野生動物淪為 “氣候移民”，可能加速病毒暴發(fā)？
模擬研究預(yù)測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)域的野生動物可能被迫向更冷的地方遷徙，進而相互接觸、促進病毒的傳播。一項發(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五十年間改變哺乳動物的分布，并進一步增加病毒溢出至人類社會的風(fēng)險。研究表明，世界上的 “生物多樣性熱點” 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世紀初以來，幾乎每一次的病毒大流行都離不開病毒的跨物種傳播 [1]。對過去四個世紀疾病暴發(fā)的分析表明，在未來幾十年中，每年發(fā)生大流行的可能性會增加數(shù)倍，人類活動引起的環(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，來自美國喬治敦大學(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)致動物的遷移擴散，繼而促進病原體在野生動物中的跨物種傳播，增加病原體傳播至人類社會的風(fēng)險 [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，許多在人類社會中暴發(fā)的病毒來自于其他動物，例如人類免疫缺陷病毒（HIV）從靈長類傳染給人，禽流感病毒（H5N1、H7N9）從鳥類傳染給人等 [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)野生動物在地理上相互隔離，并沒有感染的機會。以哺乳動物為例，研究表明，只有約7%的物種對（species pair，兩個不同物種構(gòu)成的一個組合）在地理分布上重疊，僅約6%的物種對同時被一種或多種病毒感染，即發(fā)生過病毒傳播 [8]。
不過，全球氣候變暖正在改變這種局面。為了應(yīng)對快速變化的環(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，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，它們體內(nèi)寄生的病毒也獲得了 “新機遇”：宿主的分布區(qū)改變后，一些原本沒有接觸機會但所攜帶病毒具有相互感染能力的物種可能會相遇，進而為病毒的跨物種傳播提供了機會。
在這種背景下，及時預(yù)測和評估病毒溢出風(fēng)險，并對重點物種和重點區(qū)域進行針對性的監(jiān)測就顯得尤為重要。哺乳動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物為研究對象，對3870個物種在2070年的適宜分布進行建模，并結(jié)合物種對的 “親緣” 關(guān)系對病毒跨物種傳播的可能性進行了預(yù)測。
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，進而為病毒的傳播創(chuàng)造條件呢？
討論病毒的跨物種傳播時，“首遇（first encounter）” 是一個至關(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。當不同的物種首次相遇時，它們所攜帶的病毒也就獲得了進入新宿主的機會。那么，如何評估病毒是否會借此發(fā)生跨物種傳播呢？分布區(qū)重疊是一個因素，另外，由于病毒對宿主的依賴性較高，新宿主與原宿主的親緣關(guān)系通常也不能太遠。因此，研究人員基于機器學(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近，來預(yù)測病毒發(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個物種中存在345,850個分布區(qū)重疊的物種對，占所有物種對組合的約7%；而未來的棲息地改變將導(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)，即使在嚴格控制溫室氣體排放的情景下，未來也將發(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物首遇的熱點。
動物的分布區(qū)變化情況與它們的遷移能力息息相關(guān)。在傳統(tǒng)的大眾認知中，嚙齒類（常見的鼠類）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物在食物鏈中的位置和體型大小，進而對其遷移能力做出評估，研究表明，食肉目動物首遇次數(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（即翼手目動物）是哺乳類中唯一具有主動飛行能力的類群，同時，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上百公里，遠超一般小型哺乳動物的活動范圍。這種極強的擴散能力也為病原體傳播提供了便利。
研究人員發(fā)現(xiàn)，考慮到物種擴散能力的限制之后，哺乳動物首遇和病毒跨物種傳播的熱點主要集中于東南亞地區(qū)，蝙蝠是推動這些熱點形成的關(guān)鍵因素。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，不同蝙蝠物種之間的首遇占哺乳動物的近90%，且大多發(fā)生在東南亞地區(qū)，與當前全球病毒跨物種傳播熱點一致。
“當一只巴西犬吻蝠一路飛到阿巴拉契亞地區(qū)（美國東部山脈）時，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，“及時發(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物間的跨物種傳播，而這也將進一步增加病毒進入人類社會并導(dǎo)致人畜共患病大流行的可能。為了評估這種影響，研究人員選取埃博拉病毒為研究對象，構(gòu)建了13個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，如果考慮到動物擴散能力的限制，這13個宿主物種將與約2,627個新物種相遇，進而導(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。
無獨有偶，研究人員還發(fā)現(xiàn)許多未來哺乳動物首遇和病毒傳播的熱點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、中國東部、印度尼西亞和菲律賓地區(qū)。他們指出，如果哺乳動物的分布區(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，進而使病毒從這些人口中心向全球傳播。
既然氣候變化會帶來病毒跨物種傳播的威脅，那么人類積極采取應(yīng)對措施能否扭轉(zhuǎn)這種局勢呢？
研究人員遺憾地指出，僅靠嚴格控制溫室氣體排放，無法有效降低氣候變化驅(qū)動的病毒跨物種傳播。相反，全球變暖越慢，物種跟上氣候變化的速度、生存下來的可能性更大，病毒跨物種傳播的幾率因此反而可能更高。“這些結(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），改善野生動物疾病監(jiān)測系統(tǒng)和公共衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施依然是十分緊迫的”。
研究人員進一步劃分了三個時間段（2011-2040、2041-2070、2071-2100）分析發(fā)現(xiàn)，在21世紀，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1℃，大多受氣候變化驅(qū)動的病毒傳播已經(jīng)發(fā)生。
“動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 [14]。他們推測，氣候變化已經(jīng)在重塑哺乳動物的病毒組。
本研究從病毒傳播熱點和人口密度的角度為人畜共患病暴發(fā)提供了預(yù)警，但真實的病毒溢出發(fā)生在復(fù)雜的生態(tài)和人類社會經(jīng)濟環(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會受到溫度的影響，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。
研究對象上的局限也很顯著，本文在預(yù)測和分析過程中主要的關(guān)注點在陸生哺乳動物，而海洋哺乳動物其實不容忽視。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，鳥類遷徙模式的改變對病原體傳播預(yù)測也具有重要意義，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）認為，研究中的一些假設(shè)是有待推敲的，比如，野生動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)險的 “關(guān)鍵的第一步” [14]。在該預(yù)測結(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)，以保護動物種群的延續(xù)和人類社會的發(fā)展 [17]。
制版編輯 | 姜絲鴨
