一場野火，就能將致命真菌送到你的肺里

12 月的一個凌晨，杰西?梅里克（Jesse Merrick）終于打通了母親的電話，電話中的母親泣不成聲 ——2017 年，美國南加州的“托馬斯大火”（Thomas Fire）燒毀了一千多畝土地，他們的家也在這場大火中付之一炬。

梅里克很快回到了曾經(jīng)的家，他在燒成黑炭的地下室待了好幾天，試圖尋找任何可能殘存下來的東西。梅里克特意帶上了口罩和手套，但這些裝備沒能抵御潛伏著的危險。

三周后，當(dāng)梅里克飛回自己在阿拉巴馬州的住所準(zhǔn)備繼續(xù)工作時，他的身體卻仿佛出了什么問題。起初只是低燒、咳嗽、渾身酸痛和輕微的皮疹。但隨著病情惡化，他的關(guān)節(jié)周圍開始出現(xiàn)淤青，“就像是被人用球棒揍了一通”。他還患上了肺炎，連呼吸都會感到很痛。

很快，梅里克的初級保健醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，他的肺部長了一個直徑 6 厘米的腫塊。醫(yī)生決定進(jìn)行組織活檢和脊椎穿刺，來確定梅里克最擔(dān)心的那種可能性 —— 癌癥。但就在手術(shù)當(dāng)天的上午，一組傳染病專家來到了病房，他們給梅里克帶來了診斷結(jié)果。

真菌的威力

事實上，梅里克的肺部腫塊并不是什么腫瘤，而是一團(tuán)真菌球。

梅里克所患的這種病被稱為“山谷熱”（valley fever），是一種真菌 —— 球孢子菌（Coccidioides）感染人肺部引發(fā)的。醫(yī)生給他注射了氟康唑，一種抗真菌藥物，梅里克的身體狀況很快就好轉(zhuǎn)了。

山谷熱并不是什么罕見病。在美國西南部，每年都有至少上萬起山谷熱病例。在炎熱、干燥的氣候條件下，當(dāng)?shù)赝寥乐星蜴咦泳逆咦樱ㄕ婢纳臣?xì)胞）會大量擴(kuò)散到空氣中，再被人吸入肺部。但患者中的 60% 都沒有癥狀，或是只出現(xiàn)疲勞、咳嗽、發(fā)熱等輕微癥狀，很容易被誤以為感冒或流感。但如果感染持續(xù)惡化，甚至擴(kuò)散到肺部以外的其他部位，就很容易引發(fā)多器官衰竭，導(dǎo)致患者喪命。

隨著氣候變化，美國亞利桑那州和加利福尼亞州更加干燥炎熱，球孢子菌更容易擴(kuò)散。一項研究統(tǒng)計，從 2000 年至 2018 年，美國加利福尼亞州的病例增加了至少 8 倍。

但一些科學(xué)家懷疑，病例數(shù)的增長不止與氣候條件有關(guān)，還與愈加頻繁的野火有關(guān)系。

野火的隱藏威脅

2019 年，美國加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的一個研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，一些真菌感染病例似乎與野火相關(guān)。如果一個醫(yī)院周圍約 300 千米的范圍內(nèi)發(fā)生了野火，那么隨后幾個月內(nèi)，山谷熱等真菌感染病例似乎會明顯增加。

現(xiàn)在，越來越多的科學(xué)家懷疑，除了我們熟悉的空氣污染顆粒物（PM2.5）之外，野火煙霧還攜帶著更多致病微生物。不止是球孢子菌等真菌，細(xì)菌、古菌甚至病毒，都可能會隨著野火煙霧升入空中，并傳播到更遠(yuǎn)的地方。

愛達(dá)荷大學(xué)的勒達(dá)?科布齊亞爾（Leda Kobziar）還由此建立了一個新興的學(xué)科 —— 火大氣生物學(xué)（pyroaerobiology）。他們的研究焦點，就是野火煙霧中的微生物。

人造雪到人造火

聽起來有點怪，但科布齊亞爾最初對火大氣生物學(xué)的研究靈感來自人造雪。

純凈水的凝固點接近零下 40℃，只有水中存在微小的懸浮顆粒時，水的凝固點才會接近 0℃。這些顆粒名為凝結(jié)核，是冰晶最中心的核。

目前最佳的凝結(jié)核之一，就是丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae）產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)。大多數(shù)的造雪機(jī)都會向水中添加這種細(xì)菌蛋白，來確保細(xì)小的水滴能在接觸地面前凝固。

當(dāng)然，在開始造雪前，細(xì)菌就早已死去，但煙霧中的微生物或許還活著?！拔议_始以同樣的方式去理解煙霧，我想知道煙霧中是否存在活細(xì)菌。”科布齊亞爾開始思考，“一些野火會產(chǎn)生非常獨特的煙霧，這些細(xì)菌會不會是原因所在呢？”

