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生機盎然的「滅絕」,由湮滅而生的光子——《滅絕》觀後談

張瑞棋_96
・2018/04/17 ・3232字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

編按:由 Jeff VanderMeer 撰寫的科幻小說《遺落南境:滅絕》(Annihilation (VanderMeer novel))所改編的同名電影《滅絕》(Annihilation),2018年於部分地區上映,台灣雖然不在上映地區的名單之列,但也能於  Netflix 上欣賞到這部電影。故事講述細胞生物學家、同時也是退役軍人的莉娜(Lena)加入了探勘任務,前往有著神秘異象、進去的人都有去無回、被「微光」(the shimmer)所籠罩,稱為「未知區(Area X)」的區域。

名為《滅絕》這個詞,不免讓人聯想到地球過去幾次的生物大滅絕。在沒看這部電影之前,我還以為這是部科幻災難片,講的是關於人類面臨滅絕危機的故事。因此預期劇情不外是隕石帶來外星病菌,科學家怎麼防止病菌擴散,避免人類感染而死亡或突變之類的。

結果完全與我料想的不同,而且看完之後,我腦中浮現的卻是與「滅絕」意義恰恰相反的詞——衍生。

滅絕宣傳海報。source:IMDb

 

 

–(以下有雷,小心慎入)–

 

 

無人生還、卻生機盎然的「未知區」 ?

電影中,隕石墜落形成了由「微光」籠罩的「未知區(Area X)」。在這個各種資訊斷絕的區域中,人類進行了各種探索,但每個進去的人都有去無回,這個區域對人類而言有如死亡陷阱。跟隨著主角的目光,實際上裡面生機盎然,各種絢麗的奇花異草競相綻放、變異奇特的鹿與水中生物也都怡然自得。

「未知區」內反而是一片的生機盎然。source:IMDb

雖然看起來,「微光」似乎改變了這些動植物的基因,但顯然並未危害到他們的生命與健康,反而被賦予了更強的生命力。就連在主角冒險的過程中,那兩隻突然出現攻擊人類的鱷魚與野獸,看似變得有些畸形,其實也是變得更加強大、更發揮了捕殺獵物的本能。

因此,抽離人類的立場,在被微光壟罩的未知區內,生命其實是變得更多樣化、更接近人類尚未出現在地球之前的原始世界。那麼,為什麼唯獨人類在其中就會死於非命呢?真的是外星生物意圖佔據地球的陰謀嗎?

source:IMDb

真正殺死人類的,到底是什麼?

讓我們先來檢視最後進入微光,包括主角在內的這群女性科學家們,她們遭遇到了怎樣的生命威脅。五位科學家中,第一位首先遭險的物理學家喬西險遭鱷魚吞噬,被及時救回;接著地形學家凱西被野獸拖走、曝屍野外。而第三位遇險的護理人員安雅則被野獸咬死,但她若未遇難,恐已殺死其他同伴。喬西最後則自己決定化作植物,永遠留在那裏。

source:IMDb

到目前為止,凱西、安雅、喬西五位中有三人都不是被外星生物所害,充其量只能說其中兩位是受強化野獸所害。那麼,成員的最後兩位:心理學家凡翠絲與女主角生物學家莉娜呢?

故事的最後,凡翠絲在旅途的目的地、隕石墜落點的洞穴內爆裂成一團光芒,這團光芒吸取了莉娜的一滴血後,化作與莉娜一模一樣的複製體。在一開始的視角中,我們原本以為莉娜引爆白磷彈,燒毀了複製體、也摧毀了微光,成功逃出未知區。直到最後的細節才告訴我們,原來倖存的並不是真正的莉娜,而是她的複製體;就像先前返家的並不是他丈夫,也是其複製體。

source:IMDb

難道這不是外星生物陰謀得逞,成功混入人類社會嗎?並不盡然。

我甚至認為在這部電影中,根本沒有任何的外星生物影響。讓我們仔細回想,在微光未知區出現的所有變化,最顯著的影響都在於微光會引發生物的DNA重組、變異。但變化的內容、混種的原自地球原有生物的基因,例如鱷魚混入鯊魚的基因、人類混入植物的基因,其中並沒有任何線索指向有出現外星生物的基因。因此故事中的微光應該可以解釋成單純隕石造成的特殊物理(或是生物)現象,無關乎外星生物。

