疾病在北极地区蔓延

随着遥远的北方变暖,那里的居民——从麝牛到不断发展壮大的城市的居民——都生病了

在阿拉斯加阿留申群岛附近嬉戏的海獭本应在远离文明的家园中茁壮成长。然而,这些毛茸茸的小动物却遇到了麻烦。在不到 10 年的时间里,它们在整个阿留申群岛和阿拉斯加西南部的数量锐减了 70%。

为了破解数量下降的原因,加州大学戴维斯分校的特蕾西·戈尔茨坦和她的同事们开始寻找疾病。他们的发现令人不寒而栗:通常在海豹身上发现的犬瘟热病毒的证据。在过去的二十年里,这种病毒已经导致欧洲海岸沿线超过 50,000 只海豹死亡。它还与加拿大和美国东海岸的海豹死亡事件有关。然而,犬瘟热病毒从未在北太平洋被发现。它是如何到达那里的?

侦查很快指向了北极冰——或者说是缺少北极冰。北欧上次爆发大规模犬瘟热疫情的年份——2002 年——也是北极夏季海冰极少的一年。戈尔茨坦推测,北极融化打开了传说中的西北航道,促进了疾病传播,使得受感染的大西洋海洋哺乳动物(如环斑海豹)或其粪便,在某处与来自北太平洋的海洋动物混杂在一起,从而将病毒传播到那里的海獭。在阿留申海獭身上发现的病毒片段与欧洲 2002 年爆发的疫情中的病毒片段完全相同。


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该理论有一些怀疑论者,但如果它是正确的,那么北极和太平洋的海洋哺乳动物,特别是港海豹,可能会受到病毒传播的威胁,戈尔茨坦说,她担任该大学海洋生态系统健康诊断和监测实验室主任。更重要的是,其他物种现在在西北航道中相互遭遇或遭遇彼此的排泄物,可能会导致新的疾病交流。例如,在 2010 年夏天,来自大西洋和太平洋的弓头鲸(已被标记和卫星追踪)在那里相遇,这种相遇可能自全新世开始以来的 12,000 年里从未发生过。

由于气候变化导致世界最高纬度地区升温速度快于几乎任何其他地方,陆地和海洋中的动物都在生病。过去 50 年,阿拉斯加的气温平均升高了 1.9 摄氏度,而全球为 0.7 摄氏度。阿拉斯加的冬季升温速度甚至快于夏季,平均升高了 2.6 摄氏度。这种变暖可以为病原体和寄生虫创造更有利于生存的条件,并鼓励许多动物和害虫(如蜱虫)向北迁徙,而蜱虫通常携带疾病。新的生命也在爬行和游向更温暖的北方,将微生物带给以前从未见过它们的种群。

这种迁徙也可能给人类带来麻烦。在一个不断缩小的世界中,旧的障碍有时真的在融化,动物疾病更容易传播给人类。事实上,自 1940 年以来全球人类中出现的新型传染病中,有 60% 以上是从动物传播给人的——包括由埃博拉病毒和严重急性呼吸综合征 (SARS) 病毒引起的疾病。国家过敏和传染病研究所分子寄生虫学主任迈克尔·格里格简单地说,“如果动物生病了,我们也会生病。”

疾病的转变也可能改变动物种群,从而威胁到土著人民的生态系统和食物供应。目前尚不清楚观察到的疾病数量上升是否仅仅是科学家更广泛地寻找的结果,也没有人准备声称北极生命将因传染病而崩溃。但牛津大学全球健康专家克莱尔·赫弗南表示,不断变化的动态使北极成为“传染病和气候变化的潘多拉魔盒”。

寄生虫加速成熟
气候变暖促进地球北部地区疾病传播的一种方式是帮助寄生虫成熟。一个令人震惊的例子是Umingmakstrongylus pallikuukensis,一种生活在麝牛体内的肺虫,麝牛是加拿大西北地区上部那些毛茸茸的、臭烘烘的冰河时代遗迹。肺虫与其宿主进化出了一种有趣的联系:雌虫(长度可达 65 厘米(25.6 英寸))在麝牛肺部的大囊肿中产卵。卵孵化后,麝牛会咳出幼虫,吞下它们,然后通过粪便排出。幼虫被北极蛞蝓和蜗牛的足部拾起,最终在牛科动物吃掉腹足动物时重新进入牛体内。

