氣候變化如何使疫情預測變得更加困難

Kobus Steenkamp的農場沿著南非中部平原的一條土路蔓延開來，在那裡，天空使一切都顯得渺小。2010年雨季過後的一天早上，Steenkamp在這裡醒來，發現他的羊群發生了一些奇怪的事情。“你可以看到它們的背部有血，”他回憶道。他所有懷孕的母羊都在流產。

這是每個農民的噩夢：他的羊群感染了裂谷熱，一種蚊子傳播的病毒，會導致牲畜和野生動物流產和死亡，並可能傳播給人類。幾天之內，數十人也被感染。大多數人只表現出類似流感的症狀，但在某些情況下，病情升級為類似於埃博拉病毒的嚴重出血熱。

類似的場景在該地區蔓延開來。成年動物的存活率低至10%，幾乎100%的受感染母羊會流產。死羔羊和小牛在田野裡膨脹，直到州獸醫團隊前來收集並焚燒屍體。到疫情得到控制時，已有近9000只動物和25人死亡。辛巴威和奈米比亞等鄰國禁止進口南非肉類，這使畜牧業遭受重創。

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自從1931年這種病毒首次在肯亞的裂谷中被發現以來，像這樣的疫情一直侷限於南部和東部非洲。但在1977年，該疾病透過尼羅河上日益增長的貿易向北遷移，在埃及造成了世界衛生組織所稱的“爆炸性疫情”。然後，在2000年9月，它跳到了阿拉伯半島，抵達沙烏地阿拉伯和葉門——引發了歐洲和北美是下一個目標的擔憂。病毒可能在短短幾年內蔓延到這些大陸的想法並非危言聳聽。裂谷熱透過比西尼羅河病毒更廣泛的宿主和媒介傳播，西尼羅河病毒於1999年抵達紐約市，並在不到六年的時間內蔓延到整個美國。美國農業部已注意到這一點，將裂谷熱列為繼禽流感和口蹄疫之後第三大危險動物病原體。但衛生官員不僅僅擔心它對動物和農業的影響。人畜共患疾病——像裂谷熱這樣始於動物種群並傳播給人類的傳染病——是流行病和大流行的最大風險。它們是歷史上一些最嚴重的疾病的罪魁禍首，包括鼠疫和埃博拉病毒。

對裂谷熱發展成全球大流行的擔憂凸顯出，公共衛生研究人員仍然不知道如何有效地預測疾病爆發，疾病爆發對健康、經濟和政治穩定具有破壞性後果。與此同時，新興人畜共患疾病的威脅正在擴大——而且往往以意想不到的方式擴大。科學家們才剛剛開始瞭解疫情爆發與不斷變化的天氣模式（氣候變化的標誌）之間的相關性。隨著他們這樣做，情況變得越來越複雜。在全球範圍內，氣溫變化的速度比任何人之前預測的都要快，因此，棲息地也在發生變化——改變了動物、病毒以及越來越多的人類的活動範圍。這些複雜的關係現在比以往任何時候都更加不穩定，導致最近一篇《柳葉刀》論文得出結論，氣候變化是“21世紀最大的全球健康威脅”，而另一篇《柳葉刀》論文則認為，氣候變化“有可能破壞過去半個世紀在發展和全球健康方面取得的成就”。

全球變暖和極端天氣模式已經成為公共衛生的巨大力量。加劇的洪水、乾旱和風暴正在改變人類利用土地的方式，並最終改變我們居住的地點。隨著氣候學家競相模擬已發生的變化，以便沿海社群等能夠適應海平面上升，流行病學家也意識到，開發包含新的和即將到來的天氣模式的流行病預測工具至關重要。這種研究關係到發展中國家和發達國家之間的公平。在一個日益全球化的世界中，這可能是避免未來出現前所未有的大流行的一種方法。

互聯互通的方法

為了到達Steenkamp的農場，生物學家Ettienne Theron已經開了幾個小時的車，朝著無盡的地平線駛去。他的卡車裝滿了裝滿血液的冷卻器，在一條搖搖欲墜的高速公路上顛簸，高速公路兩側是開闊的草原。這些草原是南非最近幾次裂谷熱疫情開始的地方。正是在這裡，在一個比馬里蘭州還大的地區，Theron和數十名研究人員正在收集和分析資料，為一個由EcoHealth Alliance（一個專注於大流行病預防的全球非營利組織）執行的專案服務。[編者注：本報道是在新冠疫情引起更多人關注EcoHealth Alliance之前報道的，EcoHealth Alliance是武漢病毒研究所的合作伙伴，這是其在全球範圍內工作的一部分。]

