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· 正 · 文 · 来 · 啦 · 按照我们的教学计划，今天想与大家讨论的 与生物有关的自然灾害，也就是生物灾害的问题。那么什么是生物灾害呢？ 按照《英汉灾害管理相关基本术语集》这本书上的定义，生物灾害定义为：由活的生物体暴露于微生物和有毒物质所造成的灾害。大家有没有觉得，这个定义其实是从灾害的受体角度来说的。回想一下，我们前面讨论的一些自然灾害，不管是各种地质灾害、还是洪灾和旱灾，都是从灾害的来源角度进行定义的。那么如果我们遵循这种模式，从灾害来源对生物灾害进行定义呢？这样我们还需要参考一下生态学的思考方式，可以进行这样的定义： 少数生物偶然抢占生态位，导致原有生物群落中各物种之间的竞争和依存关系遭到破坏，超出了生态系统的恢复能力，最终导致人员、财产甚至环境等产生损失。这里产生生物灾害的灾害源，统称为有害生物。但是其实，这里有害生物的说法并不准确，因为在生态系统中，生物无所谓“有益”还是“有害”，这都是按照人类自己的标准来确定的。所以，这里的“有害生物”，以及后面我们将要说到的有害生物，都是加上引号的。 生物灾害除了具有我们前面所介绍的自然灾害的通性，比如潜在性、突发性、周期性、群发性等特点外，还有许多附加的特点。许多有害生物和病原微生物个体非常小，不容易发现，甚至还有很长的潜伏期，治理非常困难。这次的新冠肺炎疫情让我们充分感受到了具有长潜伏期病原体所带来的麻烦，这就是隐蔽性；绝大多数有害生物还可以随气流、水流、动物迁徙、人为活动，或者通过本身的迁飞而扩散到另外一个地方，在新的地域定居下来而产生危害，这就是扩散性；但我们也应该看到，有害生物的种类及其分布是具有明显区域性的；我们现在越来越明确的是，大多生物灾害之所以致灾，那是有很多人类影响的因素的，所以称之为人为性。就比如我们刚才说的区域性，由于人类频繁地远距离活动，则可能打破地理区域限制，使一些外来生物入侵和病原微生物快速传染，危害生态系统的健康，也严重威胁人类健康，危及社会公共卫生安全。 从另外一个方面讲，生物灾害相对于其他灾害，有非常明确的时间性。因为这些生物的生长和演变也必须依赖于自然条件，我们的环境有四季冷暖的变化，那么与生物灾害有关的生物，其发生和发展就表现出很强的时间性。比如，2003年主要肆虐亚洲的非典病毒，曾经一发不可收拾，但到五月份左右迅速消失。那么，现在正在爆发的新冠肺炎疫情是否也遵循这样的时间规律呢，我们不得不而知，期待时间的检验。 任何生物都具有一定的生物学和生态学特性，那么我们就可以根据这些特性，进行人为干预，将生物灾害的损失降到经济阈值范围内。我们知道，有害生物一般也都有天敌，可以利用天敌实行生物防治，或者通过生态措施，改善环境，创造有利于天敌而不利于有害生物的生存环境，实现可持续治理。对于病毒来说，开发疫苗也是药到病除最好的办法了。 说到生物灾害，我们最容易想到的就是蝗灾。蝗虫无疑是世界上最古老、最具破坏力的迁徙害虫。对付蝗虫，这是一个古老的话题，但仍然是现实的问题。那么，今年二月份就有一个传闻：非洲之角发生的沙漠蝗灾会不会蔓延到中国？这是一个典型的有关生物灾害防治的问题。 蝗虫刚出生的时候，是独居的，比较温和，危害也不大，所以也具有很大的隐蔽性。但是，一旦聚集到60只以上，蝗虫的颜色就开始发生变化，性格也随之变化，变得特别暴躁，有攻击性，食欲大增，开始成群飞行。
