气候变化如何使疫情预测变得更加困难

Kobus Steenkamp的农场沿着南非中部平原的一条土路蔓延开来，在那里，天空使一切都显得渺小。2010年雨季过后的一天早上，Steenkamp在这里醒来，发现他的羊群发生了一些奇怪的事情。“你可以看到它们的背部有血，”他回忆道。他所有怀孕的母羊都在流产。

这是每个农民的噩梦：他的羊群感染了裂谷热，一种蚊子传播的病毒，会导致牲畜和野生动物流产和死亡，并可能传播给人类。几天之内，数十人也被感染。大多数人只表现出类似流感的症状，但在某些情况下，病情升级为类似于埃博拉病毒的严重出血热。

类似的场景在该地区蔓延开来。成年动物的存活率低至10%，几乎100%的受感染母羊会流产。死羔羊和小牛在田野里膨胀，直到州兽医团队前来收集并焚烧尸体。到疫情得到控制时，已有近9000只动物和25人死亡。津巴布韦和纳米比亚等邻国禁止进口南非肉类，这使畜牧业遭受重创。

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自从1931年这种病毒首次在肯尼亚的裂谷中被发现以来，像这样的疫情一直局限于南部和东部非洲。但在1977年，该疾病通过尼罗河上日益增长的贸易向北迁移，在埃及造成了世界卫生组织所称的“爆炸性疫情”。然后，在2000年9月，它跳到了阿拉伯半岛，抵达沙特阿拉伯和也门——引发了欧洲和北美是下一个目标的担忧。病毒可能在短短几年内蔓延到这些大陆的想法并非危言耸听。裂谷热通过比西尼罗河病毒更广泛的宿主和媒介传播，西尼罗河病毒于1999年抵达纽约市，并在不到六年的时间内蔓延到整个美国。美国农业部已注意到这一点，将裂谷热列为继禽流感和口蹄疫之后第三大危险动物病原体。但卫生官员不仅仅担心它对动物和农业的影响。人畜共患疾病——像裂谷热这样始于动物种群并传播给人类的传染病——是流行病和大流行的最大风险。它们是历史上一些最严重的疾病的罪魁祸首，包括鼠疫和埃博拉病毒。

对裂谷热发展成全球大流行的担忧凸显出，公共卫生研究人员仍然不知道如何有效地预测疾病爆发，疾病爆发对健康、经济和政治稳定具有破坏性后果。与此同时，新兴人畜共患疾病的威胁正在扩大——而且往往以意想不到的方式扩大。科学家们才刚刚开始了解疫情爆发与不断变化的天气模式（气候变化的标志）之间的相关性。随着他们这样做，情况变得越来越复杂。在全球范围内，气温变化的速度比任何人之前预测的都要快，因此，栖息地也在发生变化——改变了动物、病毒以及越来越多的人类的活动范围。这些复杂的关系现在比以往任何时候都更加不稳定，导致最近一篇《柳叶刀》论文得出结论，气候变化是“21世纪最大的全球健康威胁”，而另一篇《柳叶刀》论文则认为，气候变化“有可能破坏过去半个世纪在发展和全球健康方面取得的成就”。

全球变暖和极端天气模式已经成为公共卫生的巨大力量。加剧的洪水、干旱和风暴正在改变人类利用土地的方式，并最终改变我们居住的地点。随着气候学家竞相模拟已发生的变化，以便沿海社区等能够适应海平面上升，流行病学家也意识到，开发包含新的和即将到来的天气模式的流行病预测工具至关重要。这种研究关系到发展中国家和发达国家之间的公平。在一个日益全球化的世界中，这可能是避免未来出现前所未有的大流行的一种方法。

互联互通的方法

为了到达Steenkamp的农场，生物学家Ettienne Theron已经开了几个小时的车，朝着无尽的地平线驶去。他的卡车装满了装满血液的冷却器，在一条摇摇欲坠的高速公路上颠簸，高速公路两侧是开阔的草原。这些草原是南非最近几次裂谷热疫情开始的地方。正是在这里，在一个比马里兰州还大的地区，Theron和数十名研究人员正在收集和分析数据，为一个由EcoHealth Alliance（一个专注于大流行病预防的全球非营利组织）运行的项目服务。[编者注：本报道是在新冠疫情引起更多人关注EcoHealth Alliance之前报道的，EcoHealth Alliance是武汉病毒研究所的合作伙伴，这是其在全球范围内工作的一部分。]