科學家和政策制定者面臨的挑戰是學習如何在病原體感染人類之前進行干預。EcoHealth總裁Peter Daszak在2015年的一段影片中說，一旦大流行病爆發，“你真正能做的就是撲滅大火。”這個為期五年的多學科專案的目標是首次研究氣候如何影響南部非洲的裂谷熱。透過這樣做，研究人員希望開發一個基於資料的模型，該模型可以在疫情爆發前實際預測疫情，這是為其他病毒建模的墊腳石。值得注意的是，美國國防部資助了整個專案。裂谷熱很容易被用作氣溶膠，並在冷戰期間被美國和蘇聯武器化。但生物恐怖主義只是其中一個擔憂；阻止疾病蔓延到美國本土——並知道如果疾病蔓延到美國本土該如何應對——日益成為國家安全問題。

Theron終於到達了一個沒有標記的大門，團隊成員（他們總共會說自由州省代表的九種語言）從卡車裡蜂擁而出，穿上泥濘的靴子。研究人員使用GPS點的隨機分佈，與像Steenkamp這樣的361個孤立農場達成了協議，在那裡，他們連續兩年從牲畜和農場工作人員身上採集血液樣本，以檢測裂谷熱抗體，試圖瞭解在沒有人報告活躍病例的情況下，病毒可能潛伏在哪裡。

Steenkamp本人在20世紀70年代的一次疫情中被感染，據世界衛生組織稱，每年有多達1萬人感染該病毒。這個數字很可能會上升。2016年發表在《新發微生物與感染》雜誌上的一項研究報告稱，近期疫情的“爆發性”表明該病毒已變異成更具傳染性和更嚴重的毒株。隨著病毒遷移到新的地方，它可能會進一步進化，變得更加危險。

當農場工作人員將綿羊趕到生鏽的畜欄角落時，現場協調員Claudia Cordel在一個摺疊卡片桌上打開了一系列空瓶、資料表、乳膠手套和銳器盒。一名農場工人抓住了一隻母羊。它咩咩叫著，而Cordel從它抽搐的脖子上抽血。在南非，人們認為麥金託什伊蚊是裂谷熱的主要傳播媒介。雌性蚊子將病毒直接傳播給後代，它們的卵可以在乾旱中存活多年——這在該地區是一種典型現象。當新一代受感染的蚊子最終孵化出來時，它們會將病毒傳播給牲畜和野生動物。病毒在這些宿主體內擴增，因此當更廣泛傳播的蚊子，如庫蚊和按蚊，叮咬受感染的動物時，最初的疫情就會轉變為快速蔓延的流行病。

在另一個畜欄中，Cordel在刺穿一頭母牛的尾靜脈之前擦拭了它的肛門。母牛低吼一聲，向她的臉部噴出一股綠色液體。Cordel解釋說，雖然病毒傳播的基本原理是已知的，“我們不知道野生動物如何影響人類或牲畜，反之亦然，”她補充說，反饋迴圈完全沒有記錄。這就是為什麼EcoHealth團隊想要更細緻地瞭解天氣、植物、昆蟲、動物和人類的相互作用。在自由州省和北開普省周圍的22個研究地點，研究人員捕獲蚊子以尋找病毒，研究土壤成分和植被，並建立小型氣象站以結合衛星資料監測當地情況。這種綜合方法需要流行病學、生態學、氣候學、獸醫學和昆蟲學領域的數十位專家，既成本高昂又相對罕見。但這可能是未來理解傳染病如何出現和傳播的方向。

該專案的調查員之一Melinda Rostal說：“動物種群的健康與人類種群的健康有關，這是有道理的。”動物通常可以作為新疫情的早期預警訊號；例如，在2017年巴西，當地猴子種群在黃熱病疫情爆發前八個月幾乎被消滅殆盡。但是，圍繞人、動物和環境之間的相互作用構建研究只是最近才在全球衛生界獲得關注。這種策略最初由流行病學家Calvin Schwabe在1964年定義，現在被稱為“同一健康”，是流行病學中日益流行的知識框架。早在公元前400年，希波克拉底就認識到環境（包括天氣）會影響疾病，但系統地彙集多學科研究以更好地理解複雜系統是相對較新的。美國疾病控制與預防中心直到2009年才設立同一健康辦公室，當時官員們承認，不斷變化的環境相互作用“導致了許多疾病的出現和再次出現”。追求同一健康研究的前期成本很高，但從長遠來看，它實際上可能更有效率：透過派遣協作團隊而不是資助個人研究旅行，EcoHealth裂谷熱專案將其研究的交通運輸成本降低了35%。