而且蝗虫的这种聚集，起初就是在沙漠那些完全没有人烟的地方开始。一颗矮树丛上，就能爬满几千只蝗虫。出现这样的情况的时候，蝗灾其实已经爆发了 。
等人们开始发现的时候，已经是超级大军了。在食物充足的时候，蝗虫是独居的，但如果因为干旱导致食物匮乏，那些独居的蝗虫，迫不得已，外出寻找食物，但最终肯定都集中到为数不多有食物的地方，这样就开始发生聚集。聚集之后，就不再分开，整体行军。行军方向，肯定与天气有关，比如温度、湿度和风向，所以方向会随时发生改变，追踪蝗虫群是非常不容易的。
比如，如果我们要用飞机洒药来消灭蝗虫，发现一个地方有蝗虫，从机场起飞，到达的时候，蝗虫可能已经换方向飞到别处去了。但是，只要是生物，就有弱点，那就是要睡觉。所以，人们就掌握了这个规律，飞机一大早出发，在蝗虫刚睡醒，还没开始移动的时候就赶到，进行洒药。还有，通过结合遥感技术、地理信息系统等现代信息技术，加上气象数据，就可以对蝗灾的发生地点、面积等进行预测，进行精准打击。
蝗虫的生殖能力非常强大，一次能产卵60-80个。产卵的时候，它会把肚子插入松软的土中，放下卵，产卵后，土就把卵盖住，这样，产下的卵就难以发现，完全看不出这里有卵，这批卵就能安全孵化，也没有被天敌发现的风险。更麻烦的是，这些群居的新生代虫卵，孵化之后，很快就会转变成极具有攻击性的群居状态。
我们再回到这个传闻中，根据2月10日的新闻报道，联合国相关机构呼吁，紧急采取行动防止非洲之角发生沙漠蝗灾。过去两年，许多非洲国家经历了降雨不足、干旱和洪水。根据我们前面的分析，正是这样的天气，可能导致蝗虫的聚集，令蝗灾暴发。所以这样的可能性不是没有。但是是否会入侵中国呢？
中国一直以来是世界上遭受蝗灾最严重的国家。但是，这次在非洲致灾的沙漠蝗（Schistocerca gregaria），与中国历史上造成蝗灾的飞蝗（Locusta migratoria）不是同一个物种，它们的地理分布区是不同的，从沙漠蝗的生活习性来看，沙漠蝗的生存和繁殖必须依托于热带和亚热带沙漠，中国气候条件不能满足其繁殖。从历史上来看呢，沙漠蝗在中国从来没有发生危害的记录，虽然上世纪初，有科学家报道，说在我国的云南也发现有沙漠蝗，但并没有被之后的观测所证实。因此，理论上讲，沙漠蝗不会对我国造成威胁。
从路径上来看，如果真要迁飞到中国，沙漠蝗进入的路径有两条，一是西线通道，是从印度、巴基斯坦进入西藏南部，但受昆仑山脉和喜马拉雅山脉的天然屏障所阻隔，沙漠蝗是难以飞越和存活，而另外一条是东线通道，是经印度、孟加拉国从缅甸进入云南南部，但蝗虫从这里又难以穿过雨林。退一步讲，即使出现强季风等极端天气，将沙漠蝗快速吹到中国，那也难以建立有效的种群。同时，从目前中国的监测和防治能力来看，中国完全能及时有效地控制迁入的蝗虫。
说完了蝗灾，那么，我们现在更应该关心的，还有类似SARS和新冠肺炎这样的病毒带来的生物灾害。在过去10多年里，我们看到全球许多传染病的出现和重新出现，包括非洲的埃博拉病毒病和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV），这已经给全球公共卫生体系带来了巨大的挑战。
对于大多数传染病来说，三个因素是必不可少：病原体、宿主和传播环境。有些病原体是由媒介生物携带的，或者需要中间宿主来完成它们的生命周期。适宜的气候和天气条件是病原体、媒介生物和宿主生存、繁殖、分布和传播的必要条件。那么，我们现在思考这个问题的时候，除了关注已经在人群中传播的流行病之外，还要关注气候变化对生态系统的影响，特别是对生物多样性的影响。