科学家和政策制定者面临的挑战是学习如何在病原体感染人类之前进行干预。EcoHealth总裁Peter Daszak在2015年的一段视频中说，一旦大流行病爆发，“你真正能做的就是扑灭大火。”这个为期五年的多学科项目的目标是首次研究气候如何影响南部非洲的裂谷热。通过这样做，研究人员希望开发一个基于数据的模型，该模型可以在疫情爆发前实际预测疫情，这是为其他病毒建模的垫脚石。值得注意的是，美国国防部资助了整个项目。裂谷热很容易被用作气溶胶，并在冷战期间被美国和苏联武器化。但生物恐怖主义只是其中一个担忧；阻止疾病蔓延到美国本土——并知道如果疾病蔓延到美国本土该如何应对——日益成为国家安全问题。

Theron终于到达了一个没有标记的大门，团队成员（他们总共会说自由州省代表的九种语言）从卡车里蜂拥而出，穿上泥泞的靴子。研究人员使用GPS点的随机分布，与像Steenkamp这样的361个孤立农场达成了协议，在那里，他们连续两年从牲畜和农场工作人员身上采集血液样本，以检测裂谷热抗体，试图了解在没有人报告活跃病例的情况下，病毒可能潜伏在哪里。

Steenkamp本人在20世纪70年代的一次疫情中被感染，据世界卫生组织称，每年有多达1万人感染该病毒。这个数字很可能会上升。2016年发表在《新发微生物与感染》杂志上的一项研究报告称，近期疫情的“爆发性”表明该病毒已变异成更具传染性和更严重的毒株。随着病毒迁移到新的地方，它可能会进一步进化，变得更加危险。

当农场工作人员将绵羊赶到生锈的畜栏角落时，现场协调员Claudia Cordel在一个折叠卡片桌上打开了一系列空瓶、数据表、乳胶手套和锐器盒。一名农场工人抓住了一只母羊。它咩咩叫着，而Cordel从它抽搐的脖子上抽血。在南非，人们认为麦金托什伊蚊是裂谷热的主要传播媒介。雌性蚊子将病毒直接传播给后代，它们的卵可以在干旱中存活多年——这在该地区是一种典型现象。当新一代受感染的蚊子最终孵化出来时，它们会将病毒传播给牲畜和野生动物。病毒在这些宿主体内扩增，因此当更广泛传播的蚊子，如库蚊和按蚊，叮咬受感染的动物时，最初的疫情就会转变为快速蔓延的流行病。

在另一个畜栏中，Cordel在刺穿一头母牛的尾静脉之前擦拭了它的肛门。母牛低吼一声，向她的脸部喷出一股绿色液体。Cordel解释说，虽然病毒传播的基本原理是已知的，“我们不知道野生动物如何影响人类或牲畜，反之亦然，”她补充说，反馈循环完全没有记录。这就是为什么EcoHealth团队想要更细致地了解天气、植物、昆虫、动物和人类的相互作用。在自由州省和北开普省周围的22个研究地点，研究人员捕获蚊子以寻找病毒，研究土壤成分和植被，并建立小型气象站以结合卫星数据监测当地情况。这种综合方法需要流行病学、生态学、气候学、兽医学和昆虫学领域的数十位专家，既成本高昂又相对罕见。但这可能是未来理解传染病如何出现和传播的方向。

该项目的调查员之一Melinda Rostal说：“动物种群的健康与人类种群的健康有关，这是有道理的。”动物通常可以作为新疫情的早期预警信号；例如，在2017年巴西，当地猴子种群在黄热病疫情爆发前八个月几乎被消灭殆尽。但是，围绕人、动物和环境之间的相互作用构建研究只是最近才在全球卫生界获得关注。这种策略最初由流行病学家Calvin Schwabe在1964年定义，现在被称为“同一健康”，是流行病学中日益流行的知识框架。早在公元前400年，希波克拉底就认识到环境（包括天气）会影响疾病，但系统地汇集多学科研究以更好地理解复杂系统是相对较新的。美国疾病控制与预防中心直到2009年才设立同一健康办公室，当时官员们承认，不断变化的环境相互作用“导致了许多疾病的出现和再次出现”。追求同一健康研究的前期成本很高，但从长远来看，它实际上可能更有效率：通过派遣协作团队而不是资助个人研究旅行，EcoHealth裂谷热项目将其研究的交通运输成本降低了35%。