長期以來缺乏這種協調風格是全球衛生界在新興疾病方面仍然落後的部分原因。以寨卡病毒為例：儘管它於1947年在烏干達首次被發現，但在2015年開始席捲美洲之前，它在很大程度上被忽視了。這些疾病在最初出現時通常缺乏關注，因為它們影響的是世界上最貧困的人口，這意味著它們通常對製藥開發沒有利潤。美國疾病控制與預防中心表示，由此造成的所謂被忽視的熱帶病已經導致5700萬年的過早死亡。因此，作為迄今為止最大的同一健康專案之一，EcoHealth的裂谷熱工作是一個重要的案例研究：廣泛的、多學科的研究專案能否填補這一危險的知識空白？

隨著夕陽將草地染成金色，Cordel和Theron結束了農場訪問，他們檢查了一個氣象站，在那裡，一個孤獨的風力螺旋槳在帶刺鐵絲網上方滴答作響。美國宇航局的衛星資料顯示，該地區的天氣模式將發生改變，從而改變其裂谷熱和其他傳染病的風險。傳播是一件複雜的事情，但毫無疑問，未來疾病控制的一個關鍵因素將是理解我們不斷變化的氣候的影響。

預測後院規模的氣候

在田野地點之間的長途跋涉中，枯萎的向日葵在無情的天空下垂頭喪氣。南非已經乾旱了好幾年，紅色的土壤已經龜裂成碎片。乾旱本身就是厄爾尼諾天氣模式的標準特徵，當拉尼娜現象最終來臨並完成迴圈時，該地區將迎來強降雨。美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究科學家Assaf Anyamba解釋說，這些迴圈雖然是典型的，但由於氣候變化正在加劇，變得更加乾燥和潮溼。（2018年3月，南非宣佈因長期乾旱進入“國家災難狀態”。開普敦正面臨400年來最嚴重的乾旱，面臨缺水的風險。）Anyamba說，即使條件變得更加極端，與這種降雨模式（稱為厄爾尼諾/南方濤動（ENSO））相關的傾盆大雨以及傾盆大雨創造的植物生命，也使得預測感染裂谷熱的蚊子孵化成為可能。事實上，Anyamba透過將衛星氣候模型新增到組合中，而不是僅僅依靠區域天氣模式，成功預測了2006年和2007年東非裂谷熱疫情。“據我所知，”他說，“這是任何疾病的唯一此類系統。”

有了這個有希望的模型，Anyamba將目光投向了南部非洲和阿拉伯半島。如果他能將他在東非使用的工具應用於預測其他地方的裂谷熱疫情，也許他可以將該模型擴充套件到其他疾病。但到目前為止，他的裂谷熱模型在南非已經失敗。作為EcoHealth研究的氣候專家，Anyamba現在正試圖弄清楚原因。顯示和預測全球天氣模式的衛星資料使預測植被和昆蟲的變化變得更加容易。缺點是這種大局觀相當不精確。當研究人員將氣候模型與更精細的區域資料（如植被覆蓋率）相結合時，他們處理的是兩種不同的尺度。例如，Anyamba的東非衛星模型依賴於一個植被指數，該指數並未反映南部非洲的植物物種。影響疾病的其他因素（如媒介的傳播）可能更加精細。許多蚊子生活在一個郊區後院大小的區域內，因此即使是遙感資料也無法達到病原體與其宿主相互作用的規模。雖然天氣長期以來一直與疾病有關——想想“流感季節”——但正是這種程度的特殊性使得預測疫情爆發如此具有挑戰性。一刀切的模板行不通。

Anyamba的新策略是利用EcoHealth團隊在南非收集的關於蚊子和植被的資訊，為該地區建立一個更定製化的預測模型。氣候變化最終可能會使自由州省變得更加乾燥，這將有助於預防裂谷熱疫情爆發。然而，該國其他地區可能會變得更溫暖和潮溼，從而增加裂谷熱和洪水傾向於滋生的其他疾病。學習如何構建更具區域敏感性的工具將有助於科學家瞭解疾病負擔可能如何在當地和全球範圍內發生變化。

