哲夫:《景感生态》相关病毒微生物的部份节选

2020-01-23 10:52阅读:
哲夫:《景感生态》相关病毒微生物的部份节选

《景感生态——守望蓝天诗话》
相关病毒微生物节选
哲夫


窃以为谈虎色变的这个冠状病毒是地球变的蝴蝶效应。种种迹象表明,这个病毒只有在适宜的温度和湿度下才能大量复制和传播。笔者在《景感生态》一书中接触了几位微生物研究的院士和专家,节选几段来从中找出相似性。早就有科学家说:未来可能消灭人类的不是大型巨兽,而是最微小的病毒等微生物。但是,迄今为止,我们对这些病毒微生物的了解还十分有限。
哲夫:《景感生态》相关病毒微生物的部份节选

朱永官院士说,细菌比我们想象的“聪明得多”。在新的环境下,它们能够通过基因横向转移和突变,快速获得适应性优势,从而“活下去”,并可能“进化”出药石罔效的“超级细菌”。朱永官认为,它源于人类对抗生素的滥用。抗生素的不合理使用加速耐药基因在环境中的突变、增殖和扩散。人类活动是这一切的“始作俑者”。朱永官说,研究结果以“百年”为时间尺度,正是因为人类历史上从没有哪个时代发生过如此空前的生物和物质的流动。依靠着飞机、轮船和火车,人和动物,尤其是农业牲畜得以把肠道排泄物扩散出地理纬度上的“洲际”。


毫无疑问,全球贸易、国际旅游也加剧了肠道微生物的扩散。物质流动则更为隐蔽和危险。每克土壤含有高达10亿个微生物,而超级工程一次所能调动的土、沙、石就可能超过数万年自然过程所带来的总和。地上、地下的水流携带着农业、工业排放的化学污染物,包括金属、抗生素和消毒剂,促使细菌不断“交流”和“进化”,催生出令人生畏的致命病原菌。


朱永官认为,中国学者应将国家环保的需求和科学前沿有机结合,这样研究成果既能服务国家需求,又能造福世界。全球每年有70万人死于“超级细菌”感染。2016年,中国政府发布《遏制细菌耐药国家行动计划(2016-2020年)》,成为少数具备与抗生素和耐药性作斗争的全面计划的国家之一。当前应加强对环境微生物的监控,并提升对源头微生物的处置水平。“未来需要特别重视监督和提高废水和动物粪便的处理。如果忽略微生物的重要作用,将会给人类带来灾难。”
……
“朱永官老师在国际权威杂志发表了很多有影响的论文,他的研究成果在国际上产生了很大影响,他人很好的。”这位出身于内蒙古自治区,与上边所说患儿的姑姑同在内蒙古杭锦后旗奋斗中学读过书的要茂盛,在与我拉了一些家常话之后,马上转入正题,


这样说,“我和城环所有合作,我们都对空气中的微生物感兴趣。大多数关注空气污染的人所关注的是构成雾霾的化学物质及其如何相互作用。但我通过研究发现,雾霾形成的过程中微生物起了推波助澜的作用,这一点却是被人们忽略了的。许多城市经常因为燃煤和汽车尾气等原因而被雾霾笼罩。冬季尤其糟糕。因为雾霾形成需要有一定湿度和温度条件,恰好这个温湿度也是最适宜微生物繁殖的条件。


微生物在繁殖的时候,化合和分解污染物,使污染物被化合和分解成别的物质,就像被放大了一样。也就是说使污染物发生了二次变化甚至是多次污染。就好比是酵母菌,起子放入面里,面团会发酵膨胀,烤成松松软软的面包。静风状态下膨胀的污染物被困在城市上空,显得体积更加大了也多了。每立方米大气中有几千万个微生物,微生物很能繁殖和变异,它们在20分钟内就会繁殖一代。它们繁殖靠什么?靠从污染物中吸收营养和能量,这是个复杂的变化过程,它们吸收了什么物质又排泄出什么物质,这就是我们的研方向。这一点还不是十分清楚,但它们肯定参与了雾霾形成的过程,这一点肯定不无疑。我怀疑它们起得作用还很重要,当然一切都还在研究中,因为空气是流动的,研究起来很麻烦,但它们是不可以被忽略的,这一点我敢肯定。


为什么我们治理雾霾这么久,费了这么大的力气,但效果似乎并不明显?这就好比是一个螺丝,用手也可以拧,但用手拧使不上劲,要费很大力气,效果还很小。如果我们用搬手拧,费力气还事半功倍。但人们还没有找到这把搬手,一直都在拿手拧螺丝,白费了很多力气也没有把螺丝拧到位。我觉得微生物就是那把搬手……”。