北极温和的夏季气温始终控制着肺虫。很少有足够温暖的天气让幼虫在蛞蝓和蜗牛体内生长到最终的、具有传染性的阶段,因此它们必须以不成熟的状态越冬,并在第二年夏天继续发育。

但卡尔加里大学生态系统公共卫生副教授苏珊·库茨说,已经达到了“临界点”。温暖天气持续时间更长,使寄生虫可以在一个夏天而不是两个夏天成熟。“它们更有可能被麝牛吸收并在该时间范围内完成生命周期,”库茨说,因此有更多机会茁壮成长和传播。

肺虫活力充沛,正在向前推进。2008 年,库茨等人发现,它的活动范围向北扩展了几百公里,到达加拿大西部北极群岛的维多利亚岛,那里是全球麝牛种群的 30% 的家园。如今,它已存在于岛上寄生虫已定居的所有地方的麝牛体内。

寄生虫的入侵是双重打击的一部分。在一个完美的世界里,U. pallikuukensis 不会对动物造成太多痛苦。库茨说,麝牛“可能会有吸烟者的咳嗽或其他症状”。但是,温暖的夏季也在影响着这些动物。库茨说,“记住,对于麝牛来说,温暖的天气是糟糕的天气。”如果麝牛因炎热而感到压力,并且肺部因充满囊肿而受损,则动物会虚弱、失去重要能量并容易感染各种疾病。“这会影响你的生死,”库茨说。

果不其然,麝牛种群正在急剧下降。土著人民也很担心,因为他们依靠健康的动物种群来获取食物和天然材料。

蜱虫和蚊子蔓延
气温升高也使植物和动物物种能够向北迁徙,并将它们的感染带到北方。例如,在俄罗斯,森林正以每年约 1 公里的速度向苔原地区推进。田鼠、棕兔、刺猬、野猪、驼鹿和十几种新的鸟类现在占据了不断增长的北方泰加林。

蜱虫是与宿主一起向上移动的入侵者之一。在北美,冬季蜱虫通过在秋季附着在驼鹿等动物身上并利用宿主的体温来度过寒冷的月份。2013 年,研究员辛西娅·加约·卡什瓦库拉在加拿大西北地区萨赫图(一个土著地区)的 30 张驼鹿皮中发现了 5 张蜱虫,这是首次在那里见到这种虫子。

蜱虫和其他威胁不仅仅是北极地区的动物问题。现在大约有 400 万人居住在遥远的北方,他们也面临风险。其中约 10% 的人居住在较小的村庄,但许多其他居民居住在不断扩大的城市中,这些城市人口多达 30 万(俄罗斯的摩尔曼斯克)。能源勘探和旅游业继续带来新来者。瑞典是已经感受到影响的地方之一。该国在 2011 年和 2012 年再次出现了创纪录的蜱传脑炎(脑肿胀)病例。气候变暖和生长季节延长使得狍子(那里雌性蜱虫的主要宿主)能够将其活动范围向北扩展。实验室数据还表明,它们携带的病毒在温暖的天气中可能会在蜱虫的唾液腺中繁殖到高浓度,因此当蜱虫附着到宿主身上时,病毒已准备好感染。

蚊子也在瑞典各地蔓延。这种昆虫正在传播 弗朗西斯菌,这是一种传染性细菌,是土拉弗兰病的主要病原体,可引起严重的发烧、炎症和死亡。这种细菌可能具有致命性,以至于在 20 世纪 50 年代的冷战期间,美国和苏联将其武器化。现在瑞典的版本会导致大约一周的流感样症状。瑞典于默奥大学的研究员安德斯·舍斯泰特说,研究人员尚未确定蚊子和土拉弗兰病得以蓬勃发展的机制,但较高的夏末气温似乎是关键。威胁只会变得更糟。舍斯泰特等人建立的模型显示,到本世纪末,疫情爆发的时间段将延长三周半到高风险县的六周半以上。

