模擬研究預(yù)測(cè)全球變暖將增加物種間的病毒傳播| 圖源：pixabay.com
在全球變暖的背景下，原本分布在不同區(qū)域的野生動(dòng)物可能被迫向更冷的地方遷徙，進(jìn)而相互接觸、促進(jìn)病毒的傳播。一項(xiàng)發(fā)表在《自然》雜志上的研究利用模型繪制了氣候變化如何在未來(lái)五十年間改變哺乳動(dòng)物的分布，并進(jìn)一步增加病毒溢出至人類社會(huì)的風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，世界上的 “生物多樣性熱點(diǎn)” 以及亞洲和非洲人口稠密的地區(qū)最有可能受到影響，這為政府和衛(wèi)生組織投資病原體監(jiān)測(cè)和改善醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施提供了更多參考。
撰文 | 吳蕾
責(zé)編 | 馮灝
審校 | 錢文峰
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自20世紀(jì)初以來(lái)，幾乎每一次的病毒大流行都離不開(kāi)病毒的跨物種傳播 [1]。對(duì)過(guò)去四個(gè)世紀(jì)疾病暴發(fā)的分析表明，在未來(lái)幾十年中，每年發(fā)生大流行的可能性會(huì)增加數(shù)倍，人類活動(dòng)引起的環(huán)境變化在其中發(fā)揮了重要的作用 [2,3]。
在4月28日發(fā)表于《自然》雜志的文章中，來(lái)自美國(guó)喬治敦大學(xué)、康涅狄格大學(xué)、生態(tài)健康聯(lián)盟的研究人員指出，氣候變化將導(dǎo)致動(dòng)物的遷移擴(kuò)散，繼而促進(jìn)病原體在野生動(dòng)物中的跨物種傳播，增加病原體傳播至人類社會(huì)的風(fēng)險(xiǎn) [4]。
“跨物種傳播” 是一種病原體偶然感染了新的物種并在其種群中傳播的現(xiàn)象[5]。由于新宿主缺乏抵抗這種病原體的機(jī)制，跨物種傳播常常引發(fā)新型傳染病在宿主群體中暴發(fā) [6]。歷史上，許多在人類社會(huì)中暴發(fā)的病毒來(lái)自于其他動(dòng)物，例如人類免疫缺陷病毒（HIV）從靈長(zhǎng)類傳染給人，禽流感病毒（H5N1、H7N9）從鳥(niǎo)類傳染給人等 [5,7]。
不同物種的相互接觸是病毒發(fā)生跨物種傳播的必要條件之一。所幸在自然狀態(tài)下，大多數(shù)野生動(dòng)物在地理上相互隔離，并沒(méi)有感染的機(jī)會(huì)。以哺乳動(dòng)物為例，研究表明，只有約7%的物種對(duì)（species pair，兩個(gè)不同物種構(gòu)成的一個(gè)組合）在地理分布上重疊，僅約6%的物種對(duì)同時(shí)被一種或多種病毒感染，即發(fā)生過(guò)病毒傳播 [8]。
不過(guò)，全球氣候變暖正在改變這種局面。為了應(yīng)對(duì)快速變化的環(huán)境，許多物種將可能淪為 “氣候移民”，不得不背井離鄉(xiāng)尋找更適宜生存的環(huán)境，例如更高緯度或更高海拔的地區(qū) [9,10]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這些 “氣候移民” 以平均每年1.1米的速度向高海拔地區(qū)轉(zhuǎn)移，以平均每年1.69千米的速度向高緯度地區(qū)轉(zhuǎn)移 [11,12]。由此一來(lái)，它們體內(nèi)寄生的病毒也獲得了 “新機(jī)遇”：宿主的分布區(qū)改變后，一些原本沒(méi)有接觸機(jī)會(huì)但所攜帶病毒具有相互感染能力的物種可能會(huì)相遇，進(jìn)而為病毒的跨物種傳播提供了機(jī)會(huì)。
在這種背景下，及時(shí)預(yù)測(cè)和評(píng)估病毒溢出風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)重點(diǎn)物種和重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。哺乳動(dòng)物具有較為完整的生物多樣性數(shù)據(jù)和與人類健康相關(guān)的病毒記錄，在人畜共患病傳播中扮演著重要角色。因此，研究人員選取哺乳動(dòng)物為研究對(duì)象，對(duì)3870個(gè)物種在2070年的適宜分布進(jìn)行建模，并結(jié)合物種對(duì)的 “親緣” 關(guān)系對(duì)病毒跨物種傳播的可能性進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