他的话让我脑洞大开。过后我发现了参考消息上刊载了要茂盛与我所说的这个论点。这里摘录如下:要茂盛教授的研究团队指出,在严重雾霾中,微小的细菌团很常见。这种细菌在雾霾中的颗粒物中占了很大一部分。他们在2017年和2018年的4次雾霾中收集空气样本,对其中存在的细菌颗粒进行检查。与其他时候相比,在雾霾严重的时候,细菌的数量要多得多,体积也大得多。


在这些细菌中,高达70%的细菌能够在实验室中存活并繁殖。这表明,它们在雾霾中存活并兴旺繁衍。当雾霾恶化时,细菌群落发生了变化,一些细菌种类变得不那么常见,另一些细菌种类变得更常见。研究人员认为,细菌是以某些污染物,如硫酸盐和硝酸盐为食物的。对细菌来说,空气中含有大量营养成分,湿度也很大。  


细菌正在吞噬污染物,这似乎是个好消息,但研究人员说,事情没那么简单。首先,细菌会释放挥发性有机物作为废物,因此它们可能会用一种污染物取代另一种污染物。空气中的雾霾细菌还可能导致疾病和过敏症。通过聚集在一起形成微小的团块,细菌还可能形成更多的颗粒物。这是最危险的污染形式之一。


此前要茂盛还在另一篇文章中揭示了全球大气不同程度被耐药基因污染的问题,这个问题大约便是他与朱永官研究团队的合作项目。到2050年全球每年由于细菌耐药性而死亡的人数将升至1000万人,累计损失总额将高达100万亿美元。作为成千上万种污染物汇聚的媒介,空气对耐药基因的传播扩散却没有得到足够重视。要茂盛教授与其合作者通过一种创新方法采集了全球13个国家19座城市大气中足够量的颗粒物(PM),并利用高通量分子生物技术,发现全球大气正在不同程度被耐药基因污染,且部分地区呈现逐年增长的趋势。这些检测到的基因用来表达对包括喹诺酮类、β-内酰胺类、大环内酯类、四环素类、磺胺类、氨基糖苷类和万古霉素类等药物耐药性,研究还发现,不同城市大气中耐药基因(ARGs)的丰度和种类分布有明显的差异,而ARGs的总相对丰度跨越两个数量级。其中,最具优势的ARG为β-内酰胺类耐药基因blaTEM,其相对丰度从2004年到2014年增加了178%)。更为严峻的是,万古霉素作为抗生素的最后一道防线,其耐药基因也在六个城市大气中被检测到。甚至包括一些从未使用抗生素的原生态环境,被普通细菌获取或被人体吸入。这种大气传播面广,极大程度地增加了新型耐药菌滋生几率,对人类健康与生态安全构成巨大威胁。
……


这是个面相十分地道的南方人,丝毫寻觅不到疯玩的那个孩子的身影,显得清秀而且文静。他在研究厦门不同区域空气中的微生物,他说:“微生物是个大家族,只要有植物的地方就有大量微生物,而且不同地方不同植物所共生的微生物是不同的。微生物的分类依据主要是:形态特征、生理生化特征、生态习性、血清学反应、噬菌反应、细胞壁成分、红外吸收光谱、GC含量、DNA杂合率、核糖体核糖酸(rRNA )相关度、rRNA的碱基序列。形态特征主要是个体形态、镜检细胞形状、大小、排列,革兰氏染色反应,运动性,鞭毛位置、数目,芽孢有无、形状和部位,荚膜,细胞内含物;放线菌和真菌的菌丝结构,孢子丝、孢子囊或孢子穗的形状和结构,孢子的形状、大小、颜色及表面特征等。有无细胞结构、无核、病毒;亚病毒:拟病毒、类病毒、朊病毒,有细胞结构、古细菌、真细菌、放线菌、蓝细菌;真核、酵母菌、霉菌、藻类等,微生物的繁殖极快而且变异力极强,又难观察,具体有多少种谁也说不上来,因为它在不断变化……”

