如何阻止下一次病毒大流行

在澳大利亞伍德福德中部一個寒冷的早晨 4:30，車頭燈穿透了黑暗的森林，伍德福德是一個位於昆士蘭州布里斯班以北 50 英里處的小鄉村小鎮。數以百計的狐蝠——雄偉的食果蝙蝠，有著大眼睛、蓬鬆的皮毛和幾乎與老鷹翅膀一樣寬的翼展——剛剛覓食歸來，像巨大的聖誕飾品一樣懸掛在樹枝上。在它們下方，相當不協調地，一塊巨大的塑膠布覆蓋著地面。這是生態學家團隊放置在那裡收集動物排洩的尿液和糞便的。

來自布里斯班格里菲斯大學的科學家們正在探測蝙蝠的排洩物，因為一個嚴重的人類健康問題：瘟疫現在從天而降襲擊我們。世界上唯一的飛行哺乳動物蝙蝠攜帶的病毒已經感染了人類。在過去的幾十年裡，一系列病毒襲擊者——其中許多是致命的——已經在蝙蝠體內或與蝙蝠有關聯中被發現：馬爾堡病毒、埃博拉病毒、亨德拉病毒、尼帕病毒、SARS-CoV-1、MERS-CoV，以及最近的 SARS-CoV-2。COVID，即最後一種病毒引起的疾病，已在全球造成超過七百萬人死亡。蝙蝠來源的病毒似乎以令人不安的頻率威脅著我們的健康。

但為什麼是蝙蝠？又為什麼是現在？經過數十年的尋找線索，並將涉及進化、生態學和氣候的難題拼湊在一起，科學家們得出了一個很好的答案。蝙蝠進化出了一種獨特的免疫系統，使它們能夠與一大群原本有害的病毒共存，這種發展似乎以令人驚訝的方式與它們的飛行能力有關。但是，當人類破壞它們的棲息地和食物，並引發令人不安的氣候變化——所有這些最近都同時發生——蝙蝠的免疫系統可能會被拉緊到崩潰的邊緣。這些動物再也無法控制病毒。它們迅速增長的微生物種群像雨點般落在其他動物身上，並最終感染人類。

關於支援科學新聞業

如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。

為了尋找進一步的證據來支援這一假設，以及蝙蝠病毒爆發的早期預警，格里菲斯大學的研究團隊去年來到了伍德福德。調查人員正在尋找蝙蝠營養問題的跡象或免疫受損的生物標誌物，以及其他指標。生態學家艾莉森·皮爾小心地將塑膠布上的蝙蝠尿液水坑轉移到試管中。然後她感到有什麼硬東西落在了她的背上。“太好了，我剛剛被蝙蝠屎擊中了，”她 grimace 著說。第一縷曙光開始穿過茂密的森林樹冠。

該團隊將在野外花費數年時間，試圖找出病毒脫落的原因，這些原因很容易在野生環境中被掩蓋。“這種長期研究非常困難，但絕對至關重要，”劍橋大學的傳染病生態學家詹姆斯·伍德說，他一直在迦納和馬達加斯加的非洲蝙蝠身上研究類亨德拉病毒。2022 年，在《自然》雜誌的一篇里程碑式的論文中，記錄了環境壓力對蝙蝠和疾病傳播增加之間的基本聯絡。它將四分之一個世紀以來的氣候變異、森林砍伐和食物短缺與蝙蝠、其他動物和人類病毒感染脈衝聯絡起來。

該論文的作者之一是康奈爾大學的傳染病生態學家雷納·普勞賴特，她已經研究狐蝠和病毒二十年了。她說，這些原因交織在一起的性質意味著，任何旨在預防未來大流行的公共衛生干預措施都需要解決整個環境結構，而不僅僅是抓住一根線。“阻止森林砍伐和氣候變化將有助於解決根本原因，”她說。