隨后，科布齊亞爾和同事開展了一系列驗證實驗。她們從愛達(dá)荷州的森林中獲取了一些地面樣本，包括土壤和凋落物，再在實驗室中焚燒，果然從煙霧中發(fā)現(xiàn)了大量微生物的痕跡。

更有力的證據(jù)來自在佛羅里達(dá)州野火現(xiàn)場獲取的數(shù)據(jù)。這多虧了佛羅里達(dá)州的“控制焚燒”（prescribed burn）政策。在一些易發(fā)野火的地區(qū)，政府相關(guān)部門會定期點火，引發(fā)一場小范圍、可控的“人工野火”，這被稱為“控制焚燒”?？刂品贌粌H能清除地表的易燃物，還有助于一些樹種生長，可以有效降低野火風(fēng)險。

這樣的控制焚燒為研究團(tuán)隊提供了絕佳的機(jī)會，他們可以在控制焚燒前，采集當(dāng)?shù)氐目諝鈽颖?，作為對照。在山火點燃后，還可以在不同時間、不同位置連續(xù)取樣，從而獲取最直觀的數(shù)據(jù)。

火大氣生物學(xué)

實驗結(jié)果與她們的假設(shè)非常一致，煙霧中的確有微生物存活，數(shù)量還不少。即使在這種不太劇烈的“控制焚燒”中，煙霧中的平均微生物細(xì)胞數(shù)可以達(dá)到每立方米 67 000 個，大約是著火前空氣（每立方米 13 000 個）的 5 倍。而考慮到“控制焚燒”操作時控制了焚燒方式和規(guī)模，并且最小化了火災(zāi)產(chǎn)生的污染物，在一場真實的野火中，煙霧中微生物的數(shù)量很可能會更多。

同時，隨著采樣地點逐漸遠(yuǎn)離煙霧源，微生物的豐度也與煙霧中顆粒物的濃度呈正相關(guān) —— 這說明多出來的這些微生物很可能就是煙霧送來的。

科布齊亞爾推測，在熊熊燃燒的野火中，土壤和凋落物中的微生物大量釋放到了空氣中。而且即使在燃燒區(qū)外，野火也能引發(fā)大規(guī)模上升氣流，讓土壤中的真菌孢子被吸入羽流中，最終進(jìn)入煙霧。

與 PM2.5 一樣，煙霧中的這些微生物也會形成氣溶膠。一旦氣溶膠化，空氣動力學(xué)直徑小于 5 μm 的微生物就有可能隨著煙霧傳播數(shù)百千米，成為許多人注意不到的健康威脅。

考慮到火源附近煙霧中的微生物濃度更高，那些長期、近距離暴露于煙霧中的人群受到的影響可能更大，首當(dāng)其沖的就是位于滅火前線的消防員。目前，美國 CDC 已經(jīng)將消防員列入山谷熱的高危職業(yè)中。

不過值得一提的是，盡管一些數(shù)據(jù)顯示，美國西部地區(qū)的野火煙霧增加與真菌感染病例有關(guān)，但目前依然沒有直接且確鑿的證據(jù)證明，野火煙霧會導(dǎo)致山谷熱等疾病的感染 —— 這些也正是科布齊亞爾迫切想要知道的。

2021 年，佛羅里達(dá)大學(xué)設(shè)立了一個火大氣生物學(xué)研究項目，包括科布齊亞爾在內(nèi)的許多研究者正在進(jìn)一步探索煙霧中的微生物組成，并試圖將過去的野火煙霧范圍與數(shù)字化醫(yī)療記錄疊加，來了解它可能帶來的風(fēng)險。

這將是第一個“火大氣生物學(xué)”領(lǐng)域的項目。兩個基本的問題等待著這些研究者回答：“這些微生物能存活多久”和“它們能傳播多遠(yuǎn)”。從這兩個問題出發(fā)，研究團(tuán)隊將繼續(xù)了解它們會產(chǎn)生怎樣的影響，無論是對人類、對動植物，還是對更廣泛范圍內(nèi)的氣候。

參考資料：

• https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe8116

• https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ecs2.2507#ecs22507-bib-0009

• https://www.nature.com/articles/s41396-020-00788-8

• https://www.cdc.gov/niosh/topics/valleyfever/risk.html

• https://www.wired.com/story/valley-fever-is-spreading-through-a-hotter-drier-western-us/

• https://www.wired.com/story/wildfire-smoke-may-carry-deadly-fungi-long-distances/

• https://www.popularmechanics.com/science/environment/a30246543/pyroaerobiology-smoke-signals-interview/

來源：科普中國-星空計劃（創(chuàng)作培育）

本文來自微信公眾號：環(huán)球科學(xué) （ID：huanqiukexue），撰文：二七，審校：Clefable

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