远古超级病毒 远古微生物袭来，是一场灾难？

如果说地下深处的微生物由于无法进入现代环境而几乎与人类生活隔绝，那么那些在冰川中长期冻结的微生物，则是因为全球变暖的影响而被释放出来的。从那时起，他们踏入了人类生活的边界-

——记者马家虎禺期

如同地下深处一样，冰川是一个独特的生态环境。冰川覆盖的区域温度极低，营养物质极其贫乏，生态系统脆弱，对全球气候变化极其敏感。一旦遭到破坏，这个地区的生态系统将难以恢复。尽管这些地区自然条件恶劣，但大量微生物仍生活在这些极端环境中。它们的多样性、生态和进化与环境密切相关。

由于全球变暖，冰川融化已经成为不可逆转的事实。随着冰川融水的流出，沉睡多年的微生物将被启封，这将丰富现代环境的微生物资源，甚至成为生态环境的主导部分。当然，冰川中可能隐藏着未知的病原体。一旦被释放，会给人类带来不可预知的灾难吗？

▲科学家在南极冰上钻探

寻找未知而独特的生活

斯科特·罗杰斯(Scott Rogers)是美国俄亥俄州柏林州立大学(Bolingreen State University)的教授，他是极地冰芯微生物调查和科学研究项目的发起者和组织者。在过去的5 ~ 10年里，他致力于研究从冰芯中获得的微生物和核酸样品。

他们发现细菌和真菌仍然生活在150万到200万年前的冰芯中。这些古老的冰芯来自南极洲的东方站。然而，这些活微生物的数量随着年龄的增长而减少。每毫升冰芯中的微生物大多不到500岁，但在200万年的250毫升冰芯中只发现4个独立的活微生物。

南极洲的东方站位于世界上已知最大的冰下湖东方湖。“湖中营养不良是一个完全黑暗的世界，这对任何生命都是一个挑战。”罗杰斯告诉《中国科学杂志》。

这些微生物之所以能存活下来，是因为微生物分子和生物组织降解的主要原因是热、水、一些化学成分如酶和氧化剂、紫外线辐射。冰层有效削弱了这些因素的全部或大部分；寒冷减少了热量对它们的破坏；冰层中的水以晶体的形式存在，几乎没有流动的水，减少了化学物质对生物分子的腐蚀；光，包括紫外线，可以穿过冰层，但是当冰层达到几米厚时，光的能量已经大大减少，几米厚的冰层下几乎没有光。

对于在这样的环境中发现的生命，研究人员通过元基因组合环境转录组序列分析，检测分析了200万年冰核中的4个独立微生物个体。

罗杰斯和他的同事在2013年7月的结论中发现，从东方湖采集的样本中至少有3500种独特的生命，其中约95%是细菌。剩下的6%是真核生物，有一半是真菌。在这些基因序列中，他们发现了大量的嗜冷菌，但其中有一部分是嗜热菌，这可能表明东方湖存在热液带。

另一个美国科研小组也在南极冰川下的另一个湖泊——惠朗斯湖有了新的发现。美国蒙大拿州立大学的生物学家约翰·普里斯库是威兰湖微生物研究小组的负责人。他在2013年12月19日的美国地球物理联盟年会上报告了他们的发现。

2013年1月，他们采集了惠朗斯湖的水样，发现了十多种能够执行化学能的古细菌。这些微生物主要利用二氧化碳、铁、硫和氨作为能源。单细胞异养生物也在湖水中发现，它们以古细菌等化学能生物丢弃的碳为食。目前研究人员还在分析水样，希望能发现真核细胞的存在。

罗杰斯告诉《中国科学技术杂志》，两个研究小组在不同地方获得的一些生物样本非常相似，甚至是相同的。

但令罗杰斯感兴趣的是，在慧兰湖冰核中发现的微生物有一些非常独特的特征，例如，虽然它们不是严格的嗜冷菌，但它们可以抵御寒冷。

这两队科学家在南极洲两个地方发现的微生物有一些共性。它们非常适合那里的环境，耐寒，耐高压，耐黑暗，耐pH值逐渐变化等等。罗杰斯说，它们比同一地区的其他生物适应性更强。

▲南极冰芯微生物样品的提取

古代生活“控制”了现代环境？

在微生物群落中，对冰川微生物的研究还处于起步阶段。除了关注人类尚未发现的新生命，微生物的生态功能也越来越受到重视。

受气候变化影响，青藏高原大部分冰川正在消融，也成为气候变化和微生物学术研究的重点领域。中国科学院青藏高原研究所研究员孔卫东近年来一直关注拉萨南部的滚涌冰川。经过几万年的撤退，在其末端形成了滚雍错湖，同时该湖与其他河流相连。