2006 年 3 月的一個晚上，普勞賴特在澳大利亞北部尼特米盧克國家公園的叢林中，她感到有些不對勁。她已經在森林樹冠下設定了一個精細的網來捕捉狐蝠，然後坐下來盯著天空。當時還是研究生的普勞賴特正在等待她所謂的動物飛行河流——成千上萬的動物從棲息地衝出來覓食，隨著太陽下山——發出刺耳的尖叫聲。“這絕對是壯觀的，”她說。“它們是北部地區的角馬。”

但是那個黃昏異常安靜。普勞賴特幾乎找不到涓涓細流的狐蝠，更不用說奔騰的河流了。這非常不尋常。“蝙蝠都去哪兒了？”她回憶起當時在想。

普勞賴特是一個團隊的成員，該團隊試圖瞭解為什麼狐蝠一直在將亨德拉病毒傳播給馬和人。亨德拉病毒當時已經造成兩人死亡，並已導致更多馬科動物患病和死亡，威脅著澳大利亞價值數十億美元的產業。科學家的工作是定期測量野生蝙蝠的病毒感染程度並監測它們的健康狀況。

當研究人員最終設法捕獲了幾隻蝙蝠時，他們意識到情況不妙。這些動物又瘦又虛弱；看起來它們好像沒吃東西。“蝙蝠基本上處於飢餓狀態，健康狀況非常糟糕，”普勞賴特說。即使當時正值交配季節剛過，也沒有一隻被捕獲的雌性蝙蝠懷孕。該團隊無法在動物體內檢測到任何亨德拉病毒遺傳物質——這出了名的棘手——但幾乎 80% 的蝙蝠體內都含有針對該病毒的免疫系統抗體蛋白。這幾乎是前一年測量水平的兩倍，這意味著蝙蝠感染了病原體。“這是營養壓力可能在增加對病毒感染的易感性方面發揮作用的第一個線索，”普勞賴特說。

普勞賴特和其他人追蹤的亨德拉病毒於 1994 年 9 月在昆士蘭州布里斯班郊區首次可怕地亮相。在一個涼爽的春日下午，一匹名叫戲劇系列的純種母馬在亨德拉附近的一個圍場放牧時開始顯得病懨懨的，亨德拉是一個以賽馬而聞名的寧靜地區。治療她的馬科獸醫彼得·裡德說，戲劇系列病情迅速惡化，兩天後死亡。

幾天之內，又有十幾匹馬生病；它們中的大多數與戲劇系列共用一個馬廄。一些很快死亡，其餘的被實施安樂死，以防止可能傳播給人類。但是已經太晚了，裡德說。一週之內，戲劇系列的馴馬師出現了類似流感的症狀，最終死於呼吸系統和腎功能衰竭。

大約在同一時間，另一次疫情在布里斯班以北 600 英里的麥凱殺死了兩匹馬。但是病因仍然是個謎，直到它們的主人在 14 個月後去世。醫學檢查表明，他的死因以及他的馬的死因與在亨德拉發起致命襲擊的病毒病原體相同。

同一種病毒在相隔 600 英里的兩次致命爆發中出現：這種情況為科學家們提供了關於病原體來源的不祥線索。“我們開始考慮病毒是由飛行動物傳播的可能性，”當時在澳大利亞動物健康實驗室（現在稱為澳大利亞疾病預防中心）的傳染病專家林發旺說。

但是哪種動物呢？科學家們決定將注意力集中在昆蟲、鳥類和蝙蝠身上。這些生物是長長的野生動物名單中的空中成員，其中包括齧齒動物、蛇和有袋動物，野外研究人員一直在捕捉它們，而包括王在內的另一個分子生物學家團隊一直在分析它們。他們的目標是查明疾病的來源。現在在杜克-新加坡國立大學醫學院的王說，這項工作很快就取得了成果。來自澳大利亞所有四種狐蝠物種的血液樣本都含有亨德拉病毒的抗體。在隨後的幾年裡，該團隊設法從蝙蝠身上分離出病毒，並獲得了其基因組的完整序列。

