蝙蝠十问

作者: 原原

来源: 中科院之声

发布日期: 2020-02-09

本文通过十个问题详细介绍了蝙蝠的种类、携带的病毒、生态角色及其对人类健康的影响,强调了蝙蝠在生态系统中的重要性以及人类应如何预防和应对由野生动物传播的病毒。

一种新型冠状病毒的突然来袭,让我们在2020年的开头度过了一个非同寻常的春节。这不禁让我们想起了17年前的SARS,还有那个和SARS联系在一起的物种——蝙蝠。地球的另一端澳大利亚,山火持续燃烧,数十万只蝙蝠飞入城区,仿佛黑云完全遮蔽了天空。2020年的第一个月中,蝙蝠再次吸引了大众的注意力。这种数百年前传说中“吸血鬼”,再次成了“死神”的化身。

与蝙蝠有关的消息层出不穷,人们对蝙蝠的好奇也达到了前所未有的高度。事实上,蝙蝠并不是我们的敌人,也不是杀死人类的凶手。或许通过以下这十个问题,你会开始钦佩这些其貌不扬但却神奇无比的存在。蝙蝠约占所有现存哺乳动物的20%左右,其物种数量超过1300多种,它们分布在全球各地,只有在极地地区无法看到它们的踪迹。

蝙蝠属于翼手目,可大致分为两类:近年来,越来越多的研究偏向于将翼手目分为阴翼手亚目和阳翼手亚目,前者包含了如狐蝠科在内的传统意义上的大蝙蝠,后者则包括了其他科的小蝙蝠物种。最小的蝙蝠只有短短两三厘米长;而最大的蝙蝠可长达20多厘米,在张开羽翼时可宽达1.5米。大多数蝙蝠物种会通过回声定位来导航和寻找猎物,70%左右的蝙蝠以昆虫和小虫子为食;剩余的30%以各种水果为食,只有极少数以血液为食。

为了适应飞行,蝙蝠的四肢和尾之间被薄而坚韧的翼膜覆盖,这是其他任何哺乳动物所不具备的特性,也使得它们成为唯一会飞的哺乳动物。蝙蝠已经在地球上存在了很久很久的时间,它们的进化史引发了科学界最激烈的辩论。由于它们的骨骼通常很小且脆弱,因此很少成为化石。有限的化石也意味着科学家无法通过化石来重建它们的进化史。目前,考古学家发现的最古老的蝙蝠化石可追溯到古新世和早期的始新世(5200多万年前)。

蝙蝠是一系列病毒的天然宿主。许多重要的人类病毒感染,如麻疹和流行性腮腺炎,或许都可以追根溯源到蝙蝠的祖先身上。大多数动物身上的病毒对人类是无害的,只有一小部分会感染我们,导致所谓的人畜共患病。科学家在蝙蝠身上发现过一些高毒性的人畜共患病原体,如狂犬病毒、马尔堡病毒、亨德拉病毒、尼帕病毒、SARS、MERS、埃博拉病毒等。人畜共患病之所以如此致命,是因为我们对它们没有预先的免疫力。

2013年的一项研究在蝙蝠身上识别出了137种病毒,其中61种为人畜共患病毒,每种蝙蝠平均携带了1.79种人畜共患病毒(有的蝙蝠没有携带人畜共患病毒,有的则携带多达到12种)。其实不止蝙蝠,很多哺乳动物和鸟类也都携带了能感染人类的病毒。

在一篇于2017年发表在《自然》杂志上的文章中,研究人员从灵长类动物、啮齿类动物和蝙蝠等754个物种中共发现了586种病毒(有的病毒只能感染一个物种,有的病毒则可以广泛存在于各种动物中)。研究人员计算出了每个物种的病毒数量,并识别出更有可能传染给人类的特征。研究人员发现在所有被评估的物种中,蝙蝠所携带的人畜共患病毒数量最多。但这并不意味着,蝙蝠应该为这些感染承担最重的炮火。

因为人类会受到这些病毒的感染,很大程度上与人类对环境造成的改变有关。人类的许多活动增加了我们与野生动物的接触,导致了疾病的传播。蝙蝠可以无症状的携带这些病毒或许表明,它们已经进化出了独特的免疫系统。一项发表于2018年的研究认为,蝙蝠的飞行对代谢能力有着非常高的需求,导致它们体内的细胞会分解并释放少量的DNA,这些DNA会漂浮在本不应该存在的地方。

对于包括蝙蝠在内的哺乳动物来说,这样的DNA片段的存在有可能意味着有病原体入侵。在识别了这些DNA片段之后,哺乳动物会具有对其反应的能力,比如炎症就是一种常见的反应机制。在人类和其他哺乳动物中,因免疫而对病毒产生的过度反应可能引发严重的疾病。然而,研究人员发现在蝙蝠体内,这种在对抗病毒的反应机制被抑制了。

这是因为蝙蝠缺乏一些与这种反应相关的基因,削弱了它们应对这种情况的反应,但这种反应也并非完全消失。研究人员认为,或许正是这种削弱使蝙蝠维持了一种恰到好处的“有效反应”水平,不会在对抗病毒时“反应过度”。1月23日,石正丽团队在bioRxiv预印本上发表论文指出,病毒的天然宿主有很大可能是蝙蝠,该论文现已被《自然》杂志接受。

在全基因组水平上,这种病毒与一种蝙蝠冠状病毒(RaTG13)序列的一致性达96%,这种蝙蝠冠状病毒是由来自云南的中菊头蝠(Rhinolophus affinis)所携带。因此,中菊头蝠成为了最有可能的疑似天然宿主。但必须强调,这仅仅是研究的开端,绝对不意味着结束,甚至可能不是一个结论。2003年SARS肆虐,科学家原本将病毒宿主定位在果子狸身上,但随着深入研究,科学家发现果子狸可能并非病毒的源头。

