巍峨雄伟的青藏高原上分布着南北极以外地球上面积最大的冰川,蜿蜒连绵,构成雪白纯洁晶莹透剔的冰雪世界景观。青藏高原冰川是亚洲水塔的固体水库,储存着南北极外最大量的固态淡水;青藏高原冰川也是过去地质和历史时期微生物的天然存储库,封存了季风环流搬运、西风环流搬运和局地生长的不同种类微生物。青藏高原是西风带与亚洲季风环流系统交汇区,所以季风环流搬运的微生物来自海洋及沿途不同生态系统的微生物,西风环流搬运的微生物则源于欧洲及中亚等地区。
图5.珠穆朗玛峰东绒布冰川:是建立青藏高原冰川微生物基因组和基因数据集的典型冰川,图源:第二次科考队。
图7. 从青藏高原冰川中分离培养的细菌新种,图源:第二次科考队。
图8.获取的青藏高原冰川微生物968种细菌代表基因组系统发育树,图源:第二次科考队。
图9.青藏高原冰川微生物群落与其他地区冰川显著不同,图源:第二次科考队。
图10.青藏高原冰川蕴藏着独特的微生物,具耐低温和耐紫外辐射功能潜力,图源:第二次科考队。
图11.青藏高原冰川微生物次级代谢产物的应用价值,图源:第二次科考队。
图13.科学家从西伯利亚永久冻土中复活的冷冻了数万年的病毒,图源:引自文献[17]。
2021年,美国俄亥俄州立大学伯德极地和气候研究中心报道,在青藏高原古里雅冰芯中发现了33个病毒物种,其中仅有12%为已知病毒,但它们主要为侵染细菌的噬菌体且数量极低。最近,兰州大学泛第三极环境中心团队研究了青藏高原26条冰川雪、冰和冰尘中的病毒,共发现了8894个病毒物种,种类数远低于土壤、湖泊和海洋等环境,其中西风区冰川中病毒数量大于季风区。尽管38%的病毒为新病毒种类,但以噬菌体为主,对人类无害。与人类相关病毒的相对丰度极低,仅百万分之一,且均为与人类长期共存、被人类熟知的病毒。因此,青藏高原冰川中的病毒对人类社会造成危害的风险极低。
在青藏高原冰川中,虽然与人类相关的病毒风险低,但是科考队员发现了微生物抗生素抗性基因的潜在危害。微生物利用其抗性基因,通过外排、解毒和靶点修饰等机制对抗抗生素,从而有利于微生物自身更好地适应环境,尽管微生物抗性基因的产生是一种自然和古老的过程。但在抗生素大量使用、环境浓度升高的背景下,这些抗性基因可通过水平基因转移在微生物间,及环境与微生物转移和传播,造成了耐药菌的滋生和扩散,甚至出现了能耐受几乎所有抗生素的“超级细菌”,导致重大的公共卫生危机。
图14.全球预计到2050年每年因耐药性微生物感染致死人数,图源:The Review on Antimicrobial Resistance 2014
图15.2014年和2050年因耐药性微生物感染致死与其他主要死亡原因死亡人数对比,图源:The Review on Antimicrobial Resistance 2014。
图16.青藏高原21条冰川抗生素抗性基因相对丰度以及主要抗性基因类型,图源:第二次科考队。
图17.抗性基因和毒力因子向冰川下游传播的示意图,图源:第二次科考队。
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