實現這一目標至關重要。雖然在流行病學中很難找到全面的結論，但顯而易見的是，更大的氣候變率——以及隨之而來的更大的疾病波動——已經到來。這一趨勢的第一個確鑿證據可能最初在2002年發表在《美國國家科學院院刊》上的一項研究中報告，該研究考察了孟加拉國70年期間的霍亂流行率，發現“上個世紀的變暖趨勢正在影響人類疾病”。由於變暖，蚊子和其他昆蟲的棲息地已經擴大，使新的人群暴露於病毒之下。初步研究表明，例如瘧疾，在全球範圍內呈上升趨勢。世界衛生組織表示，氣溫僅升高兩攝氏度——我們正在迅速接近這個標記——就會使面臨瘧疾風險的人數增加數億。奇怪的是，現在是瘧疾理想氣候的地方可能會隨著氣溫升高而減少瘧疾；瘧疾可能會在尚未到達的地方流行，例如美國。

這種令人煩惱的細微差別帶來了令人不安的後果。以藍舌病病毒為例，這是一種由被稱為庫蠓的蠓蟲傳播的高度致命的反芻動物疾病。歷史上，它僅限於熱帶地區，但到2006年，西歐已經足夠溫暖，以至於一些蠓蟲向北遷移並感染了動物。當另一種蠓蟲隨後從患病綿羊身上感染病毒並將其攜帶到挪威時，科學家們感到驚訝。佐治亞大學的獸醫病理學家Corrie Brown說，藍舌病是氣候變化如何首次將物種相互引入的典型例子——以不可預測的方式擴大疾病的傳播方式。

專家們對處理這些風險的最佳方法存在分歧。美國國際開發署支援一項側重於識別新病原體的戰略，但Brown認為，僅僅發現新病毒是對有限研究資金的低效利用。“我可以看到這對研究人員來說有多麼有利，因為他們可以發表很多論文，”Brown說，但她對它在預防人們生病方面的價值持悲觀看法。相反，Brown和其他倡導同一健康方法的人認為，加強當地基礎設施——例如，建立監測和監視系統以及培訓社群護士——是應對新興疾病反覆無常的負擔的最有效方法。“如果我們提高世界各地醫療保健專業人員的專業水平，我們將處於更有利的位置，”她說。

當地檢測系統在人類遷入新環境，將自己暴露於他們尚未遇到的疾病的地方尤其重要。“在一個不變的世界裡，你不會看到很多新興疾病，”流行病學家和裂谷熱研究的首席研究員William Karesh說。“當系統發生變化時，微生物會以新的方式顯現出來。”埃博拉病毒的前美國科學促進會國會科學與技術政策研究員Carrie La Jeunesse說，流行病及其連鎖反應通常“發生在邊緣，即人類與野生空間相鄰的地方”。自2009年以來，美國國際開發署開發了一張具有大流行潛力的突發疾病熱圖；它與受人類影響威脅的地區地圖非常相似。在2012年發表在《柳葉刀》雜誌上的一篇論文中，Karesh和他的同事總結了這些發現，解釋說“許多人畜共患病都與土地利用的大規模變化有關”。

這在南非當然是真實的。EcoHealth專案的昆蟲學家Alan Kemp說：“我們實際上是在養殖蟲媒病毒”，即由蜱蟲等節肢動物傳播的病毒。“對於裂谷熱，幾乎可以肯定的是，由於牛的育種和進口不具抗性的外來品種，我們實際上是在字面上養殖裂谷熱。”他嘆了口氣說，“老實說，在很大程度上，我們對自己的滅亡負有責任。”

人類的壓力

EcoHealth獲得的數千份血液樣本最終被送到約翰內斯堡四級生物安全實驗室的熒光燈下。與埃博拉病毒一樣，裂谷熱的研究只能在最高級別的防護下進行，調查員Janusz Paweska穿著加壓防護服，在顯微鏡下檢查裂谷熱樣本。“有些科學家將大自然稱為最可怕的生物恐怖分子，我不喜歡這種說法，”Paweska在經過複雜的淨化過程後，在他的辦公室裡說。作為南非新興人畜共患病和寄生蟲病中心的主任，他毫不諱言地說：“是誰創造了這種出現的環境？你不能指責大自然。不受控制的城市化、氣候變化、貧困——那不是大自然。答案是我們創造了許多這些疾病出現的情況。”

