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气候变化、移民和羊的致命疾病如何改变了我们对流行病的理解?

羊看着相机
Fotogrin.

本文最初已发布奴隶子

由蕨类植物,非营利性报告生产,农业和环境健康制作。编者注:这个故事是与合作制作的食品与环境报告网络这是一家非营利性调查新闻机构。

几千年来,一个未知的病毒在南非野生反刍动物中静静地徘徊。kudu。长颈鹿。Cape Buffalo。倾向于尖塔的叫群,病毒与其宿主一起生活,很少引起疾病,直到18世纪晚期,当农民开始从欧洲进口纯种美奴羊。当然,羊也是反刍动物,而且在长期以来 - 因为它可以 - 这种病毒搬进来。然而,与他们的本地人同行不同,这些新人没有机会发展任何阻力。法国动物学家Françoislevaillant也发现了牛的疾病。在1780年代,他首先通过良好的希望开采,他首先记录了他所谓的南非荷兰语中所谓的“舌疾病”或“童纱”,注意到舌头的“舌头的肿胀”,然后填补整个嘴巴和喉咙;动物是被选择的危险的每一刻[sic]。“”

但羊毛进口被证明特别易受影响。这种疾病持续存在,年复一年,十年十年,每年夏天都在新的羊群中燃烧着。1905年,南非格雷厄姆斯敦的政府兽医詹姆斯·斯佩尔出版了对牧羊人在那时呼唤“BlueTongue”的第一个研究。他写道的比其同名更常见,是一种其他症状的皮疹:不稳定和严重发烧,口腔发泡,嘴唇肿胀,过量的粘液。常腹泻。脚病变。解剖。羊群内的死亡率在他的报告中不断变化,从不到5%,高达30%,但“对农民的损失”,他写道,“......在羊群中并不是那么多束缚,这实际上是伟大的羊群损失的情况大百分之一的羊群。“

兽医认为本病是“特有的南非”,但在1943年,该病毒在塞浦路斯挣脱了束缚。1956年,它横扫伊比利亚半岛。在60年代中期,世界动物卫生组织(OIE)分类蓝舌病为“列表A”传播性疾病,担心其在欧洲南部蔓延。然后,它分布在欧洲南部和地中海,从希腊群岛至少有九个其他未曾感染的国家。到2005年,这一疫情已超过一百万只羊打死很好,科学家们开始点连接起来,指责气候变化为扩大的范围和传输两个赛季Culicoides imicola.,解冻的中间人。

“对于成为建立在新的位置蚊群,在大型水体,你在到达的位置既需要随风交通和适宜的气候和环境条件,”安妮·琼斯,谁曾就读于IBM Research的数据科学家说这种病。“因此,气候变化使得扩张更加容易升温的区域。”

这个星球是一个等待发生的进化事故的雷区。

但是,当它到达欧洲北欧的明年夏天,最终从荷兰到南斯堪的纳维亚州,研究人员发现了意外的东西:病毒已经跳到了一个原住民的中间人,也蔓延的疾病远远宽于任何气候模型都可以预测。欧洲的一系列强制性疫苗接种计划最终通过2010年剥夺了传播,但只需五年后,BlueTongue在法国和后来再次致力于,德国,瑞士等。随着世界的增长,为病毒创造更合适的栖息地,几乎每个模型都表明了BlueTongue爆发,这在过去的二十年里造成了数十亿美元的损坏,可能会增加范围,频率和持续时间来。

“蓝舌病的故事展示了如何轻松疾病可以从全球化的贸易和旅游增加气候变化的背景下出现的,”丹尼尔·布鲁克斯,在内布拉斯加州立大学博物馆寄生虫的哈罗德·W. Manter实验室的高级研究员说。“这个星球是进化的事故等待发生的雷区。”