這一發現將注意力集中在蝙蝠作為病毒攜帶者上，此後科學家們發現了數十種蝙蝠傳播的病原體。例如，他們瞭解到蝙蝠是尼帕病毒的載體，該病毒在 1998-1999 年殺死了約 100 人，並導致馬來西亞撲殺了 100 萬頭豬。在 2005 年 SARS 爆發之後，王和他在中國、澳大利亞和美國的同事在《科學》雜誌上報道說，蝙蝠也可能是新傳染病的來源。

這些發現提出了一個難題。尼帕病毒、亨德拉病毒和其他病毒會使人類和其他動物生病，通常會造成毀滅性的後果，但蝙蝠似乎能很好地耐受它們。王想了解為什麼會這樣。當他意識到人們對蝙蝠的瞭解是多麼少時，他感到震驚。“這就像踏入了一個虛空，”王說。“我們對蝙蝠免疫力的理解幾乎為零。”這是一個從 2000 年代初開始，他和另一批科學家開始填補的空白。

2008 年，澳大利亞政府授予王一項令人垂涎的藍天研究資助，該資助授予那些被認為走在突破性發現道路上的科學家。在五年內花費約 200 萬美元，他可以做任何他想做的事。他心中只有一件事。“我想成為世界上第一個對蝙蝠基因組進行測序的人，”他說。他沒有想到的是，這項努力將導致蝙蝠不尋常的免疫系統與它們更不尋常的進化之間產生令人著迷的聯絡。

在現存的約 6400 種哺乳動物物種中，蝙蝠是唯一會飛的物種。超過五分之一的哺乳動物物種是蝙蝠——它是該綱中最多樣化的類群之一，僅次於齧齒動物。蝙蝠的壽命非常長。有些蝙蝠只有幾克重，但可以活到 40 歲，相當於人類活了近 1000 年。儘管壽命如此之長，但蝙蝠很少患癌症。

唯一會飛的哺乳動物何時以及如何進化出翅膀並飛上天空仍然不清楚。紐約市美國自然歷史博物館的哺乳動物學家南希·西蒙斯說，最古老的蝙蝠化石“具有飛行生物的所有特徵”，可以追溯到 5250 萬年前，他研究了這些來自今天懷俄明州儲存完好的骨骼。化石上的翅膀和其他飛行特徵的跡象表明，這些動物獨特的升空之路在數百萬年前就開始進化，並且該譜系可能在 6600 萬年前小行星撞擊地球之前就與其他哺乳動物物種分離了，那次撞擊消滅了恐龍和全球約 70% 的物種。

西蒙斯說：“飛行的優勢是巨大的，因為你可以覆蓋比類似大小的不會飛的動物大得多的區域。”“它開闢了一整套新的資源，這些資源是那些不會飛的動物無法獲得的。”本質上，蝙蝠變成了“夜晚的鳥”，佔據了與鳥類相同的許多生態位，但透過夜間活動避免了與它們的競爭。

這種高空飛行的生活方式需要大量能量。在飛行中，某些種類的蝙蝠的新陳代謝率會提高 15 倍以上。體溫可以從大約 95 華氏度升至 104 華氏度，它們的心率可以從靜息時的每分鐘 200 到 400 次加速到 1100 次。從它們的棲息地，它們經常在一夜之間飛行數十英里去覓食。一些遷徙物種可以從它們的夏季棲息地遷徙到冬季棲息地，行程可達 1240 英里。如此大量的能量消耗會釋放出大量的代謝副產物，例如受損的 DNA 和高度活潑的化學物質。這些物質會引發類似於微生物感染引起的炎症反應。“蝙蝠必須有一個有效的系統來處理飛行帶來的損害，”王說。“這一切都與損害控制有關。”

憑藉他的藍天資助，王開始系統地研究蝙蝠在生理上與其他哺乳動物有何不同——這個問題在當時被認為是深奧的。透過與 BGI 合作，BGI 是一家中國基因組學公司，該公司已經對水稻和巨型熊貓等生物的基因組進行了測序，王和他的同事們首次有機會閱讀兩種蝙蝠的“基因書”：一種小型食蟲物種（大衛鼠耳蝠），來自中國北部和俄羅斯，以及一種大型食水果的黑狐蝠（指狐蝠），來自澳大利亞。“這就像中了頭獎，”王說。該團隊在 2013 年的《科學》雜誌上撰文報道說，與其他哺乳動物（如小鼠和人類）相比，蝙蝠擁有更多負責修復 DNA 損傷的基因——這可能使飛行生物更擅長修復高代謝引起的分子磨損。