畢竟若是陰謀論外星生物特意用微光製造出人類的複製體、嘗試侵入人群,更合理的策略應該是複製過去所有進入微光內的隊員,再讓複製體回去才對。

source:IMDb

一模一樣的複製體出現,那「我是誰」?

好吧,如果複製體不是外星生物所偽裝,那該如何解讀整起在隕石墜落點所發生的事件?我認為基本上,還是要回歸到導演 Alex Garland 的上一部電影《人造意識》Ex Machina中,所探討的關於「我是誰」問題。

圖/IMDb
《人造意識》中具有人工智慧的機器人艾娃。圖/IMDb

就像《人造意識》中具有人工智慧的機器人艾娃,不但通過圖靈測試、還具有自主意識,那麼她與人類有何差別?反過來講,我們又與機器人何異?(片中被雇來測試艾娃的男主角不禁懷疑自己也是被測試的機器人。)如果我們也只是某種生化機器人,那麼我們的獨特性何在?

電影《滅絕》結尾揭露,在隊友中最末走到終點的莉娜和她丈夫都由於複製體(一開始是學習動作,最後連外貌都一模一樣)的出現而崩潰。莉娜的丈夫正是在自己的複製體現身眼前後,不斷質疑「我是誰」,最終崩潰而引爆自殺。最後的結局中,莉娜也是出於恐懼而試圖消滅複製體,卻燒死自己。(我不認為是複製體引爆白磷彈,因為「她」始終沒有顯現出殺害莉娜的意圖。)這兩者的行為都反映出,人類無法忍受自己的獨特性被剝奪:畢竟如果我不是獨一無二的,那麼我存在的意義是什麼

當然,人之所以為人,正是我們會做這樣的省思。但諷刺的是,這樣的執念反而為自己帶來殺機。反倒是在畫面中曾一閃而過、毫不在意複製體在牠身旁如影隨形的鹿能夠怡然的與之共存,這也不禁令人聯想到《莊子》中渾沌開竅而亡的寓言故事。

因此,在電影中為人類自身帶來「滅絕」危機的並不是微光、更不是外星生物,而是人類自己。事實上英文片名”Annihilation”應該是物理中的「湮滅」,指的是正、反粒子接觸後,會完全湮滅消失,轉換為巨大的能量,釋放出光子。凡翠絲在洞穴內化成一團光芒就是這樣?從這個角度看,湮滅帶來的並不全然是一片死寂的滅絕,而是會誕生新的光子。

「湮滅」之後,生命世界會有怎樣的未來?

電影從莉娜在課堂上放映細胞分裂複製的影片開始,到旅途她用顯微鏡檢視自己的血液,也發現細胞不斷複製分裂增生;相近的影像時時在電影中出現。如此由電影的暗示看來,壟罩著微光區域、宛若七彩肥皂泡的那層光,不就像是巨大的、有隔離內外功能的細胞膜嗎?微光區域內發生的事件,就像是生物體不停的分裂增生,再加上不同生物的基因彼此交換與突變,因而產生各種新的物種。一如生命四十億年來的演化歷程,只是劇烈加快了發展進程。

最後電影的結局裡,微光消失,莉娜的複製體走出未知區,與丈夫的複製體相擁(這倒也呼應了《人造意識》中,艾娃最後成功離開實驗室,混入人群。,暗示著他們將扮演某種新生命的創始者,如「亞當」與「夏娃」般的角色:一種全新的人類將以有性生殖的方式開始繁衍。