他说:“土壤细菌在土壤微生物中数量最多。土壤细菌占土壤微生物总数量的70-90%,主要是腐生性种类,少数是自养性的。细菌的平均体积为0.2-0.5μm3,根据这点来估计土壤中细菌的生物量,每克耕作土壤中平均含3百万个细菌,体积为0.6-1.5mm3,活重约为0.6-1.5mg。以每亩土壤耕作层的土壤约重30万斤计,则在每亩土壤中,细菌的活重为180-450斤。以土壤有机质含量为2%计算,则所含细菌的干重约为土壤有机质的1%上下。估计单噬菌体总量大于其他生物体总量。自养细菌能直接利用光能或无机物氧化时所释放的能量,并能同化二氧化碳,进行营养,如硝化细菌、硫黄细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌。异养细菌从有机物中获取能源和碳源。对农业生产来说,土壤细菌又可分为有益的和有害的,有益的如固氮菌、硝化细菌和腐生细菌,有害的如植物病原菌。


我向他请教:“你说这雾霾已经在大气中了,而且积累了很久很多了,有些可以自我衰灭,但更多的是不能衰减或衰减周期很长的颗粒物,它们象幽灵一样随风游荡,一会在这么,一会又去了那儿,而且还在不断增加数量。你说我们有没有可能造一个天大的吸尘器,把这些雾霾吸收汇总统统过滤一遍?”苏建强大笑着道:“那怎么可能?”我也笑起来,“是不可能,只是一种假设,也就是说我们的科技也很有限,没有什么更好的法子了。但是大气中的微生物,这些数量强大无所不在的微生物,能不能请它们帮忙来分解降解或是吃掉这些讨厌的霾?”


“这种可能性很小,但也不失为一种研究方向。”苏建强笑着说。那天我们就此聊了很多,还做了种种假设,但我们都知道,这个可以获诺贝尔奖的想法暂时只能是一个景感生物的异想天开,一种文学动物的虚构和假想,还谈不到创作。


霾这玩艺比微生物还要难缠,对它的构成原素的分类,引发了许多争论,因为它和微生物一样,随空气而流动,不同的种类还会随时化合,生成别的有害物质,如酸遇上碱。而且还在随工业发展发生变化,随着人们生活的丰富而不断增加新的变异。所以如同微生物分类一样难。碰上这种难缠的敌人,吴国越国楚国汉朝,三皇五帝重生,项羽的勇力,刘邦的狡黠,统统都得败下阵来。所以最好的办法,还是不要招惹它,不要放它出来,哪怕少些鸡的屁。否则,头疼!
我有调寄《采桑子》新韵叹曰:


河山十面霾伏布,
吴越穷途,楚汉齐输。
五帝三皇共一呼。
六朝金粉成泥土,
百姓何如?万岁沦奴。
项羽刘邦皆匹夫。


南北极融化带来的灾难不仅是海平面上升淹没沿海城市,更可怕的是释放出冰层中的可怕细菌。俄罗斯科学院动植物生态学研究所所长警告人们,西伯利亚永冻土封存的病原体正在苏醒,气候变化恐将带来瘟疫。俄罗斯2/3的土地都处于永冻带。随着全球变暖融化了永久冻土,炭疽和其他病原体从它们几个世纪的沉睡中苏醒过来。


2016年在俄罗斯的西伯利亚的亚马尔—涅涅茨自治区,爆发了炭疽热疫情,原因是气温上升导致永冻层的冻土融化,释放出了很多年前封存的炭疽病毒。 驯鹿吃了受感染的泥土和植被,2000多只驯鹿死亡。人们认为鹿血大补,食用了鹿血,多人因此受到感染。炭疽孢子如果被冻结,可以存活几个世纪。动物死亡后,由于柴火稀少,西伯利亚游牧民族往往不想浪费宝贵的木柴去焚烧这些被感染的尸体,往往把它们的尸体埋在河岸附近的浅坟墓里。解冻的尸体可能会传播疾病。


1979年春天的叶卡捷琳堡炭疽疫情造成64人死亡。从2009年到2014年,俄罗斯有40起有记录的炭疽病例,比前五年多43%。在北高加索、南部和西伯利亚地区都有感染记录。


气候变化包括一个或多个气候变量的变化,包括温度、降水、风和阳光。这些变化可能影响疾病病原体和宿主的生存、繁殖或分布,以及它们传播环境的可用性和手段。


已有研究表明,气候变化可能导致人类健康威胁的变化,使现有的健康问题成倍增加。


2018年7月,挪威北极圈以北480千米的地方气温竟达到了32摄氏度。高温融化了永冻层的顶层,在某些地方含有炭疽孢子。孢子不会被极端寒冷的温度破坏,而且可以存活100多年。永久冻土为微生物和病毒创造了完美的生存条件。冰盖的融化,像一个保存完好文物和标本的宝箱被打开,使被困在永久冻土中的致命疾病卷土重来。在未来几十年,如果大量永久冻土开始解冻,那些深埋在地下的可怕威胁——炭疽芽孢及史前古病原体,可能重现于世,并且给人类带来可怕的灾难。全球变暖将带来更多的病原体,例如休眠在猛犸象冰冻残骸中的病原体。