可以說，貧困已經是生病的最大風險因素。“健康的主要觸發因素或決定因素是經濟，”日內瓦全球健康研究所所長安託萬·弗拉豪特說，他解釋說，醫療保健分配不均是主要問題。世界衛生組織估計，在低收入國家，通常可預防或可治療的貧困疾病（如腹瀉、營養不良和寄生蟲感染）佔死亡人數的45%。預計氣候變化將在未來幾十年內使至少1.22億人陷入極端貧困，迫使許多人離開家園並導致快速城市化，所有這些都傾向於滋生疾病。弗拉豪特預計，氣候變化對疾病的主要貢獻之一將來自強迫遷移的後果。“我們可以預期對健康產生巨大影響，不僅是因為對疾病的直接影響，而且還因為間接的經濟影響，這可能非常嚴重，”弗拉豪特說。

但是，當要求資源有限的國家為未來的潛在威脅做好準備時，往往以犧牲眼前的問題為代價，“這是一種艱難的權衡，”全球發展公司DAI的備災與響應專案主任蘇珊·斯克里布納解釋說。“我們所做的事情被稱為健康，但在某些方面，很多事情都與良好的治理有關，”她說。這就是為什麼像裂谷熱研究這樣的專案可能特別有力的原因：它們為農業、衛生和國防領域的許多不同利益相關者提供了資料。

EcoHealth的氣候專家Anyamba將裂谷熱研究視為未來的發展方向。“我設想更多涉及氣候資料的專案，結合先進的分析技術和機器學習技術，這將開始回答一些關於為什麼會發生特定疾病爆發的問題，”他說。斯克里布納說，政策制定者可能正在權衡其他優先事項，但重要的是他們要理解這項科學，“因為當大流行病來襲時，科學家不是負責應對的人。”事實上，美國國防部的國防威脅降低機構資助了類似的綜合研究，以預測和繪製基孔肯雅熱（另一種蚊子傳播的病毒感染）的高風險區域。黃熱病、登革熱甚至狂犬病等一系列疾病都將從國防部可以提供的資源中受益。

但是，資金——以及決定誰的研究獲得資金的政治因素——在哪些疾病被認為值得關注方面起著至關重要的作用。在當前的政治氣候下，對後勤複雜的專案（如裂谷熱研究）所需的長期資源的支援正在積極消失。正當我們開始意識到合作應對疾病的方法可能有多麼緊迫時，美國疾病控制與預防中心卻面臨著對其全球衛生安全努力的巨大威脅。全球衛生資金是一項複雜的努力，僅在美國就由多個機構管理。布魯金斯學會智庫的專家撰文稱，這可能“對全球健康造成毀滅性打擊”，損害經濟增長並削弱國際穩定。

但是，進行這種密集的實地調查工作仍然很重要。在這種不確定的情況下，EcoHealth的大規模實地調查工作仍在繼續推進。在一次收集過程的清晨，該團隊驅車前往莫卡拉國家公園附近的一個私人狩獵保護區，追逐非洲大羚羊，這是一種非洲羚羊。野生動物既可以攜帶裂谷熱病毒，也可以將其傳播給牲畜和人類，但它們的血液樣本尤其難以獲得。一架直升機趕來幫忙。很快，卡車就在草地上顛簸，一團塵土標誌著向牛群的進展。在前輪之外，動物們急轉彎和跳躍。它們像絲帶一樣閃閃發光。當其中一隻從空中被麻醉時，寂靜是令人震驚的。科學家們迅速工作，用注射器和試管在胳膊和腿的迷宮中滑動。非洲大羚羊將在幾分鐘內醒來。

採集血液後，研究人員開始進行淨化程式，擦洗靴子上的灰塵，以避免將任何疾病傳播到他們訪問的下一個地點。附近，一隻籠子裡的獅子懶洋洋地躺在一灘陽光中，等待著下一頓飯的送達。它對著一輛輛駛過的汽車打著哈欠。曾經，這片灌木叢在半個國家蔓延，但今天，它已被很大程度上分割開來，並被高高的圍欄圍起來。現在，野生動物仍然能夠自由漫步的地方已經不多了。世界已經改變了，即使我們還不知道後果。