從生命演化的角度,經歷過「湮滅」,具有強大潛力的複製體將帶來怎樣的未來?或許莉娜手臂上莫名浮現的刺青——「無限」符號,已經給出了答案。

source:IMDb
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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 579 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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認識「低溫熱裂解技術」——為何它是戴奧辛污染的救星?
科技大觀園_96
・2021/12/27 ・2894字 ・閱讀時間約 6 分鐘

環保署在 2011 年《中華民國重大環境事件彙編》發表《戴奧辛污染事件─揮之不去的世紀之毒》口述歷史,用新詩「燒阿!燒阿!」破題,形容戴奧辛如鬼魅般糾纏著台灣的環境生態,更時時刻刻威脅國人健康。

回顧國內戴奧辛污染事件,最早可追溯到 1979 年的台中與彰化米糠油事件,和 1982 年 12 月臺南市灣裡地區廢五金業者露天燃燒廢電纜產生煙塵,被檢測含有高濃度戴奧辛。但 30 年韶光荏苒,當時負責調查防治戴奧辛污染的環保署毒物管理處前處長陳永仁,在 2011 年口述歷史中感慨的說「我認為目前還沒有妥善處理」,突顯對抗戴奧辛污染依舊長路漫漫。 

也因為缺乏妥善處理,繼灣裡之後,1999 年接連爆發台北木柵焚化爐檢出戴奧辛超標與震驚國際的中石化台南安順廠戴奧辛污染案,2005 年在彰化縣線西鄉發現戴奧辛鴨蛋,2006 年林口傳出山羊遭到戴奧辛污染,2009 年高雄大寮爆發戴奧辛鴨事件,2017 年戴奧辛毒雞蛋流竄桃竹苗地區和新北市…,戴奧辛污染就像潛伏各地的不定時炸彈蠢蠢欲動!

臺灣戴奧辛事件表。(圖/沈佩泠製圖)
臺灣戴奧辛事件表。(圖/沈佩泠製圖)

 「低溫熱裂解技術」成為戴奧辛污染救星 

9 年前同時接受口述歷史訪談的中央大學環境工程研究所特聘教授張木彬則在 2014 年帶領研究團隊成功開發「低溫熱裂解技術」,有效裂解戴奧辛、多氯聯苯與五氯酚等含氯污染物,並可讓汞從土壤中脫離,終於使因利用水銀電解法電解海水以製造氫氧化鈉和氯氣而造成汞污染、又因製造五氯酚鈉導致廠區土壤受到戴奧辛及五酚氯污染而荒廢多年的中石化台南安順廠整治露出曙光,也被喻為戴奧辛與重金屬污染整治技術最完整的解決方案。 

「戴奧辛有兩個主要生成途徑。」張木彬指出,第一個是化學製程,例如中石化安順廠在製造五氯酚鈉過程,產生戴奧辛「躲在」五氯酚裡面;第二是高溫燃燒,煉鋼、煉銅、焚化爐甚至燒木屑,也會產生戴奧辛,「都不是我們刻意製造,也無法完全避免,含氯的東西經過高溫催化,就會產生戴奧辛。」  

中央大學環境工程研究所特聘教授張木彬帶領研究團隊研發觸媒配方,開發更省能、更低。(圖/李宗祐 攝)
中央大學環境工程研究所特聘教授張木彬帶領研究團隊研發觸媒配方,開發更省能、更低。(圖/李宗祐 攝)

 既然要從「產生」完全杜絕很難,除了在製程盡量降低戴奧辛生成,如何發展有效技術讓它在生成之後,不要從煙囪、飛灰或廢水中排放出來,是防杜戴奧辛污染重要關鍵。張木彬表示,攝氏 250 到 400 度是戴奧辛生成速率最旺盛的「溫度窗」,當化學製程或高溫燃燒產生的廢氣通過煙道的時候,含氯、碳、氧、氫的化合物,經過銅跟鐵催化就會合成戴奧辛。超過 400 度以後,生成速率變慢;更高溫就會被破壞;低於 250 度,活化不夠,生成速率也會變慢。 