直到十多年后,石正丽教授团队才真正找到了SARS的真凶——中华菊头蝠(Rhinolophus sinicus),果子狸只是病毒的中间宿主。虽然新型冠状病毒很可能来自中菊头蝠,但这仍然无法排除中间宿主的存在。根据以往对SARS和MERS传播的研究,在蝙蝠与人之间一般还存在一个中间宿主作为“媒介”,果子狸和骆驼在之前这两种严重冠状病毒中就扮演了这个角色。

1月22日,有北大团队对同义密码子使用偏好(RSCU)进行分析比较后,认为蛇是最可能的病毒传染源,但这个观点也受到了一些反对意见,因为冠状病毒目前只发现对哺乳动物和鸟类有感染性。2月7日,华南农业大学召开新闻发布会宣布,穿山甲可能是新冠病毒的中间宿主。现在的普遍共识是,新型冠状病毒从蝙蝠传播到某种尚未确定的中间宿主,再从中间宿主传播到人类。

根据流行病学调查,华南海鲜市场很可能是病毒的来源地(之一)。对华南海鲜市场的环境样本检测指向,病毒可能来自那里售卖的野生动物,但尚未确认是哪一种动物。此外,还有一个与新型冠状病毒有关的疑点未被解开,那就是目前已知的最早发病病例并没有华南海鲜市场的接触史,这位病人与之后发病的病例之间也没有发现流行病学联系。石正丽教授是我国著名病毒学家,也是研究冠状病毒领域的顶级专家之一。

她和团队长期从事新发病毒的病原学研究,进行了“中国蝙蝠携带重要病毒研究”等项目。尤其在SARS疫情之后,石正丽教授等病毒学家与许多动物学家合作,开始了病毒溯源工作,科学家们在全国各地调查蝙蝠栖息洞穴,采集蝙蝠样本检测,最终锁定了SARS病毒的源头。事实上,我们目前对这种新型冠状病毒的许多认识,都是从以往对SARS、MERS等冠状病毒的研究为基础发展而来的。蝙蝠身上也是冠状病毒的“宝库”。

陈薇院士在接受《中国科学报》采访时曾表示,“新型冠状病毒变异再快,也在冠状病毒这个大类里”。我们对冠状病毒有更多认识,“再次狭路相逢,就不会这么被动”。无论是此次疫情还是SARS的爆发,蝙蝠或任何野生动物并没有错,错的是贸然接触野生动物、非法捕杀和食用野生动物的行为。病毒这种生命形式必须依赖宿主(细胞)才能存活下去,因此在“平衡”的状态下,宿主和病毒其实有协同进化的关系。

蝙蝠和中间宿主在野外与病毒同样是以这种“自然的平衡”在共同生存。但真正糟糕的是打破这种平衡的人。当人们没有与野生动物保持应有的距离,病毒就会进入人类社会,但人体还没有做好适应它们的准备,因此才造成了疾病甚至瘟疫。除此之外,对病毒的持续研究同样是人类自我保护的方法之一。目前多个国家都开始着手新冠病毒的疫苗研发,疫苗意味着可以保障健康人群不受病毒侵害,比如人类也已经通过接种疫苗在几十年前就消灭了天花。

答案是否定的。蝙蝠作为一种在地球上生存了极长时间的动物,在生态系统中占据重要位置。食虫的蝙蝠一夜能吃掉多达数百只的蚊子、蛾子等昆虫,而以植物果实为食的蝙蝠则承担了植物授粉的工作。蝙蝠在食物链中同样是其他动物的美餐,蛇、猴等动物也会以蝙蝠为食。在中南美洲还生活着三种以血液为食的蝙蝠,虽然它们听起来很像“吸血鬼”,但在种群之中它们却是社交能力极其出众的动物,它们是自然界一种存在利他行为的独特生物。

这类动物身上还有许多宝藏等待我们发掘。但目前,许多种类的蝙蝠已经受到了灭绝的威胁。在《世界自然保护联盟濒危物种保护名录》中,两百多种蝙蝠被列为濒危、易危和近危。豕果蝠(Bulmer's fruit bat)是最濒危的蝙蝠之一,全世界只剩大约137只到160只个体。世界许多地方的蝙蝠都正在受到真菌感染的威胁。

蝙蝠的飞行能力在无数方面塑造了蝙蝠的进化,从它们较小的体型和较轻的体重,到它们的高代谢率和不同寻常的回声定位能力。这项能力在一定程度上把它们推向了哺乳动物的极致。在蝙蝠的身上,蕴藏着许多令向往的医学秘密,尤其是关于长寿的秘密,它们的寿命是预期寿命的10倍。一般来说,小型哺乳动物的寿命比大型哺乳动物短。就体型而言,只有19种哺乳动物的寿命比例比人类长,其中18种是蝙蝠。

这是十分令人惊讶的,尤其当考虑到蝙蝠的高代谢率时——飞行中的蝙蝠代谢率可以比其他哺乳动物高出30倍。目前的长寿纪录保持者是一只布氏鼠耳蝠,它的体重只有约7克。上世纪60年代早期,研究人员捕捉到并标记了这只蝙蝠,然后在41年后又再次发现了它。解开蝙蝠的长寿秘密或许有朝一日能帮助人类延长自己的寿命。

此外,作为多种致命病毒的天然宿主,它们拥有神奇的免疫系统,能够迅速增强控制这些致命病毒的能力,从而避免了会导致衰老疾病的常见慢性炎症。研究蝙蝠有望让我们从中获得与免疫系统有关的启示。

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