欢迎来到新兴传染病危机。

一个完美的风暴

蓝舌病。非洲猪瘟。西尼罗河病毒。登革热。流感禽流感。Zika病毒。埃博拉病毒。即。霍乱。 Anthrax. Wheat rust. Lyme disease. Malaria. Chagas. SARS. And now, with a price tag of at least $9 trillion and nearly a million lives, COVID-19. The list of emerging infectious diseases (EIDs), which plague everything from humans to crops and livestock, goes on. And on. And on. Some of these diseases are brand new or previously undiscovered; others — such as bluetongue — are repeat offenders, flaring up in new hosts or novel environments. Some are highly pathogenic, others less so. Many you’ll recognize, but most — unless they’ve personally infected you, or your loved ones, or the food or water you rely on — you won’t.

2019年7月,布鲁克斯和另外两位寄生学家,Eric Hoberg和Walter Boeger,发表了“斯德哥尔摩范式:气候变化和新兴疾病”。该书对病原体宿主的关系提供了新的了解,该宿主的关系解释了我们目前的兴奋剂,匈牙利科学院生态研究中心总干事eÖRSszathmáry呼吁气候危机的“低估后果”。

新发传染病已耗资大约1万亿$每年,作者指出,重大传染病如COVID-19虽然,他们正在变得越来越频繁所有的时间。“就是这么简单,”布鲁克斯说。“随着气候变化和人类推到野外土地和荒地的这种组合推回,然后全球旅行和全球贸易 - 繁荣,它会非常快。”

在地球的历史中,研究人员写作,气候变化和环境破坏的剧集主要与新兴疾病有关,散射生物超出其天然范围,并将新的病原体引入易感宿主。例如,最后一次冰河时代的撤退从干草生态系统到灌木湿地,捕捉驼鹿,人类和其他物种的大部分北方,在那里他们不知不觉地暴露于全新的病原体。从这种意义上说,人造全球变暖并非根本不同。森林夷为平地。永久冻土融化。出现历史性干旱。但全球化和城市化的增加,通过移动更多物种和打开更多的途径来扩大这些影响,以感染新的主持人 - 例如非洲的那些Merino羊,也是新的载体。在一个正常的一年,飞机和货船每天携带数百万人和无数种类,将病原体交给新的,经常好客的地区。目前的传染病伴随着换句话说,不是全新的现象。但是,作者称之为气候变化和全球化的“完美风暴”,它可能比以前的剧集更糟糕,而最初的现代人类直接见证。

3000万年差异

据圭多Caniglia,康拉德 - 洛伦茨研究所进化与认知研究的科学主任“斯德哥尔摩范式”是“在进化生物学和可持续性写过的交集最重要的作品之一。”竞彩足球app怎么下载但为了了解它的意义,作者的突破可能如何重塑努力控制EID危机,它有助于理解这些概念如何最终走到了一起。

当布鲁克斯在20世纪70年代末作为一名年轻的寄生虫学家开始他的职业生涯时,“系统发育系统学”这一对病原体-宿主关系的新理解至关重要的领域仍然充满争议。系统遗传学就像类固醇上的系谱学,一种利用可观察到的祖先特征揭示共同祖先来重建物种进化史的方法。

“我的第一任妻子部分地离婚了,部分博士说,”这家伙永远不会打算这样做。“这是争议的,”布鲁克斯说。“但它正在使用那些展示我的技术,寄生虫在围绕或改变主持人,他们不应该是。”

像他之前的许多人一样,他被训练把病原体和宿主的关系看作高度专门化的单位——如此专门化,事实上,病原体如果没有幸运的突变,就不会离开它们的原始宿主。如此特殊以至于病原体的进化史——系统发育——在理论上应该反映宿主的进化史。Hoberg现在是新墨西哥大学西南生物学博物馆的兼职教授,他说,直到今天,病原体吸收新宿主所必需的“神奇突变”的概念仍然很普遍。“这是长期以来的模式,”他说。