「萃冷技術」也因「溫度窗」原理應運而生,讓廢氣通過煙道過程在 1 秒之內從 400 度以上降到 250 度以下,把戴奧辛合成機率極小化,但還是無法達到「零產出」。以焚化爐而言,目前還是普遍採用成本相對便宜的活性碳噴霧法,利用活性碳吸附以氣體分子存在的戴奧辛,再用袋式集塵器把它抓下來,國內現有 24 座焚化爐就有 23 座利用活性碳防止戴奧辛排放至廠外。 

文山焚化爐廠齡超過24年,為提升焚化廠空汙防制效能,台中市政府汰舊換新文山焚化爐。
文山焚化爐廠齡超過24年,為提升焚化廠空汙防制效能,台中市政府汰舊換新文山焚化爐。

然而張木彬認為,活性碳噴霧法雖可有效降低從煙囪排放,卻治標不治本,只把戴奧辛從氣體轉移成固體,抓進集塵器飛灰裡面,問題並沒有完全解決。國內焚化爐每年燃燒處理超過 600 萬噸垃圾,產生 20 萬噸飛灰,都用螯合劑加水泥固化以後,拿到掩埋場處理。年年國泰民安、風調雨順就沒事;但萬一發生強烈地震或類似莫拉克颱風等天災,掩埋場可能被沖垮,裡面的東西就會跑出來,潛在的污染風險很大。 

「最好的方法是發展破壞技術,把戴奧辛分子破壞、分解掉,而不只是把氣體變成固體!這也是我們實驗室一直努力的目標。」張木彬強調,「低溫熱裂解技術」是針對存在土壤或底泥裡面的戴奧辛,抓出來破壞掉並去除毒性,「我們利用氮氣把氧的含量控制到非常低,讓戴奧辛在幾乎無氧的狀態下裂解。」但最重要的核心技術是如何在相對低溫的條件下把戴奧辛完全摧毀。 

在完全燃燒的情形下,要完全破壞摧毀戴奧辛,溫度必須超過 900 度,但溫度越高,消耗能量越大,成本越高,不符經濟效益。「我們發展的技術是在比較低的溫度之下,不超過 350 度,就可以把土壤裡面的戴奧辛破壞掉。」張木彬透露,真正的「溫度窗」很重要,要完全摧毀戴奧辛,除了把它從固體變成氣體,再抓出來裂解處理乾淨;抓準各種氣體分子停留時間,避免讓其再度合成戴奧辛,以及如何給予適當觸媒,必須準確掌握不同的操作參數,才可以真正解決問題。 

政府應重視本土技術落實,解除污染風險 

可惜的是,張木彬研究團隊開發的「低溫熱裂解技術」,雖然被認為是目前已公開發表的研究成果中,最有可能解決戴奧辛與重金屬造成環境多重污染的完整解決方案,但中石化基於成本考量,並未採用他的技術。「就我個人看法,中石化的技術有點東拼西湊,處理流程太長,設備太老舊,事倍功半,沒有達到真正預期的效果。」不過研究團隊並未因此放棄,仍持續鑽研精進「低溫熱裂解技術」。 

「以前的低溫熱裂解沒有加觸媒,近 2、3 年開始研發觸媒配方,希望把溫度從 350 度降到 200 度,甚至於更低到 150 度,讓裂解程序更環保、更省能,成本更低。」張木彬直言,這個當然挑戰很大,但目前已有初步結果,已經降到 200 度,研究團隊正在校驗相關實驗數據,在確認重複性和穩定性以後,才會正式對外公開發表。

 研究團隊語重心長呼籲政府應重視本土化技術研發並落實推廣。台灣工業製程早期產生的集塵灰和焚化廠飛灰,戴奧辛濃度很高,都是隨意棄置,很多土壤可能都受到污染,政府應該確實追蹤調查過去幾年陸續發生的戴奧辛污染事件是否與此有關。怎麼把過去遺留下來的東西與現在還在持續產生的東西,有效防止污染擴散並徹底解決潛在污染風險,要有破釜沈舟的決心! 