未来可能消灭人类的不是大型巨兽,而是最微小的病毒等微生物。


移民太空只是人类的一厢情愿,迄今为止并没有发现另一个类地星球,一切的移民宇宙的假想仍旧是一曲荒唐的远唱。这更说明气候可能导致的全球性的饥饿不仅是天灾更是人祸。历史上的大饥饿多以天灾辅之人祸为主。若无人祸再大的天灾也可度过。如果人祸不断,天灾便会趁势而起,饿殍遍野。往往一种倾向会掩盖另一种倾向。为了应对天灾而祭起的转基因可能导致更大的自然灾害,成为人祸。需要防微杜渐。


危机4:物种灭绝。安全界限:每年物种灭绝率≤百万分之十。目前水平:每年物种灭绝率至少百万分之一百。科学诊断:远远超过安全界限。人类的多种生产方式使地球上的许多物种灭绝。比如,在它们的栖息地上开垦农田或者铺路,引进与本地物种无法共存的外来物种,用污染物毒杀它们,猎食它们,以及改变全球气候,等等。尽管每个物种都是独立个体,但是对于地球这个大的生态系统而言,每个物种都有自身的价值。所以,物种的灭绝将破坏地球一系列生态系统,诸如回收废物、清洁污水、保持海洋化学结构。生物多样性是健康生态系统的重要指标。目前,我们还不能确定究竟要损失多少物种、哪些物种,才会导致生态系统崩溃。据统计,目前每年的生物灭绝率为百万分之一百。这一灭绝率堪比地球历史上经历的大规模灭绝事件,包括恐龙灭绝。为了避免重现历史悲剧,研究小组把安全界限设定为每年生物灭绝率低于百万分之十。他们坦言,如果我们不控制物种的灭绝率,不给其他物种生存的空间,人类最终将把自己逼近险境。


危机5:氮循环失衡。安全界限:每年固氮量≤3500万吨。目前水平:每年固氮量1.21亿吨。科学诊断:远远超过安全界限。氮是构成生命的基本元素。然而,地球库存的氮气不能被生物直接吸收,需要通过固氮作用成为氨,才能被生物吸收利用。自然界中存在一些固氮和脱氮的微生物。正是借助这些微生物,地球上的氮循环才能得以维持。人类的种植行为干预了氮循环。为了增加土壤中可吸收的氮,德国化学家弗里茨•哈勃于20世纪初发明了工业固氮方法,从大气中制取氮肥,从而改变了自然界原来的氮循环。如今,采用这种方法每年能从大气中固氮8000万吨,并将固态氮撒播到世界各地的农田里。此外,燃烧化石燃料、木材和农作物等方法也能固氮。目前每年人工固氮量达1.21亿吨,远远超出了地球所能承受的范围。过量的氮正在酸化土壤,破坏许多物种。大量的氮注入周边的湖泊和海洋,导致多处水域富营养化。富营养化的水域滋生了大量水生生物,这些生物的生存又耗尽了水域中的氧气,致使许多水域成为一滩死水。
危机7:气候变暖。安全界限:大气中的二氧化碳浓度≤350×10-6。工业革命前期水平:280×10-6。目前水平:387×10-6。科学诊断:已经超过安全界限。全球气候变暖是近年来讨论最多的话题。大量历史证据显示,大气中不断增多的二氧化碳温暖了地球。我们燃烧化石燃料,使得大气中的二氧化碳含量从工业化前期的280×10-6飙升到目前的387×10-6。研究小组则把安全界限设定为350×10-6。事实上,早在20年前,大气中的二氧化碳含量就已经超过了安全界限。既然已经超过为什么还要将350×10-6作为安全界限呢?为什么在超过之后我们人类仍然健在?研究小组给出的答案是,过量二氧化碳带来的影响不是瞬间的,而是长远的。它的影响就像滚雪球一样,越积越多,直至给人类带来毁灭性的灾难。我们之所以现在还健在,是因为这个雪球还在壮大中。值得庆幸的是我们还有补救的时间,因为那些缓慢的反馈作用可能需要花费一定时间。


哲夫:《景感生态》相关病毒微生物的部份节选