比如，随着气候变化的加剧，致命病毒可能在海洋哺乳动物中更广泛传播。2004年，阿拉斯加的海獭被诊断出感染了海豹瘟热病毒（PDV），当时科学家们还感到非常困惑，因为这不是一个分布广泛的病毒种类，当时只在欧洲和北美的东海岸才发现含有这样的病毒。后来科学家们利用2001年至2016年的数据进行了分析，发现海豹瘟热病毒的上升与北极海冰的下降相关。也就是说呀，海冰融化为海洋哺乳动物开辟了一条新的迁徙路线，使它们更容易通过北极圈从大西洋穿越到太平洋。被感染的海獭可以向西迁移，进入以前从未出现过这种病毒的新区域。所以，气候变化可能为疾病的传播开辟了新的途径。其次，对动物来说，随着气候变化，觅食的压力增加，又会削弱动物的免疫系统，使它们更容易成为疾病的目标。更糟糕的是，随着气候变暖，又有很多海洋物种向北部迁移，这样北极就可能成为疾病繁殖和传播的场所。
过去一百多年，有关自由生活和寄生物种的生理学和种群统计学研究告诉我们，温度和其他一些气候变量会影响动物的行为、发育、繁殖力和死亡率。对于传染病来说，这种影响会涉及到至少两个物种，也就是宿主和病原体之间的相互作用，而传染媒介或中间宿主又会加剧这种作用。结果这些影响可能是非线性的，有时甚至是相互矛盾的，使得气候对疾病结果的综合影响变得难以捉摸。例如，温度升高加速了无脊椎动物的发育，但却缩短了它们的寿命；温度升高可以提高蟋蟀的免疫酶活性和对细菌的抵抗力，但温度同样也增加了寄生生物生长和繁殖的能力，甚至超过宿主增加的免疫功能。 https://today./archives/2015/feb/climate-change-may-affect-tick- life-cycles-lyme-disease
从群落水平来看，气候变化有可能导致宿主与病原体之间的相互作用丧失，也可能与新的物种配对。随着气候变暖，许多物种向更高海拔或纬度移动，这些移动会破坏已建立的相互作用，或者使新的宿主与新的病原体接触。而气候变化对物候学的影响，则可能导致更广泛的植物与传粉者、捕食者与被捕食者、植物与食草动物之间的相互作用，进而影响疾病的动态。从更广泛的角度来看，生物多样性丧失本身也是气候变化的结果，会增加人类、野生动物和植物中许多病原体传播的速率。
动物远距离迁移，本来也是一种自然选择过程，一方面可以让宿主逃离环境中累计的病原体，另一方面通过艰苦的旅程，可以淘汰生病的动物，这样也有助于降低病原体的传播。但是，如果出现了暖冬，则可能使先前的迁徙宿主种群常年居留在温带地区，而且暖冬还可能进一步提高病原体生物的越冬存活率。比如，这里，一般情况下，帝王蝶（Danaus plexippus）在初秋就离开北部繁殖地，飞往墨西哥越冬。而如果碰到暖冬，则可能让帝王蝶种群常年居留在北美地区，那么这些冬季在北美繁殖的帝王蝶感染一种原生动物寄生虫（ Ophryocystis elektroscirrha）的概率就更高，就是我们图上所显示的这种寄生虫。因此，季节性栖息的动物如果减少迁徙行为，是会增加传染病传播概率的。
现在我们已经深刻地认识到，传染病的出现是由于病原体地理范围发生变化，然后产生新的适应性。病原体的基因发生变化，首先能够感染动物，通常是野生动物，导致这些病原体能够与人接触而感染人类，最后导致疾病在人类之间传播。简单地说，就是出现了一种导致人畜共患疾病的基因适应。而现在，越来越多的证据证明，许多新出现的传染病，与动物，特别是野生动物有非常大的关联。因为许多野生动物的栖息地已经因全球变暖和人为活动而丧失，它们不得不与人类有更密切的接触，大大增加了动物疾病蔓延到人类身上的风险。