枋寮區域性垃圾衛生掩埋場除掩埋焚化爐產生飛灰,也逐漸轉為多元化廢棄物處理。
枋寮區域性垃圾衛生掩埋場除掩埋焚化爐產生飛灰,也逐漸轉為多元化廢棄物處理。

枋寮區域性垃圾衛生掩埋場除掩埋焚化爐產生飛灰,也逐漸轉為多元化廢棄物處理。張木彬舉例,全台焚化爐每年產生 20 萬噸飛灰,過去長期都是掩埋處理,現在每年新產生的也是直接掩埋,都沒有把飛灰裡面的戴奧辛抓出摧毀處理,讓飛灰從有害物質變成無害。政府若再不善用先進技術,等到各地掩埋場最後貯滿爆掉,就會像核廢料要留給下一代處理,「我們這一代要找出好的處理方法,有效解決問題。」 

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科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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Omicron 變異株來歷假說:長期感染?悄悄演化?跨物種回傳?
寒波_96
・2021/12/07 ・2569字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎)感染人類兩年至今,最新局勢是一款新的 Omicron 變異株正在南非肆虐,根據初步資訊估計,它的傳染力強於前半年廣傳全球的 Delta 變異株,殺傷力則仍不清楚。它從何而來,目前有三種假說。

Omicron 現身,大量突變一次出現

SARS 二世冠狀病毒(SRAS-CoV-2),突變通常緩慢新增,少數品系卻曾在短期內累積大量突變,堪稱總加速師。其中影響最大,最有名的莫過於英國誕生的 Alpha、南非的 Beta、巴西的 Gamma,以及印度的 Delta。

世界衛生組織(WHO)以希臘字母命名一系列值得注意的病毒品系,在此之前已經用到 Mu,原本應該繼續使用 Nu,不過 WHO 直接跳過 Nu 和接下來的Xi,直接以 Omicron 命名最新款的總加速師,理由是 Xi 為常見姓氏。這只能怪 Mu 姓沒有人出人頭地,假如有成員當上中國領導人,WHO 就會替其避諱了。

原籍南非的 B.1.1.529 之所以獲得 Omicron 名號,一方面是它現蹤以後,存在感迅速增加,明顯超過同一時空下的 Delta。另一方面是它的基因組上存在許多變異,算是至今已知,改變幅度最大的變異株。

冠狀病毒以表面的 S 蛋白質(spike protein)接觸宿主細胞,之前 4 款總加速師的 S 蛋白質上都配備大量變異,有些對病毒有利。而 Omicron 出現更多突變,多處變異和之前的總加速師們重複,效果如何仍有待觀察。

根據各型號病毒 S 蛋白質的 S1 部分建構的演化樹。和目前流行的型號相比,Omicron 的差異最大。圖/參考資料 1

躲在暗處悄悄演化?

病毒累積突變需要時間,但是所有已知樣本遺傳上都和 Omicron 差異不少,缺乏中間型號。

Omicron 從何而來?目前有三大假說:第一,它一直潛伏在被忽視的角落,最近才冒出來。第二,它是在某位長期感染的患者體內演化而成。第三,它之前跨物種感染動物,最近又跳回人類宿主。