還有一些有益的基因缺失。例如，王的團隊測序的兩種蝙蝠物種的基因書中都丟失了幾頁“頁”——在更接地氣的哺乳動物中發現的基因——這些基因編碼某些免疫系統蛋白質。這些蛋白質有助於檢測入侵生物並啟動炎症反應。這種情況聽起來可能違反直覺：缺乏這些基因難道不會使蝙蝠更容易受到感染嗎？科學家們認為不會；通常是針對病原體的免疫學過度反應，而不是病原體本身，會殺死宿主。（在疫情初期，COVID 的一個致命方面是免疫學過度反應的“風暴”，它對器官造成了無法修復的損害。）“這是蝙蝠如何應對感染的第一個誘人線索，”王說。

關於當這種精細的感染控制系統出錯時會發生什麼情況的提示來自早期的蝙蝠監測研究：當動物脫落更多病毒時，其他物種開始生病。2011 年 6 月，亨德拉疫情襲擊了澳大利亞昆士蘭州和新南威爾士州的馬匹。到當年 10 月，約有 20 多匹馬死亡，這可以追溯到狐蝠的 18 次單獨的病毒傳播。“這是前所未有的，”格里菲斯大學紹斯波特校區的生態建模專家哈米什·麥卡勒姆說。自 1994 年首次亨德拉疫情爆發以來，僅發生了 14 次傳播事件。

大約在同一時間，由皮爾（後來將在伍德福德採集樣本）領導的一個團隊發現了另一種令人不安的現象：蝙蝠正在脫落大量亨德拉病毒以外的病毒。自 2010 年 11 月以來，她的同事們每月從狐蝠（主要是黑狐蝠和灰頭狐蝠（灰頭狐蝠））的棲息地收集尿液樣本。他們的研究表明，蝙蝠種群通常攜帶多種低水平的病毒。但病毒水平往往在寒冷乾燥的冬季（6 月至 8 月之間）上升，此時病毒傳播的風險會增加。

在 2011 年冬季，包括亨德拉病毒、其近親雪松病毒和芒格爾病毒（也可能感染人類）在內的八種病毒的水平在昆士蘭州蝙蝠尿液樣本中達到峰值。皮爾說，這種激增並沒有發生在隨後的冬季或維多利亞州，維多利亞州沒有馬匹亨德拉病毒感染的報告病例。“那時才清楚，狐蝠在離散脈衝中同時脫落多種病毒，”普勞賴特說，他與皮爾和麥卡勒姆合作進行了這項研究。這種脈衝似乎與馬匹感染的時間相吻合。因此，病毒脫落的增加似乎是跨物種傳播的關鍵步驟和哨兵指標。

對於科林斯堡科羅拉多州立大學的蝙蝠免疫學家託尼·肖恩茨來說，病毒脫落的水平與病原體及其蝙蝠宿主之間所謂的免疫緩和密切相關。“這是一種病毒和宿主有效地相互說‘如果你不打擾我，我就不會打擾你’的關係，”他說。

有兩種策略可以維持緩和。一種策略通常需要持續表達免疫系統訊號，這些訊號通常僅在動物被病原體入侵時才在其他哺乳動物中開啟。在某些蝙蝠物種中，這包括 I 型干擾素（一組被認為是抵抗病毒感染的第一道防線的訊號分子）和熱休克蛋白（在其他動物中，這些蛋白是在應激反應中誘導產生的）。廣州國家實驗室蝙蝠病毒學專家周鵬說：“蝙蝠始終處於‘準備戰鬥’的狀態。”“這有助於控制病毒。”