长期以来缺乏这种协调风格是全球卫生界在新兴疾病方面仍然落后的部分原因。以寨卡病毒为例：尽管它于1947年在乌干达首次被发现，但在2015年开始席卷美洲之前，它在很大程度上被忽视了。这些疾病在最初出现时通常缺乏关注，因为它们影响的是世界上最贫困的人口，这意味着它们通常对制药开发没有利润。美国疾病控制与预防中心表示，由此造成的所谓被忽视的热带病已经导致5700万年的过早死亡。因此，作为迄今为止最大的同一健康项目之一，EcoHealth的裂谷热工作是一个重要的案例研究：广泛的、多学科的研究项目能否填补这一危险的知识空白？

随着夕阳将草地染成金色，Cordel和Theron结束了农场访问，他们检查了一个气象站，在那里，一个孤独的风力螺旋桨在带刺铁丝网上方滴答作响。美国宇航局的卫星数据显示，该地区的天气模式将发生改变，从而改变其裂谷热和其他传染病的风险。传播是一件复杂的事情，但毫无疑问，未来疾病控制的一个关键因素将是理解我们不断变化的气候的影响。

预测后院规模的气候

在田野地点之间的长途跋涉中，枯萎的向日葵在无情的天空下垂头丧气。南非已经干旱了好几年，红色的土壤已经龟裂成碎片。干旱本身就是厄尔尼诺天气模式的标准特征，当拉尼娜现象最终来临并完成循环时，该地区将迎来强降雨。美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究科学家Assaf Anyamba解释说，这些循环虽然是典型的，但由于气候变化正在加剧，变得更加干燥和潮湿。（2018年3月，南非宣布因长期干旱进入“国家灾难状态”。开普敦正面临400年来最严重的干旱，面临缺水的风险。）Anyamba说，即使条件变得更加极端，与这种降雨模式（称为厄尔尼诺/南方涛动（ENSO））相关的倾盆大雨以及倾盆大雨创造的植物生命，也使得预测感染裂谷热的蚊子孵化成为可能。事实上，Anyamba通过将卫星气候模型添加到组合中，而不是仅仅依靠区域天气模式，成功预测了2006年和2007年东非裂谷热疫情。“据我所知，”他说，“这是任何疾病的唯一此类系统。”

有了这个有希望的模型，Anyamba将目光投向了南部非洲和阿拉伯半岛。如果他能将他在东非使用的工具应用于预测其他地方的裂谷热疫情，也许他可以将该模型扩展到其他疾病。但到目前为止，他的裂谷热模型在南非已经失败。作为EcoHealth研究的气候专家，Anyamba现在正试图弄清楚原因。显示和预测全球天气模式的卫星数据使预测植被和昆虫的变化变得更加容易。缺点是这种大局观相当不精确。当研究人员将气候模型与更精细的区域数据（如植被覆盖率）相结合时，他们处理的是两种不同的尺度。例如，Anyamba的东非卫星模型依赖于一个植被指数，该指数并未反映南部非洲的植物物种。影响疾病的其他因素（如媒介的传播）可能更加精细。许多蚊子生活在一个郊区后院大小的区域内，因此即使是遥感数据也无法达到病原体与其宿主相互作用的规模。虽然天气长期以来一直与疾病有关——想想“流感季节”——但正是这种程度的特殊性使得预测疫情爆发如此具有挑战性。一刀切的模板行不通。

Anyamba的新策略是利用EcoHealth团队在南非收集的关于蚊子和植被的信息，为该地区建立一个更定制化的预测模型。气候变化最终可能会使自由州省变得更加干燥，这将有助于预防裂谷热疫情爆发。然而，该国其他地区可能会变得更温暖和潮湿，从而增加裂谷热和洪水倾向于滋生的其他疾病。学习如何构建更具区域敏感性的工具将有助于科学家了解疾病负担可能如何在当地和全球范围内发生变化。