人类也面临着来自其他方面的危险。气候变暖会以促进疾病传播给人类的方式改变当地动物的栖息地。在 2006-2007 年的冬天,瑞典北部突然爆发了近 500 例汉坦病毒感染病例,这种病毒是通过吸入受感染啮齿动物的粪便或尿液传播给人类的。汉坦病毒会引起肾病综合征,这是一种有时致命的病毒性出血热。高达 30% 的患者住院治疗;至少有三人死亡。

病理学家最终弄清了奇怪但可能的原因:创纪录的冬季温暖导致降雨和结冰而不是降雪。汉坦病毒在田鼠(一种在冬季依靠积雪覆盖来躲避捕食者和寒冷的啮齿动物)中流行。当瑞典北部的地面在 31 天中有 25 天没有积雪覆盖时,田鼠可能会在谷仓和房屋中寻求庇护,从而将感染传播给人类。温暖、潮湿的冬天是瑞典的未来。

一只海豹杀死另一只海豹

不仅陆地上的迁徙令人担忧。随着中纬度海洋变暖,鱼类和海洋哺乳动物正在大规模地向两极移动,寻找较冷的水域。研究人员发现越来越多的海上传播病原体向北迁移。例如,鳕鱼(世界上最重要的渔业之一)的种群继续向北极推进,现在在挪威东北部的巴伦支海达到创纪录的水平。鱼类携带搭便车的病毒。捕食者紧随其后,带来更多同样的病毒。

有时情况会相反:一种在北方建立的病原体在新居民中找到了肥沃的土壤。例如,灰海豹正在追随正在向该方向游动的鱼群,以觅食。2012 年 2 月,在加拿大新斯科舍省海岸附近的干草岛,有 400 只灰海豹幼崽死亡,约占通常每年在那里出生的所有幼崽的六分之一。科学家认为,罪魁祸首是一种类似于犬肉孢子虫的寄生虫,犬肉孢子虫是一种与引起疟疾的单细胞生物相关的生物。类犬肉孢子虫寄生虫并非总是致命的,但在某些种群中,它会导致大规模疾病和死亡。

研究人员测试了近十几种北极海洋哺乳动物,并找到了一个可能的罪魁祸首:环斑海豹。海豹一生中的大部分时间都在海冰上度过,在加拿大北极地区很常见。即将发表的研究表明,环斑海豹要么携带寄生虫并将其原封不动地传播出去,要么充当其“最终宿主”——寄生虫在其中进行有性繁殖,并通过粪便以感染性卵或卵囊的形式传播到环境中。不列颠哥伦比亚大学的兽医和博士候选人凯蒂·哈曼说,这些卵囊随后可以进入并感染其他动物,如灰海豹,从而引起活动性疾病。哈曼的导师格里格说,环斑海豹首次与灰海豹混在一起。纽芬兰的渔民证实了这种混合。研究人员接下来希望找到带有这些卵囊的环斑海豹粪便,这将证实这些动物是寄生虫的最终宿主。

令人担忧的是,在格里格团队检查过的每一种北极海洋哺乳动物中,该小组都发现了以前从未见过的微生物病原体种类。格里格说,北极就像一本未读的书,一本我们冒着风险忽视的书。

需要生物安全
长期以来,北极的寒冷气温、冰雪和人烟稀少,基本上抑制了感染。本土野生动物已经习惯了一个相对没有疾病和多样性的地方。一些科学家甚至说,鸟类进化出每年向北进行艰苦迁徙的习性,这样它们就可以将春季的精力集中在繁殖上,而不是对抗寄生虫和捕食者。

