在喜馬拉雅山脈超過20,000英尺的山上，氂牛是少數可行的運輸方式之一。來自美國俄亥俄州立大學（Ohio State University）的古氣候學家兼冰川學家Lonnie Thompson表示，他曾多次參與鑽取和回收西藏冰川深層冰芯的探險和研究。運送整個冰芯回到冷凍車需要數十隻這種毛茸茸的動物，每隻負責運載長約40英尺的冰段。Thompson在接受《大眾科學》（Popular Science）雜誌採訪時說：「我們需要一大群氂牛，」「氂牛有自己的脾氣，就像貓一樣。」但如果你能夠管理好這些氂牛，那你就能成功地取回一個古老生態系統的歷史紀錄。

在冰芯（ice core）中，你可能會發現前所未見的珍貴資料，比如它保存了1,705種病毒物種的基因組，這些病毒可以追溯到41,000年前。《自然•地球科學》（Nature Geoscience）期刊在8月26日發表的一項研究展示並分析了這些發現。從西藏高原的古里雅冰川（Guliya Glacier）取得的冰芯中，Thompson和一支跨學科研究團隊發現並記錄的病毒資訊量比以往任何冰川中發現的都多出50倍。這些發現為我們提供了一個窺探地球氣候歷史的窗口，也有助於我們更深入地了解未來可能面臨的微生物變化。

病毒塑造世界

當新聞標題聚焦於冰封病毒時，通常討論的是從永久凍土復活的病原體對人類的潛在威脅。例如2016年，人們懷疑土壤解凍引發了西伯利亞的炭疽爆發。值得慶幸的是，從古里雅冰芯中提取的1,705個基因組全都來自於原核生物病毒（prokaryotes），它們會感染細菌，而不會感染人類、動物或植物。

俄亥俄州立大學的微生物學家、與Thompson合作的資深研究作者Matthew Sullivan表示，這些古老微生物在其所處環境中曾扮演著關鍵角色，通過「選擇壓力」（selection pressure）和由病毒介入的基因轉移等過程，從基礎層面上影響生態的多樣性和演化過程。他進一步說明，病毒甚至能塑造一個生態系統的各種代謝過程，即環境中的哪些化合物被吸收，哪些副產品產生，以及其產生速度。

「這些數據對於探索地球過去的面貌至關重要，」Sullivan說。「現在我們收集了這1,700個基因組，這為在其他冰川研究的科學家們提供了解開這些冰庫故事的鑰匙。」在當今，這些經久保存的病毒資料顯示，氣候變化是微生物群落變遷的主導力量。

氣候影響病毒演變

科學家從一根長達1,016英尺（約310米）的冰芯中提取了九個不同時期的DNA樣本，每個樣本代表了一個不同的氣候時期。最新的樣本來自約160年前，而最古老的則來自超過41,000年前。他們對每個樣本進行了宏基因組分析，從這些遺傳物質的混合物中盡可能地識別出各種病毒株。研究發現，不同氣候條件下的病毒群落組成有顯著差異。「我們觀察到，在冷暖不同的氣候下，存在的病毒顯示出明顯的轉變。」Sullivan說明。

在地球過去的寒冷時期，Guliya冰川的病毒群落會趨向於恢復到一個相似但不完全相同的結構。相反，每個溫暖時期的病毒物種組合都是獨一無二的。約11,500年前，即從最後一次冰河時期過渡到穩定溫和的全新世期間，出現了最多樣化和獨特的微生物組合。「那個時期與其它所有樣本共有的病毒最少，」Sullivan表示。「這段時期非常關鍵，因為它代表了這41,000年中最劇烈的氣候變化。」Sullivan說。Thompson進一步指出，這樣的變化在病毒群落中的反映，凸顯了氣候與微生物之間的緊密聯繫，以及氣候如何從根本上左右生態系統的發展，從微觀的病毒到其他所有生物。

正在消融的博物館

進一步的分析顯示了許多病毒的潛在宿主，以及這些病毒可能如何改變了宿主的功能與代謝模式。科學家們將他們的樣本與已知的病毒資料庫進行對比，並評估了這些微生物的生物地理來源。他們發現，在從Guliya冰川冰芯中收集的已識別病毒中，超過70%是該冰川獨有的，並未在地球其它地方被發現。整體病毒中只有12%在亞洲以外的地區被發現，不到1%的病毒在非冰川環境中有紀錄。

這項新研究是目前為止最為全面的同類研究——即便它僅僅基於一個冰川的單一冰芯。我們在微生物分析的領域還處於初期階段。但隨著未來更多的研究和冰芯的分析，對古代冰封病毒的深入了解或許能幫助我們更準確地預測自己的未來，Sullivan表示。「我們在人類世紀進行了一場前所未有的實驗，」他解釋道：「這些冰層中的紀錄讓我們略知一二，了解數萬年前在不同氣候條件下微生物群落的面貌。」

不久後，氣候學家可能會將這些資訊納入他們的評估和預測。他進一步指出，像「濕地或森林是二氧化碳的匯還是源？」這樣的問題，雖然看似簡單，卻難以解答，但通過理解病毒、細菌代謝與氣候之間的關聯，我們或許能夠找到答案。「擁有這樣的基因組資源對於提升我們的模擬能力至關重要。」也就是說，前提是我們得在這些資料消失前收集到它們。

冰川是儲存和保存遺傳資料及生物物質的理想場所。它們記錄了凍結當刻空氣和環境中的一切。隨著冰川的融化，這個記錄著珍貴氣候歷史的寶庫也在逐漸消失。「隨著冰川的消失，我們正在失去病毒的多樣性，」Sullivan說，我們還不夠了解這意味著甚麼。幸運的是，Thompson已經準備好與眾多國際同行和一群氂牛一起踏上下一次的採集任務，準備將更多的發現從山上帶回。◇

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