气候变化影响人类和自然健康的方式很多。由于气候变暖，许多原本在热带和亚热带地区流行的病原体，在温带地区也找到了合适的环境，因此扩散到这些地区，这样的案例很多。但是，下面我们要说的，是因为气候变暖，可能导致另外一些情形的出现。其中最出乎意料的，是随着冰和永冻土的融化，过去，甚至是远古的疾病可能在当今蔓延，让过去的麻烦再次困扰着我们。这种风险虽然小，但却是实实在在的。
2016年，俄罗斯北部有20人住进医院，一名男孩死于炭疽病的爆发，他所感染的炭疽病菌是来自冰中融化的驯鹿尸体。这里同时还有超过2000只驯鹿受感染而死亡，整个社区不得不撤离。研究人员还在阿拉斯加冻土带的墓穴中发现了1918年大流感病毒的碎片。
随着全球变暖，两极冰盖的融化速度之快，是有目共睹的事实。根据北极理事会（Arctic Council）的估计，到2030年代末北极可能在夏季无冰。随着冰层的消退，融化的冰将露出那些隐藏的景观，也许是以前未曾见过的岩石、植物，也许是被冰层掩埋了数千年的动物尸体，甚至可能是古代探险者的木乃伊。但是，这些并不新奇，而目前最令科学家们担心的，伴随全球变暖的积冰融化，可能是解冻并唤醒那些已经沉睡了数万年、甚至数百万年的“僵尸”病毒，这是最不祥的后果。
地球上最古老的冰有八百万年的历史，主要是在南极。科学家们已经从冰层中发现了远古的细菌并培养出了菌落。而在北极圈的一些研究，也发现了大量远古的病毒和其他病原体，并证明一旦解冻，它们很快就可以像史前一样活跃。如果它们能攻击人类，后果可能是灾难性的，甚至有可能消灭我们人类的物种。这种病毒，与地球上我们所熟知的任何病毒都不相似。现代人的身体，从来没有与这些僵尸病毒较量过，人类能挨得过去吗？
1992年，科学家在俄罗斯苔原融化的冻层下发现了一个拟菌病毒（Mimivirus）样本。这是第一次发现这种病毒，有1200个基因，比常见的病毒要大许多，宽度是现代病毒的两倍左右，甚至比有些细菌还要大。大家看看右上角的这张图，左边是拟菌病毒，中间是一个细菌，右边是只有9个基因的艾滋病病毒。
2015年，西伯利亚的研究人员发现了隐藏在永冻土中的巨大病毒。其中一种是软体动物病毒（Mollivirus），这是一种已经冰冻了3万年的巨型病毒，它们能够复活。幸运的是，目前这类病毒似乎对人类和其他哺乳动物无害，但科学家认为我们现在并不能排除有可以攻击人类的僵尸病毒。
不过，《病毒星球》这本书（A planet of viruses）的作者卡尔·齐默（Carl Zimmer）对这个问题比较乐观。他认为，我们现在还不必担心僵尸病毒的爆发，因为到目前为止西伯利亚永久冻土中并没有出现感染人类的病原体爆发，另外，我们现在解冻的这些病毒，并不是自我解冻的，需要在实验室条件下进行一定的处理，自然条件下爆发的几率非常低。
对于我们今天所讨论的与生物有关的自然灾害，我想没有人会不屑一顾，但我们也不需要整日提心吊胆，我们所需要的就是积极主动地去认识它们，尽管每一次可能都要付出巨大的代价，但我们始终叹服它们对自然界万事万物间矛盾的调和，还是那句话，我们所需要做的就是要尽可能地了解它们，然后就是尽可能地去规避一些我们不愿看到的事情。好，同学们，这节课就到这里，再见！ |
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