地理范圍發(fā)生變化，然后產(chǎn)生新的適應(yīng)性。病原體的基因發(fā)生變化，首先能夠感染動物，通常是野生動物，導(dǎo)致這些病原體能夠與人接觸而感染人類，最后導(dǎo)致疾病在人類之間傳播。簡單地說，就是出現(xiàn)了一種導(dǎo)致人畜共患疾病的基因適應(yīng)。而現(xiàn)在，越來越多的證據(jù)證明，許多新出現(xiàn)的傳染病，與動物，特別是野生動物有非常大的關(guān)聯(lián)。因?yàn)樵S多野生動物的棲息地已經(jīng)因全球變暖和人為活動而喪失，它們不得不與人類有更密切的接觸，大大增加了動物疾病蔓延到人類身上的風(fēng)險。
氣候變化影響人類和自然健康的方式很多。由于氣候變暖，許多原本在熱帶和亞熱帶地區(qū)流行的病原體，在溫帶地區(qū)也找到了合適的環(huán)境，因此擴(kuò)散到這些地區(qū)，這樣的案例很多。但是，下面我們要說的，是因?yàn)闅夂蜃兣?，可能?dǎo)致另外一些情形的出現(xiàn)。其中最出乎意料的，是隨著冰和永凍土的融化，過去，甚至是遠(yuǎn)古的疾病可能在當(dāng)今蔓延，讓過去的麻煩再次困擾著我們。這種風(fēng)險雖然小，但卻是實(shí)實(shí)在在的。
2016年，俄羅斯北部有20人住進(jìn)醫(yī)院，一名男孩死于炭疽病的爆發(fā)，他所感染的炭疽病菌是來自冰中融化的馴鹿尸體。這里同時還有超過2000只馴鹿受感染而死亡，整個社區(qū)不得不撤離。研究人員還在阿拉斯加凍土帶的墓穴中發(fā)現(xiàn)了1918年大流感病毒的碎片。
隨著全球變暖，兩極冰蓋的融化速度之快，是有目共睹的事實(shí)。根據(jù)北極理事會（Arctic Council）的估計，到2030年代末北極可能在夏季無冰。隨著冰層的消退，融化的冰將露出那些隱藏的景觀，也許是以前未曾見過的巖石、植物，也許是被冰層掩埋了數(shù)千年的動物尸體，甚至可能是古代探險者的木乃伊。但是，這些并不新奇，而目前最令科學(xué)家們擔(dān)心的，伴隨全球變暖的積冰融化，可能是解凍并喚醒那些已經(jīng)沉睡了數(shù)萬年、甚至數(shù)百萬年的“僵尸”病毒，這是最不祥的后果。
地球上最古老的冰有八百萬年的歷史，主要是在南極?？茖W(xué)家們已經(jīng)從冰層中發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)古的細(xì)菌并培養(yǎng)出了菌落。而在北極圈的一些研究，也發(fā)現(xiàn)了大量遠(yuǎn)古的病毒和其他病原體，并證明一旦解凍，它們很快就可以像史前一樣活躍。如果它們能攻擊人類，后果可能是災(zāi)難性的，甚至有可能消滅我們?nèi)祟惖奈锓N。這種病毒，與地球上我們所熟知的任何病毒都不相似。現(xiàn)代人的身體，從來沒有與這些僵尸病毒較量過，人類能挨得過去嗎？
1992年，科學(xué)家在俄羅斯苔原融化的凍層下發(fā)現(xiàn)了一個擬菌病毒（Mimivirus）樣本。這是第一次發(fā)現(xiàn)這種病毒，有1200個基因，比常見的病毒要大許多，寬度是現(xiàn)代病毒的兩倍左右，甚至比有些細(xì)菌還要大。大家看看右上角的這張圖，左邊是擬菌病毒，中間是一個細(xì)菌，右邊是只有9個基因的艾滋病病毒。
2015年，西伯利亞的研究人員發(fā)現(xiàn)了隱藏在永凍土中的巨大病毒。其中一種是軟體動物病毒（Mollivirus），這是一種已經(jīng)冰凍了3萬年的巨型病毒，它們能夠復(fù)活。幸運(yùn)的是，目前這類病毒似乎對人類和其他哺乳動物無害，但科學(xué)家認(rèn)為我們現(xiàn)在并不能排除有可以攻擊人類的僵尸病毒。
不過，《病毒星球》這本書（A planet of viruses）的作者卡爾·齊默（Carl Zimmer）對這個問題比較樂觀。他認(rèn)為，我們現(xiàn)在還不必?fù)?dān)心僵尸病毒的爆發(fā)，因?yàn)榈侥壳盀橹刮鞑麃営谰脙鐾林胁]有出現(xiàn)感染人類的病原體爆發(fā)，另外，我們現(xiàn)在解凍的這些病毒，并不是自我解凍的，需要在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行一定的處理，自然條件下爆發(fā)的幾率非常低。
對于我們今天所討論的與生物有關(guān)的自然災(zāi)害，我想沒有人會不屑一顧，但我們也不需要整日提心吊膽，我們所需要的就是積極主動地去認(rèn)識它們，盡管每一次可能都要付出巨大的代價，但我們始終嘆服它們對自然界萬事萬物間矛盾的調(diào)和，還是那句話，我們所需要做的就是要盡可能地了解它們，然后就是盡可能地去規(guī)避一些我們不愿看到的事情。好，同學(xué)們，這節(jié)課就到這里，再見！