系统遗传学就像类固醇上的系谱学,一种利用可观察到的祖先特征揭示共同祖先来重建物种进化史的方法。

虽然自19世纪末以来一般的想法已经存在,但布鲁克斯实际上是在狩猎概念的证明时创造了“CoSpeciation”一词,因为博士学位。密西西比大学的学生。然而,布鲁克斯职业生涯中的一个伟大的讽刺之一是他已经从整个想法中占据了大部分;斯德哥尔摩范式在某种程度上是一种自我反驳。在1980年在不列颠哥伦比亚省英国哥伦比亚大学接受教授后,Brooks Met Wheal博士,博士学位,不久。华盛顿大学的学生将成为美国国家寄生虫系列的首席策展人,这是美国农业部由美国农业部作为参考工具维护的2000多万寄生虫标本的储存库。当时,Hoberg正在研究北极海洋鸟寄生虫,当他试图采用Brooks的系统发育方法来确定核心,整个系统都崩溃了,好像他试图将方形钉锤击到圆孔中。例如,一组绦虫比宿主鸟类自身超过3000多万年,表明寄生虫以前存在于另一个宿主中。Hoberg的数据最终暴露了在气候变化期间的新感染宿主的模式。

据鉴于他的培训,布鲁克斯最初是持怀疑态度,但随着往年过去,他自己的研究似乎只加强了Hoberg的调查结果。在90年代中期,布鲁克斯作为哥斯达黎加的生物多样性库存项目签署的顾问,他们在研究区中发现的每个先前记录的寄生虫最初都居住在不同的主机中。

“所有人,”他平坦地说道。“所以它与埃里克在北极找到的事情完全相同。”

到20世纪90年代末,布鲁克斯和霍伯格(如果不是更大的科学界的话)已经清楚地认识到,共同物种形成只是一个例外,而不是规则。历史和实时证据表明,主机切换是司空见惯的。虽然他们现在怀疑气候变化是触发这些事件的原因,但他们也无法解释向新宿主的跳跃究竟是如何发生的。换句话说:如果不是通过随机突变,病原体是如何感染新的宿主的,比如从非洲水牛跳到了美利奴羊,或者从蝙蝠跳到了人类?

进入斜坡

在接下来的20年里,布鲁克斯和他的共同作者在斯德哥尔摩范立求中停止在一起(为一系列开创性工作坊的位置命名),这是几种生态概念的综合,既越来越多的新概念,解释了一个不舒服的话obvious truth: Pathogens are not only capable of adapting to change and exploiting new hosts, they’re exceptionally good at it.尽管斯德哥尔摩范式否定了长期以来的教条,但它似乎已被科学界普遍接受;书评已基本上是积极的,而布鲁克斯说,他没有收到任何反推。“我小心翼翼地认为我们已经产生了影响,”他说。

每一个物种与它承载了许多祖先的性状,以及这些相同的特质是由其他相关品种继承。这是幸运的病原体,因为虽然他们确实是专家,他们专门对性状本身,而不是特定的主机。如果一个遥远的,但相关的主机(比如美利奴细毛羊)被倏然成为病原体的环境(比如南非)病原体是超过能凑合的。在蓝舌病,这需要一个中间宿主的情况下 - 载体 - 用于传输,则处理重复本身当病毒通过蠓的另一个物种。病原体并不需要任何新的产能,或随机突变,采用另一种载体。所有病原体找到了新家所需的遗传资源已经到位。

这个过程被称为“生态配件”,它在概念下运作,即生物从不使用所有潜在资源。如果在其当前主机和大量潜在的机会之间存在权限,那么可以存在病原体的蠕动室和它可以存在的地方 - 被称为“邋sitys空间”。而传统寄生学假设每个病原体都紧紧地绑定到其特定主机,但“邋ilitness空间”的想法表明,无论他们如何专注于,都具有至少小程度的灵活性,或者使用资源的先天能力超出他们当前的主人。