"我们希望清楚地知道滚永湖中的微生物来自哪里."孔卫楼有一种推测，“至少这一带的水环境很可能是被古代微生物‘控制’的。”

他告诉《中国科学技术杂志》说，滚永措湖微生物的来源只有三种，即冰川融水、大气沉降和周围土壤。研究小组从冰川末端到融水形成的溪流取样，一直到湖泊，再到相连的河流，发现冰川末端刚融化的水中微生物含量最高，然后逐渐减少。

“这可能是因为冰川融水中的微生物随着冰川颗粒逐渐沉降到湖泊或河流的底部，导致它们流动的距离越远，水中的微生物含量越低。”因此，孔卫东认为，根据目前的检测结果，滚永措湖的微生物很可能主要来自冰川。

然而，他也表示，为了最终证实这一猜测，研究小组正在对每个采样区的微生物基因进行测序。只有通过对比才能知道湖泊中微生物群落的组成是否真的接近冰川末端。

孔卫东之所以对此特别关注，是因为如果冰川中代表古代的微生物真的进入现代环境，就意味着人类赖以生存的当地环境可能被古代微生物“控制”。

微生物是元素生物地球化学循环的主要驱动力，尤其是碳氮循环的主要参与者，在该地区生态系统的建设和维护中起着非常重要的作用。尽管如此，研究人员仍然不知道一个湖泊会对人类环境产生多大的影响。但滚永措湖只是一个小实验区。在青藏高原，冰川融化形成了许多水系。纳木错湖是中国第二大咸水湖。虽然估计只有10%来自扎当冰川，但其微生物群落结构可能主要受冰川微生物的影响。纳木措湖占地1900多平方公里。如果证明古代微生物“控制”了湖泊，就意味着纳木错湖整个流域的生态系统都可能受到它们的影响。

古代病毒被释放或成为潜在威胁

冰川中的微生物一旦启封，将面临生存环境的巨大变化。孔卫东认为，可以想见，很多微生物会因为不能适应现代环境而消失。

“如果你活下来了，你的基因表达可能会在短时间内发生变化，以适应环境的变化。”他说，由于现代环境中相对较高的温度和丰富的营养物质，这些处于“休眠”状态多年的微生物也会变得完全活跃。

但人们担心冰川中的一些病原菌会随着融水进入现代环境，甚至演变成“超级病毒”生存，成为人类生存的巨大潜在威胁。

这也是科学家正在思考的问题。在两个科学研究项目中，罗杰斯和他的同事确定了一些病毒的特定序列。他通过电子邮件告诉《中国科学杂志》:“它主要是一种叫做番茄花叶病毒的植物病毒。病毒是在14万年前的冰川冰中发现的。另一种是甲型流感病毒，这种病毒在人类和家禽中很常见。流感病毒刚在湖里冻了几个月，主要来自西伯利亚、俄亥俄州和阿拉斯加。”

罗杰斯说，虽然他们可以测量植物病毒的RNA，但仍然不能证明它们是否仍然具有传染性。但是甲型流感病毒出现的地方已经被证明是水禽栖息的地方，这些流感病毒仍然具有传染性。“我们仍然需要大量的研究来测试这些病毒能在冰中存活多久。”

“一旦冰川融化，这些冰冻的微生物是否会对环境产生影响，现在还没人能知道。”罗杰斯说，“然而，随着冰川的不断融化，我们最终会找到答案，包括它们影响环境的方式。”但是，罗杰斯非常肯定，灾难性后果的概率很小。这是因为这些微生物在冰川中的浓度很低，它们发现的微生物大多不是动植物的致病菌。在冰川地区，人类的人口很少，不会造成病菌的大范围传播。

“这并不是说从冰川中释放这些微生物是完全无害的。只能说造成伤害的可能性极低，这就需要我们以后不断的观察。”罗杰斯说，“毕竟，目前正在消退的冰川只是整个冰川的一小部分。”

事实上，面对全球变暖和冰川融化，大多数微生物学家还没有时间去追踪想象中的“超级病毒”，他们甚至不知道冰川中有多少微生物，它们有什么功能。他们只是迫不及待地想拯救那些因为无法适应现代环境而可能消失的菌株，拯救冰川微生物资源库。