另一種策略是僅產生最小的炎症，避免可能損害器官的過度反應。肖恩茨指出，即使在感染病毒時，蝙蝠也只表現出很小的組織炎症跡象。這種受到抑制的反應可能會使蝙蝠容易受到病毒的攻擊，但“準備戰鬥”的免疫系統元件通常會以更有針對性、更精確的反擊來處理入侵者，這種反擊會針對病毒，而不是它們所在的器官。“它們在防禦中從不過度，”肖恩茨說。

這種經過長期發展形成的微調的相互作用，是蝙蝠和病毒學會共存的結果，可以解釋蝙蝠在不生病的情況下攜帶病毒的非凡能力。“這一切都與陰陽有關，”王說。“但平衡可能會被打破。”

環境變化可能會打破平衡。這可能就是 2011 年格里菲斯大學團隊取樣的蝙蝠身上發生的事情。數十年的研究表明，食物供應量可以預測病毒脫落。自 2006 年以來，科學家們每年多次對昆士蘭州幾個狐蝠棲息地覓食半徑範圍內的環境條件進行詳細評估。他們發現，這些地點的桉樹林在夏末提供了最豐富的食物資源——尤其是營養豐富的花粉和花蜜。食物量在冬季月份降至最低點，此時亨德拉病例可能會增加。

特別引人注目的是病毒脫落水平和馬匹感染與食物供應量之間的相關性有多好。當食物難以找到時，蝙蝠往往會脫落更多病毒，馬匹感染人數也會激增。但是當食物充足時，與病毒相關的問題就會減少。事實證明，食物的漲落受到前幾個月或幾年中被稱為厄爾尼諾-南方濤動 (ENSO) 的氣候變異模式的影響。ENSO 在兩種狀態之間搖擺：厄爾尼諾現象，即熱帶中太平洋和東太平洋的地表水異常溫暖時，會導致澳大利亞出現炎熱乾燥的年份。拉尼娜現象，即海水異常涼爽時，會導致陸地天氣更加潮溼。最近的研究表明，全球變暖可能使這種轉換更加強烈和頻繁。

2011 年——科學家們發現病毒脫落和馬匹感染大幅增加的那一年——澳大利亞正從兩個強烈的厄爾尼諾年走出來。乾旱給蝙蝠造成了長期的食物短缺，因為桉樹沒有開花。“周圍幾乎沒有花蜜，”麥卡勒姆說。“蝙蝠可能正在捱餓。”2010 年冬季的食物供應量降至科學家研究的整個時期內的最低點之一。

這些發現也與普勞賴特在 2006 年春天在尼特米盧克看到的景象一致：飢餓且不健康的蝙蝠，以及大量有亨德拉病毒感染跡象的蝙蝠。那段時間之前發生了一場嚴重的旋風，減少了食物供應量。科學家們懷疑，食物短缺和營養不足，可能因日益不穩定的 ENSO 而加劇，可能已經擾亂了動物免疫系統的平衡，導致病毒感染、複製和脫落水平升高。

但 ENSO 並不是狐蝠食物短缺的唯一罪魁禍首。幾十年來，該物種一直遭受棲息地喪失的困擾。普勞賴特的團隊發現，到 1996 年，為動物提供冬季棲息地的 70% 的森林被砍伐和清理，主要是為了農業、採礦和城市發展。到 2018 年，剩餘棲息地中近三分之一已經消失——通常沒有適當的監管批准，普勞賴特說。她補充說，未來十年還將有數百萬英畝的土地被清理，這使得澳大利亞成為世界上最嚴重的森林砍伐國之一。她共同撰寫的 2022 年《自然》雜誌論文強調了環境變化與病毒活動波動之間的相關性，該論文表明，當殘餘森林中出現意想不到的冬季開花脈衝時，亨德拉病毒的脫落會減少。開花為狐蝠提供了營養，最有可能改善了它們的健康狀況和控制病毒的能力。

發展和覓食棲息地喪失的總體趨勢正在迫使狐蝠遷徙到城市和農業景觀中。它們會搜尋雜草以及遮蔭樹和觀賞樹的葉子等食物，這些食物營養價值較低，難以消化，甚至可能有害。“這是一種要麼餓死，要麼找到新食物來源的選擇，”普勞賴特說。“它們真的只是在努力生存。”在城市化剝奪動物營養的同時，也使它們更接近馬和人類。這兩種趨勢都增加了病毒傳播的可能性。普勞賴特和她的同事發現，截至 2010 年，馬匹亨德拉病毒感染事件中，有三分之二以上發生在城市環境中蝙蝠群落的覓食區域內。