“它为系统提供了回应变革的自由度,”弗吉尼亚英联邦大学生理生态副教授Sal Agosta表示,在2008年创造了这个词。“如果它只是最适合的生存,但物种将会“Agosta说,所有人都完全适应了特定的条件。“但是当这些条件发生变化时会发生什么?一切都灭绝了。但一切都不会灭绝。”有机体适应了他们手头的特征的新环境。

而所有这些废物——利用新宿主的遗传能力——最终导致了新出现的疾病危机。当环境破坏的插曲迫使物种进入新的领地时,它们会在沿途遇到新的资源。例如,布鲁克斯在斯德哥尔摩大学的两个同事,生态学家SÖ任尼灵线和尼克拉斯·尼克斯展示,一家蝴蝶追逐他们的宿主植物进入新的生态系统,围绕途中的其他合适的宿主工厂。这些新的关系最终从剩下的剩余中分离出来,专业化和指定,直到另一个外部干扰再次将它们推入斜坡。遗憾的是,换句话说,当他们暴露于更大的多样性宿主时,更多。在长时间,病原体在分离和扩张之间的时期之间振荡,以反应环境压力,例如气候变化。

“我们现在相信有作为通才与专才没有这样的事,因为名词不能进化,”布鲁克斯说。“只有那些全身性或专业相对于他们自己怎么马虎健身空间的多占据物种。而这正是权力的演变。”

2015年,巴西联邦Paraná联邦大学的物理学家Sabrina Araujo建造了一个模型,以测试斯德哥尔摩范式,特别是生态配件的假设在邋ilitness空间内。在开始,她说,结果是强大的。这种模式似乎反射不仅仅是自然选择:那些最适合其宿主的病原体具有最高的生存率。但是很快出现了第二个真理:拟合的病原体也经常生存,而且不完美为他们提供了采用新主持人的更多机会。通过踩踏石的过程,即使是远距离相关的主机也可以成为可行的选择,作为现有遗传物质的边缘,不合适的变体 - 或现有遗传物质的重组 - 在原始宿主中产生新的变体,如下所示,等等。

我们深深......我们并没有真正可以选择忽略它。

“那时,我相信这项工作永远不会被引用,但随着丹预测的,现在是我最引用的工作,”Araujo说。事实上,国家过敏和传染病研究所主任安东尼Fauci(NIAID)和尼亚德高级科学顾问的白宫Coronavirus工作队的领导者,大卫莫登斯,最近引用了Araujo的模型在解释Covid-19如何从野蝙蝠到中国武汉湿市场的食物动物。

“我开始更清楚地看到它,我已经成为我们的模特所说的话,”Araujo说。“这意味着病原体不需要新的有利突变”感染另一个宿主。

这也意味着病原体已经为变化做好了准备,而这种疾病是地球变暖的另一个症状——如果是间接的的话。

或者因为布鲁克斯把它置于:“我们深入......我们真的没有选择忽略它。”

预期和减轻

For Brooks and his colleagues, the COVID-19 pandemic is yet another daily reminder that public policy — still relying almost exclusively on vaccinations and other reactionary measures — either hasn’t caught up, or isn’t listening, or doesn’t want to. Because while the Stockholm Paradigm exposes a world much more vulnerable to disease outbreaks than we previously believed — a world rapidly introducing new pathogens to new hosts — it also reveals new insights into how we might anticipate and mitigate the next one.

