Nature速递：气候变化带来更多跨物种病毒传播
原创 郭瑞东 集智俱乐部
摘要
至少有10000种病毒物种有能力感染人类，只不过目前绝大多数病毒是在野生哺乳动物体内悄无声息地传播。然而，气候和土地利用的变化将产生新的机会，使得以前地理上相互隔绝的野生物种之间共享病毒。在某些情况下，这将促进动物传染性溢出，即全球环境变化与疾病出现之间的联系。该研究使用哺乳动物-病毒网络的系统地理模型，以及2070年气候变化和土地利用情景下3139种哺乳动物地理分布变化的预测，模拟未来潜在出现病毒共享的热点区域。研究预测，在亚洲和非洲的高海拔地区、生物多样性高的热点地区以及人口密度高的地区，物种将以新的组合形式聚集在一起，预估使新的病毒跨物种传播速度达到当前水平的4000倍。由于蝙蝠独特的传播能力，它们贡献了大部分新病毒的跨物种传播，并且可能沿着演化路径促进病毒在未来人类中的传播。令人惊讶的是，我们发现这种生态转变可能已经开始了，在本世纪内将气温控制在2摄氏度以下不会减少未来发生的病毒共享。该研究结果强调，迫切需要将病毒监测和发现工作与追踪物种分布变化的生物多样性调查结合起来，特别是在人畜共患病最多、正在经历快速变暖的热带地区。
研究领域：气候变化，病毒共享，跨物种传播，地球气候耦合系统
郭瑞东 | 作者
邓一雪 | 编辑
论文题目：
Climate change increases cross-species viral transmission risk
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04788-w
1. 气候变化促进病毒跨物种传播
当前哺乳动物中，只有7%的物种栖息地存在交集，然而气候变化改变了很多物种的栖息地，使得本来隔绝的物种聚集起来，加之森林退化，农业和城市化的扩展使得人类入侵野生动物的领地，增加了人畜共患病的传播几率。在2011年的科幻电影“传染病”中，来自于蝙蝠的病毒传播给猪，猪再传播给人。近日发表在Nature上的研究估计，由于气候变化，截至2070年，将发生总计15 000次与电影描述相同类型的病毒人畜跨物种传播。
该研究基于3870种哺乳动物的物种空间分布模型，结合ICCP对2070年气候变化的预期，以及土地使用的预期。对气候变化的幅度，考虑了9种不同模型，既包括对气候变暖控制比较好的场景（平均温度升高小于2度），也包括更严重的温度上升。由此构建的病毒共享模型，可以用于预测未来人畜共患病的传播风险。
2. 蝙蝠成为主要病毒传播媒介
图1展示了预期新发的病毒跨物种传播，大部分该类事件集中在东南亚、东南亚和南美洲，尽管西欧和北美也有可能发生类似事件。除此之外，已有病毒的可能传播范围也会扩大。以埃博拉病毒为例，从蝙蝠到大猩猩，至少有13个物种是其宿主。这些宿主的地理分布及潜在的传染风险地区，目前仅限于中非西部地区。但是在气候变化的刺激下，宿主带着病原体进入了新的领域，从而造成了新的传播风险。
图1：模型预估2070年，全球各地考虑物种适应性差异的情况下，在不同气候变化场景下，各地平均每年会发生的跨物种病毒传播事件，以及物种密度数量的热图。| 来源：Colin Carlson/GUMC
在接下来的50年里，96%-98% 的哺乳动物将与至少一个其他哺乳动物共享空间，这将促成哺乳动物间多达316 000次新的邂逅。蝙蝠由于特殊的生活方式，成为了主要的病毒传播媒介。下图对比了2070年前，预期由蝙蝠引起的（图2a）和不涉及蝙蝠（图2b）的不同物种间首次相遇事件的发生次数，说明大多数之前没有联系的物种，会由于蝙蝠变得更有可能相互接触。
图2：涉及蝙蝠和不涉及蝙蝠的哺乳动物首次接触事件次数热图
由于当前的气候变暖，已使全球平均气温比工业革命前上升了1.2度，使得文中描述的很多变化已经发生。因此无论是乐观的将气候变化控制在2度以内，还是更严重的气候变化，动物间的首次接触都会发生，不同模型预测的接触总数相差不多（图3）。
图3：不同年份，在气候变化强弱不同的预测轨迹下，预期发生的哺乳动物间首次接触的次数
3. 应对之道：加强热点地区监控
对此的应对之道，是意识到病毒的传播有其热点区域，对这些区域要加强监控。同时还要对哺乳动物和病毒之间的基因树加以研究，搞清楚哪些物种之间更可能发生跨物种的病毒传播。相比快速发生的栖息地迁移，不同物种间的关系相对稳定，因此更易追踪。
伴随着人类历史上有记录的最大的全球生态变化，物种（及其病毒体）的快速移动给病毒学研究带来了意想不到的挑战，该研究通过物种地理耦合系统建模，为监测如何针对未来野生动物中病毒出现的热点地区提供了模板。研究指出，追踪病毒扩散到人类是至关重要的，但监测病毒在野生动物物种之间的传播也是重要的。针对东南亚等未来跨物种传播热点地区的监测，并为全球科学界制定开放数据共享的规范，将有助于研究人员在早期识别宿主跳跃，最终提高我们应对潜在威胁的能力。
论文 Abstract
At least 10,000 virus species have the capacity to infect humans, but at present, the vast majority are circulating silently in wild mammals. However, climate and land use change will produce novel opportunities for viral sharing among previously geographically-isolated species of wildlife. In some cases, this will facilitate zoonotic spillover—a mechanistic link between global environmental change and disease emergence. Here, we simulate potential hotspots of future viral sharing, using a phylogeographic model of the mammal-virus network, and projections of geographic range shifts for 3,139 mammal species under climate change and land use scenarios for the year 2070. We predict that species will aggregate in new combinations at high elevations, in biodiversity hotspots, and in areas of high human population density in Asia and Africa, driving the novel cross-species transmission of their viruses an estimated 4,000 times. Because of their unique dispersal capacity, bats account for the majority of novel viral sharing, and are likely to share viruses along evolutionary pathways that will facilitate future emergence in humans. Surprisingly, we find that this ecological transition may already be underway, and holding warming under 2 °C within the century will not reduce future viral sharing. Our findings highlight an urgent need to pair viral surveillance and discovery efforts with biodiversity surveys tracking species’ range shifts, especially in tropical regions that harbor the most zoonoses and are experiencing rapid warming.
地球系统科学读书会
从加拿大极端热浪，到德国的洪灾，从澳大利亚的森林大火，到中国河南的特大暴雨，极端天气已经成为新常态。气候变化正以我们所能感知的态势发生着。2021年诺贝尔物理学奖的一半被授予气象学家真锅淑郎和气象学家克劳斯·哈塞尔曼，“以表彰对地球气候的物理建模、量化变化和可靠地预测全球变暖”，表达了对人类命运的关切，也展现出从复杂系统视角研究地球气候环境的必要性。
原标题：《Nature 速递：气候变化带来更多跨物种病毒传播》