现在,影响疾病的因素正在发生混乱的重组,科学家们干巴巴地称之为“生态系统重组”。物种正在以奇怪的和以前未观察到的方式混合在一起,例如在阿拉斯加卡克托维克看到的北极熊与灰熊搏斗和交配。2011 年,前所未有的 20,000 头海象将自己拖到阿拉斯加海岸附近的海滩上,因为它们通常的夏季家园——楚科奇海的浮冰——完全消失了。研究人员说,外地人、人群以及压力都增加了疾病传播的可能性。

病态的北极是更广泛趋势的产物——整个世界都因气候变化而背负着更多疾病。病毒、真菌和寄生虫不仅入侵北方,还入侵热带生态系统,如珊瑚礁和热带雨林。反过来,热带病原体正在向温带地区推进;登革热正在佛罗里达州和得克萨斯州出现。

公平地说,北极并没有因传染病而瘫痪。迄今为止的疫情爆发相对受到抑制。一些野生动物甚至可能从温暖的时期中受益。喜欢盐沼地区的黑雁开始在阿拉斯加北坡找到更多的栖息地,因为永久冻土融化,海岸陆地下沉。一些疾病也可能会减少。阿拉斯加的狂犬病仅在北极狐存在的地区持续存在;阿拉斯加大学费尔班克斯分校的微生物学副教授卡斯滕·休弗认为,随着赤狐的繁殖和取代北极狐,狂犬病病例可能会减少。

尽管如此,研究人员似乎几乎每月都会在北方野生动物中发现令人惊讶的疾病:患有脱发症(脱发)的北极熊;患有禽霍乱的海鸟。这些病例是在增加还是只是随着越来越多的研究人员向北探寻而被发现,这仍然有点难以说清。研究人员一致认为,迫切需要的是更多关于疾病状况的基线信息。这个目标具有挑战性。北极广阔而偏远,出行费用昂贵,研究可能很危险。然而,研究人员表示,凭他们多年的经验,他们凭直觉认为一个普遍存在的问题正在出现。

更多的研究也将有助于各国就已显现的传播疾病的解决方案达成一致。“我们现在正在做的是就那里的资源进行谈判,”牛津大学的赫弗南在谈到各国在海底插旗并争夺石油时说。“我们真正应该做的是就生物安全进行谈判。”她说,需要就如何降低接触疾病威胁的风险以及防止意外地将新的病原体引入面临风险的人类和野生动物种群达成协议。各国需要“现在”采取合作行动。

寄生虫学家格里格补充说,北极“多年来一直与世界其他地区隔绝”。“它有自己的动态,因此宿主中的病原体和宿主已经达到某种平衡。”但他说,当病原体被新环境释放时,巨大的变化可能会席卷种群。

格里格继续说,有时这些变化会相当快地推动新的平衡,而不会造成太大的痛苦,他以西尼罗河病毒在美国造成的适度后果为例,该病毒在首次发现时引起了极大的恐惧。但随后格里格提到了老鼠和鼠疫,以及天花传入新大陆土著居民时造成的破坏。“有时,”他说,变化“是灾难性的”。

更多探索

阿拉斯加州美国太平洋北部海獭的犬瘟热病毒。 特蕾西·戈尔茨坦等人在《新发传染病》,第 15 卷,第 6 期,第 925–927 页;2009 年 6 月。 www.cdc.gov/eid

加拿大北极地区两种寄生线虫的入侵、定殖和范围扩展。 苏珊·J·库茨等人在《全球变化生物学》,第 19 卷,第 11 期,第 3254–3262 页;2013 年 11 月 1 日。

北部社区的当地环境观察员网络: www.anthc.org/chs/ces/climate/leo

来自我们的档案

北极植物感受热浪。 马修·斯特姆;2010 年 5 月。

小猫是如何杀死海豚的。 克里斯托弗·所罗门;2013 年 4 月。

大众科学杂志第 311 卷第 2 期本文最初以“疾病在北极地区蔓延”为题发表于《大众科学》杂志第 311 卷第 2 期(),第 58 页
doi:10.1038/scientificamerican0814-58
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