“范式转变并不容易。“我的同胞(Ignaz Semmelweis)发疯了,因为他的同事们没有意识到洗手可以预防感染,”Szathmáry说的是19世纪的匈牙利医生。“现有框架专注于特定方面,如病毒和治疗。但在流行病学方面,预防胜于治疗。”

“斯德哥尔摩范式”的作者制作的根据他们的调查结果,积极打击EID危机的蓝图。他们把它叫做DAMA协议(文档,评估,监测,行为),它的意思是一把伞政策精简已经由疾病控制中心和预防,世界卫生组织和联合国运行清单和监测计划。美国国立卫生研究院最近宣布成立一个新的$ 82万倡议EID研究认为“非常密切的平行DAMA,”霍贝格在一封电子邮件中写道。但总的来说,他写道,“大多数方法......都集中在多元化与期望,这些热点是相对静态的,也将是资源在未来的病原体识别的热点。这并不在生物圈中占的复杂性,特别是所有的处理的与范围扩展由气候和环境变化驱动相关联。”

研究人员难以预期新兴疾病的传播,如果他们不知道存在什么病原体,到目前为止,已经确定了不到10%的病原体的布鲁克斯,Hoberg和Boeger估计。Dama协议强调了一个强大的库存项目,专门专注于公园,城市,牧场,农田 - 人类,牲畜和野生动物可能重叠的任何地方,并且新的病原体可能导致疾病。在这些领域,协议目标储层宿主 - 蜱,啮齿动物,蝙蝠和更多 - 已知对患病的病原体没有效果。他们说的那些顽固的病原体,他们说 - 那些几乎不依赖于边缘的稀有变体 - 最有可能直接跳到人类,庄稼或牲畜,它们可以更好地适应或间接地通过踩踏石机制正如武汉所发现的那样,Covid-19可能通过其他食物动物从无症状蝙蝠到毫无戒心的人。

“常见智慧的另一个元素是我们不能预测新疾病的何时会出现。这是基于随机突变必须出现的假设,这只是能够跳到新主持人的情况下,”布鲁克斯说。“Dama协议基于识别,我们可以预测巨大的数量,因为交换机基于预先存在的生物学。”

现有框架集中在特定方面,如病毒和治疗。但在流行病学中,预防会比治愈更好。

在调查这些生态边界,研究人员应该练习布鲁克斯称之为“系统发育分类”,使用病原体的进化历史来评估其疾病的潜力。应优先考虑在其他地区传播疾病的物种,或伴随着传播疾病的近亲的物种。然后,研究人员应监控这些病原体以进行地理范围,主机范围和传输动态的变化。最后,所有这些信息必须迅速翻译成公共政策。他们说,最后一步至关重要,往往被忽视。例如,中国的研究人员,首先警告超过15年前的蝙蝠在潜在可传播的冠状病毒中,但是这些信息从未被翻译成可能阻止COVID-19的溢出公共政策。

“他们已经知道蝙蝠中有一个冠状病毒。他们知道有血清阳性的人。所以你开始连接人们的暴露点,”Hoberg说。“你试图打破途径。你试图阻止传输的潜力。”

警告射击弓箭

即使DAMA协议已经完全实现,eid也将继续存在。专家们说,这样做的目的不是防止疾病的出现,而是缓冲打击。只要气候变化继续搅动生物圈,病原体就会继续移动,甚至在耐药性进化后,它们会以所谓的“病原体污染”的形式存在于其他物种中,等待再次袭击。例如,俄罗斯当局就是这样警告土拨鼠狩猎6个多世纪前第一次肆虐世界的淋巴腺鼠疫在蒙古出现。作者说,COVID-19可能会通过人类,或者更有可能是我们的宠物回到野外,只是在我们最终宣布胜利后再次出现。这就是为什么布鲁克斯在大流行发生后不久呼吁调查对COVID-19易感的非人类宿主,为什么Hoberg鼓励检测潜在的新反刍动物宿主的蓝舌病,以及为什么《斯德哥尔摩范式》的作者坚持为潜在的致病生物的狩猎必须具有前瞻性和持续的气候变化和全球化的双重动画生物圈。

“随着Covid-19的经济后果变得可怕,这只是在船首的警告,”布鲁克斯说。“Covid的课程与疾病的课程较差,而不是认可我们巨大,强大,全球技术世界非常脆弱。”

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