实现这一目标至关重要。虽然在流行病学中很难找到全面的结论，但显而易见的是，更大的气候变率——以及随之而来的更大的疾病波动——已经到来。这一趋势的第一个确凿证据可能最初在2002年发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中报告，该研究考察了孟加拉国70年期间的霍乱流行率，发现“上个世纪的变暖趋势正在影响人类疾病”。由于变暖，蚊子和其他昆虫的栖息地已经扩大，使新的人群暴露于病毒之下。初步研究表明，例如疟疾，在全球范围内呈上升趋势。世界卫生组织表示，气温仅升高两摄氏度——我们正在迅速接近这个标记——就会使面临疟疾风险的人数增加数亿。奇怪的是，现在是疟疾理想气候的地方可能会随着气温升高而减少疟疾；疟疾可能会在尚未到达的地方流行，例如美国。

这种令人烦恼的细微差别带来了令人不安的后果。以蓝舌病病毒为例，这是一种由被称为库蠓的蠓虫传播的高度致命的反刍动物疾病。历史上，它仅限于热带地区，但到2006年，西欧已经足够温暖，以至于一些蠓虫向北迁移并感染了动物。当另一种蠓虫随后从患病绵羊身上感染病毒并将其携带到挪威时，科学家们感到惊讶。佐治亚大学的兽医病理学家Corrie Brown说，蓝舌病是气候变化如何首次将物种相互引入的典型例子——以不可预测的方式扩大疾病的传播方式。

专家们对处理这些风险的最佳方法存在分歧。美国国际开发署支持一项侧重于识别新病原体的战略，但Brown认为，仅仅发现新病毒是对有限研究资金的低效利用。“我可以看到这对研究人员来说有多么有利，因为他们可以发表很多论文，”Brown说，但她对它在预防人们生病方面的价值持悲观看法。相反，Brown和其他倡导同一健康方法的人认为，加强当地基础设施——例如，建立监测和监视系统以及培训社区护士——是应对新兴疾病反复无常的负担的最有效方法。“如果我们提高世界各地医疗保健专业人员的专业水平，我们将处于更有利的位置，”她说。

当地检测系统在人类迁入新环境，将自己暴露于他们尚未遇到的疾病的地方尤其重要。“在一个不变的世界里，你不会看到很多新兴疾病，”流行病学家和裂谷热研究的首席研究员William Karesh说。“当系统发生变化时，微生物会以新的方式显现出来。”埃博拉病毒的前美国科学促进会国会科学与技术政策研究员Carrie La Jeunesse说，流行病及其连锁反应通常“发生在边缘，即人类与野生空间相邻的地方”。自2009年以来，美国国际开发署开发了一张具有大流行潜力的突发疾病热图；它与受人类影响威胁的地区地图非常相似。在2012年发表在《柳叶刀》杂志上的一篇论文中，Karesh和他的同事总结了这些发现，解释说“许多人畜共患病都与土地利用的大规模变化有关”。

这在南非当然是真实的。EcoHealth项目的昆虫学家Alan Kemp说：“我们实际上是在养殖虫媒病毒”，即由蜱虫等节肢动物传播的病毒。“对于裂谷热，几乎可以肯定的是，由于牛的育种和进口不具抗性的外来品种，我们实际上是在字面上养殖裂谷热。”他叹了口气说，“老实说，在很大程度上，我们对自己的灭亡负有责任。”

人类的压力

EcoHealth获得的数千份血液样本最终被送到约翰内斯堡四级生物安全实验室的荧光灯下。与埃博拉病毒一样，裂谷热的研究只能在最高级别的防护下进行，调查员Janusz Paweska穿着加压防护服，在显微镜下检查裂谷热样本。“有些科学家将大自然称为最可怕的生物恐怖分子，我不喜欢这种说法，”Paweska在经过复杂的净化过程后，在他的办公室里说。作为南非新兴人畜共患病和寄生虫病中心的主任，他毫不讳言地说：“是谁创造了这种出现的环境？你不能指责大自然。不受控制的城市化、气候变化、贫困——那不是大自然。答案是我们创造了许多这些疾病出现的情况。”