物種的空間分布是影響病毒能否發(fā)生跨物種傳播的重要因素。那么，氣候變化將導(dǎo)致哪些原本隔離的物種相遇，進(jìn)而為病毒的傳播創(chuàng)造條件呢？
討論病毒的跨物種傳播時(shí)，“首遇（first encounter）” 是一個(gè)至關(guān)重要的情景，它指的是原本分布在不同區(qū)域的物種，由于各自分布區(qū)的變化而在新的區(qū)域里首次相遇。當(dāng)不同的物種首次相遇時(shí)，它們所攜帶的病毒也就獲得了進(jìn)入新宿主的機(jī)會(huì)。那么，如何評(píng)估病毒是否會(huì)借此發(fā)生跨物種傳播呢？分布區(qū)重疊是一個(gè)因素，另外，由于病毒對(duì)宿主的依賴性較高，新宿主與原宿主的親緣關(guān)系通常也不能太遠(yuǎn)。因此，研究人員基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法，結(jié)合物種之間分布區(qū)的重疊情況以及它們演化距離的遠(yuǎn)近，來(lái)預(yù)測(cè)病毒發(fā)生跨物種傳播的可能性。
研究人員分析發(fā)現(xiàn)，在全球范圍內(nèi)，目前的3870個(gè)物種中存在345,850個(gè)分布區(qū)重疊的物種對(duì)，占所有物種對(duì)組合的約7%；而未來(lái)的棲息地改變將導(dǎo)致哺乳類物種發(fā)生超300,000次首遇。
這種全球性的哺乳動(dòng)物分布變化，也將影響相關(guān)病毒的分布和傳播。研究人員分析了物種的地理分布和演化關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，即使在嚴(yán)格控制溫室氣體排放的情景下，未來(lái)也將發(fā)生15,311次病毒跨物種傳播事件。根據(jù)數(shù)據(jù)模擬，與哺乳動(dòng)物首遇的空間分布相似，這些傳播事件將主要發(fā)生于海拔較高、物種豐富的非洲、亞洲區(qū)域，其中，非洲熱帶地區(qū)和東南亞將成為哺乳動(dòng)物首遇的熱點(diǎn)。
動(dòng)物的分布區(qū)變化情況與它們的遷移能力息息相關(guān)。在傳統(tǒng)的大眾認(rèn)知中，嚙齒類（常見(jiàn)的鼠類）可能是傳播病原體的重要媒介。但本研究綜合考慮了不同動(dòng)物在食物鏈中的位置和體型大小，進(jìn)而對(duì)其遷移能力做出評(píng)估，研究表明，食肉目動(dòng)物首遇次數(shù)略高于預(yù)期，而偶蹄目和嚙齒目的首遇次數(shù)略低于預(yù)期。
蝙蝠（即翼手目動(dòng)物）是哺乳類中唯一具有主動(dòng)飛行能力的類群，同時(shí)，它也是病毒傳播中的關(guān)鍵類群。即便是不具有遷徙習(xí)性的蝙蝠，一生之中也可能移動(dòng)上百公里，遠(yuǎn)超一般小型哺乳動(dòng)物的活動(dòng)范圍。這種極強(qiáng)的擴(kuò)散能力也為病原體傳播提供了便利。
研究人員發(fā)現(xiàn)，考慮到物種擴(kuò)散能力的限制之后，哺乳動(dòng)物首遇和病毒跨物種傳播的熱點(diǎn)主要集中于東南亞地區(qū)，蝙蝠是推動(dòng)這些熱點(diǎn)形成的關(guān)鍵因素。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不同蝙蝠物種之間的首遇占哺乳動(dòng)物的近90%，且大多發(fā)生在東南亞地區(qū)，與當(dāng)前全球病毒跨物種傳播熱點(diǎn)一致。
“當(dāng)一只巴西犬吻蝠一路飛到阿巴拉契亞地區(qū)（美國(guó)東部山脈）時(shí)，我們應(yīng)該去關(guān)注它攜帶了什么病毒?！?本文作者、喬治敦大學(xué)醫(yī)學(xué)中心全球健康科學(xué)與安全中心助理研究教授科林·卡爾森（Colin Carlson）說(shuō)，“及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些宿主的轉(zhuǎn)變，是防止病毒更多溢出并導(dǎo)致更多流行病的唯一方法?！?nbsp;[13]
氣候變化將加速病毒在哺乳動(dòng)物間的跨物種傳播，而這也將進(jìn)一步增加病毒進(jìn)入人類社會(huì)并導(dǎo)致人畜共患病大流行的可能。為了評(píng)估這種影響，研究人員選取埃博拉病毒為研究對(duì)象，構(gòu)建了13個(gè)目前已知和潛在宿主的傳播網(wǎng)絡(luò)。在溫室氣體低排放情景下，如果考慮到動(dòng)物擴(kuò)散能力的限制，這13個(gè)宿主物種將與約2,627個(gè)新物種相遇，進(jìn)而導(dǎo)致約96次病毒跨物種傳播事件，其中可能就包含了埃博拉病毒的傳播。