迦納阿克拉大學的疾病生態學家理查德·蘇伊雷說，澳大利亞當然不是唯一一個將蝙蝠趕出傳統棲息地的國家。在非洲，蘇伊雷的團隊在稻草色果蝠（稻草色果蝠）中發現了越來越多的類亨德拉病毒，並且還發現，在城市居民區森林砍伐地區或蝙蝠群落附近的豬已經被這些病毒感染。“這非常令人震驚，”他說。這與其他研究結果一致，這些研究表明，跨物種病毒傳播可能比以前認識到的更頻繁地發生。

越來越清楚的是，飛行哺乳動物疾病的出現與幾個要素的結合有關。病毒庫（例如蝙蝠群落）必須被感染，蝙蝠必須脫落大量病毒。環境——包括溫度和降水水平等因素——必須支援病原體的存活。感染受害者（如馬和人）必須與蝙蝠或它們脫落的病毒接觸。“所有這些事情都必須結合在一起才能形成完美的風暴，”普勞賴特說。

厄爾尼諾現象、全球變暖和棲息地喪失共同促成了這種結合，而且頻率越來越高。一些研究人員懷疑，這種組合也可能促成了 COVID 的出現，儘管對該疾病起源的調查仍在進行中。如果食物短缺的聯絡繼續成立，科學家們或許能夠透過模擬生態因素、氣候條件和蝙蝠生理學來預測病毒脫落的風險。環境聯絡也可以進行測試，以瞭解它如何影響其他蝙蝠傳播病毒的傳播——尤其是尼帕病毒，尼帕病毒是世界衛生組織十大優先研究疾病之一。該病毒的致死率高達四分之三，並且與亨德拉病毒不同，它能夠人際傳播，自 1998 年出現以來，該病毒已在南亞和東南亞造成頻繁爆發。

新的發現還指出了降低疾病出現風險的方法。一種方法是種植冬季開花的樹種，在食物短缺往往發生時，並在遠離人類居住區的地方種植。這可以為狐蝠提供急需的覓食棲息地。科學家們說，這可以使動物保持健康，並在一年中脆弱的時期遠離城市環境。“這是透過棲息地保護來維護公共健康，”麥卡勒姆說。皮爾的團隊正在努力識別蝙蝠營養和健康狀況惡化的生物標誌物，這些生物標誌物可以作為病毒脫落的早期預警。這些標記將使研究人員能夠微調計算機模型，從而預測棲息地變化，這些變化會增加病毒傳播的風險。

最終，疾病風險、棲息地喪失和氣候變化都是 21 世紀人類面臨的同一巨大挑戰的相互關聯的要素。然而，國際倡議通常是分別應對這些挑戰的，香港大學的生態學家艾麗斯·休斯說。例如，世衛組織成員國在過去三年中談判達成的協議，並計劃於 2025 年 5 月最終確定，其中幾乎沒有條款將生物多樣性喪失和全球變暖納入其預防大流行的戰略。“這是一個錯失的機會，”休斯說。一個充滿希望的跡象是 2024 年聯合國生物多樣性公約締約方大會提出的全球行動計劃。該計劃旨在解決環境退化、野生動物開發和病原體出現之間的聯絡。

2006 年 3 月那個晚上失蹤的狐蝠將普勞賴特引向了許多導致疾病風險升高的相互關聯的要素。此後，病毒傳播不僅與蝙蝠的行為有關，這一點已經變得非常清楚。它還與人類的行為以及我們與自然界日益緊張的關係密切相關。修復這種關係將需要協調一致的全球行動。這些任務從來都不容易，但成功的益處是降低大流行風險，並改善在地面上行走和在空中飛行的哺乳動物的健康。

本次報道由阿爾弗雷德·P·斯隆基金會資助。