可以说，贫困已经是生病的最大风险因素。“健康的主要触发因素或决定因素是经济，”日内瓦全球健康研究所所长安托万·弗拉豪特说，他解释说，医疗保健分配不均是主要问题。世界卫生组织估计，在低收入国家，通常可预防或可治疗的贫困疾病（如腹泻、营养不良和寄生虫感染）占死亡人数的45%。预计气候变化将在未来几十年内使至少1.22亿人陷入极端贫困，迫使许多人离开家园并导致快速城市化，所有这些都倾向于滋生疾病。弗拉豪特预计，气候变化对疾病的主要贡献之一将来自强迫迁移的后果。“我们可以预期对健康产生巨大影响，不仅是因为对疾病的直接影响，而且还因为间接的经济影响，这可能非常严重，”弗拉豪特说。

但是，当要求资源有限的国家为未来的潜在威胁做好准备时，往往以牺牲眼前的问题为代价，“这是一种艰难的权衡，”全球发展公司DAI的备灾与响应项目主任苏珊·斯克里布纳解释说。“我们所做的事情被称为健康，但在某些方面，很多事情都与良好的治理有关，”她说。这就是为什么像裂谷热研究这样的项目可能特别有力的原因：它们为农业、卫生和国防领域的许多不同利益相关者提供了数据。

EcoHealth的气候专家Anyamba将裂谷热研究视为未来的发展方向。“我设想更多涉及气候数据的项目，结合先进的分析技术和机器学习技术，这将开始回答一些关于为什么会发生特定疾病爆发的问题，”他说。斯克里布纳说，政策制定者可能正在权衡其他优先事项，但重要的是他们要理解这项科学，“因为当大流行病来袭时，科学家不是负责应对的人。”事实上，美国国防部的国防威胁降低机构资助了类似的综合研究，以预测和绘制基孔肯雅热（另一种蚊子传播的病毒感染）的高风险区域。黄热病、登革热甚至狂犬病等一系列疾病都将从国防部可以提供的资源中受益。

但是，资金——以及决定谁的研究获得资金的政治因素——在哪些疾病被认为值得关注方面起着至关重要的作用。在当前的政治气候下，对后勤复杂的项目（如裂谷热研究）所需的长期资源的支持正在积极消失。正当我们开始意识到合作应对疾病的方法可能有多么紧迫时，美国疾病控制与预防中心却面临着对其全球卫生安全努力的巨大威胁。全球卫生资金是一项复杂的努力，仅在美国就由多个机构管理。布鲁金斯学会智库的专家撰文称，这可能“对全球健康造成毁灭性打击”，损害经济增长并削弱国际稳定。

但是，进行这种密集的实地调查工作仍然很重要。在这种不确定的情况下，EcoHealth的大规模实地调查工作仍在继续推进。在一次收集过程的清晨，该团队驱车前往莫卡拉国家公园附近的一个私人狩猎保护区，追逐非洲大羚羊，这是一种非洲羚羊。野生动物既可以携带裂谷热病毒，也可以将其传播给牲畜和人类，但它们的血液样本尤其难以获得。一架直升机赶来帮忙。很快，卡车就在草地上颠簸，一团尘土标志着向牛群的进展。在前轮之外，动物们急转弯和跳跃。它们像丝带一样闪闪发光。当其中一只从空中被麻醉时，寂静是令人震惊的。科学家们迅速工作，用注射器和试管在胳膊和腿的迷宫中滑动。非洲大羚羊将在几分钟内醒来。

采集血液后，研究人员开始进行净化程序，擦洗靴子上的灰尘，以避免将任何疾病传播到他们访问的下一个地点。附近，一只笼子里的狮子懒洋洋地躺在一滩阳光中，等待着下一顿饭的送达。它对着一辆辆驶过的汽车打着哈欠。曾经，这片灌木丛在半个国家蔓延，但今天，它已被很大程度上分割开来，并被高高的围栏围起来。现在，野生动物仍然能够自由漫步的地方已经不多了。世界已经改变了，即使我们还不知道后果。