無(wú)獨(dú)有偶，研究人員還發(fā)現(xiàn)許多未來(lái)哺乳動(dòng)物首遇和病毒傳播的熱點(diǎn)與人口密度較高的地區(qū)重疊，尤其是在薩赫勒、埃塞俄比亞高原和東非大裂谷、印度、中國(guó)東部、印度尼西亞和菲律賓地區(qū)。他們指出，如果哺乳動(dòng)物的分布區(qū)變化導(dǎo)致了未知人畜共患病的傳播，生活于這些區(qū)域的人可能首先受到感染，進(jìn)而使病毒從這些人口中心向全球傳播。
既然氣候變化會(huì)帶來(lái)病毒跨物種傳播的威脅，那么人類積極采取應(yīng)對(duì)措施能否扭轉(zhuǎn)這種局勢(shì)呢？
研究人員遺憾地指出，僅靠嚴(yán)格控制溫室氣體排放，無(wú)法有效降低氣候變化驅(qū)動(dòng)的病毒跨物種傳播。相反，全球變暖越慢，物種跟上氣候變化的速度、生存下來(lái)的可能性更大，病毒跨物種傳播的幾率因此反而可能更高?！斑@些結(jié)果不是不采取措施的理由，也不表明全球變暖可能產(chǎn)生有利的影響”，研究人員在文中指出，“相反，我們的研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)，即使全球變暖被控制在2℃以下（與工業(yè)化前相比），改善野生動(dòng)物疾病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和公共衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施依然是十分緊迫的”。
研究人員進(jìn)一步劃分了三個(gè)時(shí)間段（2011-2040、2041-2070、2071-2100）分析發(fā)現(xiàn)，在21世紀(jì)，物種的首遇事件在不斷積累，且大多數(shù)都發(fā)生于2011-2040年間。換言之，如今全球變暖已經(jīng)超過(guò)1℃，大多受氣候變化驅(qū)動(dòng)的病毒傳播已經(jīng)發(fā)生。
“動(dòng)物的遷移和病原體的傳播正在發(fā)生，而且不可避免”，研究作者、喬治敦大學(xué)疾病生態(tài)學(xué)家格雷戈里·阿爾伯里（Gregory Albery）說(shuō) [14]。他們推測(cè)，氣候變化已經(jīng)在重塑哺乳動(dòng)物的病毒組。
本研究從病毒傳播熱點(diǎn)和人口密度的角度為人畜共患病暴發(fā)提供了預(yù)警，但真實(shí)的病毒溢出發(fā)生在復(fù)雜的生態(tài)和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，往往更為棘手。研究人員自己也指出，該結(jié)論可能會(huì)被更復(fù)雜的生態(tài)因素影響，例如，病毒在宿主之間傳播時(shí)會(huì)受到溫度的影響，病毒的傳播可能與宿主的分布區(qū)改變并不完全一致，物種的滅絕可能影響了疾病的傳播，等等。
研究對(duì)象上的局限也很顯著，本文在預(yù)測(cè)和分析過(guò)程中主要的關(guān)注點(diǎn)在陸生哺乳動(dòng)物，而海洋哺乳動(dòng)物其實(shí)不容忽視。已有研究表明，北極海冰減少可能與鰭足類和海獺之間的病毒跨物種傳播有關(guān) [15]。另外，鳥(niǎo)類遷徙模式的改變對(duì)病原體傳播預(yù)測(cè)也具有重要意義，但未被本研究考慮在內(nèi)。
倫敦大學(xué)學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)與人類健康相互作用建模專家凱特·瓊斯（Kate Jones）認(rèn)為，研究中的一些假設(shè)是有待推敲的，比如，野生動(dòng)物可能跟不上氣候和土地利用的變化、病毒不相容性可能阻止其外溢到人類宿主、公共衛(wèi)生與疾病預(yù)防控制體系的完善可能有效阻止病毒最初的溢出，等等?！?[14, 16]
但瓊斯也指出，研究量化評(píng)估了病毒在物種之間傳播的次數(shù)，是理解氣候和土地利用變化如何增加下一次大流行風(fēng)險(xiǎn)的 “關(guān)鍵的第一步” [14]。在該預(yù)測(cè)結(jié)果下，減排已經(jīng)不足夠，人類需要盡快采取措施，加快衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以保護(hù)動(dòng)物種群的延續(xù)和人類社會(huì)的發(fā)展 [17]。
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制版編輯 | 姜絲鴨
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