兩年下來,我們掌握極大量的病毒定序樣本,對照之下可知,Omicron 和之前的總加速師都沒有直接關係,包括之前同樣在南非肆虐的 Beta。

Omicron 的祖先似乎能一直回溯到 2020 年的中段,而現在是 2021 年底,也就是說它的祖先在某個角落,默默地存在超過一年。

不過 Omicron 演化成如今的遺傳狀態,肯定沒有經過一年那麼久,初步估計大概不會早於 2021 年 9 月。意思是它誕生至今,只過了幾個月。

根據已知 Omicron 樣本間的遺傳差異,初步估計共同祖先的日期,介於 2021 年 9 月初 到 10 月初之間。圖/參考資料 3

有些專家認為,南非一直是疫情嚴重的地區,累積大量定序資料,以這兒取樣定序的密度,不太可能超過一年都沒有偵測到 Omicron 的前身。由此推論,它之前是在其他地區悄悄演化,如今傳到南非才被發現。

長期感染加速突變?

然而,真的會那麼久都沒有被注意到嗎?

也有專家主張,南非新星 Omicron 的前身原本只是普通病毒(同期生可能都已經滅團),入侵某位免疫力低落的患者後,在人體內長期演化,漸漸累積新的突變,最近才脫穎而出。所以乍看之下突然獲得一大堆新突變,其餘地方卻不存在中間型號。

有人指出根據過去經驗,適合在一個人體內長期感染的突變效果,時常反而不利體外傳播(例如某些肺結核桿菌),因此懷疑長期感染的論點。但是 SARS 二世冠狀病毒的狀況,未必符合其他病原體的經驗。

事實上,上述兩個假說未必互斥。處於雷達之外默默生存一年,以及最近幾個月加速演化,無疑可以是先後發生的兩件事。Omicron 有可能是在南非某處醞釀,也可能是先在別的地方誕生,後來傳播到南非才脫穎而出。

初步估計南非疫區 Rt 數值,幾種方法都超過 2。圖/參考資料 3

第三個假說則主張,過去一年沒有見到 Omicron 的祖先,是因為它離開人類,改為在某種動物身上傳播;動物有別於人類,又因此衍生出一系列新突變,最近才回傳給人類。幾乎不清楚感染動物的病毒品系,這才沒有發現 Omicron 的前身。

我自己認為,人體長期感染後,醞釀出新品系的機會最大,動物總加速師的可能性不高。但是目前缺乏足夠證據,足以排除或證實某個假說。

初步估算:Omicron 傳染力超過 Delta 兩倍

另一方面,目前不確定南非新星 Omicron 的傳染力如何。初步分析估計,前一段時間它在南非的 Rt(有效傳染數,一位感染者平均傳染給幾個人)超過 2,而同一脈絡下的 Delta 小於 1。倘若直接換算,南非新星的傳染力超過 Delta 兩倍。

不過南非的傳染狀況,未必和其他地方一樣。Omicron 的殺傷力多強,也需要更多資訊。隨著南非新星持續入侵世界各地,恐怕不久後我們就會知道結果。

延伸閱讀

參考資料

  1. Where did ‘weird’ Omicron come from?
  2. Trevor Bedford 11 月 30 日推特
  3. Trevor Bedford 12 月 2 日推特

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
173 篇文章 ・ 619 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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江山代有 B 肝出,各領風騷數千年—— B 型肝炎病毒的萬年演化史
寒波_96
・2021/10/22 ・4398字 ・閱讀時間約 9 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

B 型肝炎是台灣很熟悉的傳染病,主要藉由血液、體液的交流傳染。它的歷史非常久遠,在世界各地普遍存在。新發表的論文報告:超過一萬年的人類遺骸中,已經能見到 B 型肝炎病毒(Hepatitis B virus,簡稱 HBV);各款遺傳品系萬年來起了又落,可謂各領風騷數千年。

古代 DNA 的研究,技術已經進步到可以由遺骸或環境樣本,定序裡頭所有的 DNA 片段。例如取自人類牙齒的樣本,定序不只能獲得人類的 DNA,也可能捕獲當事人生前口腔中的微生物。所以同一份樣本被定序後,可以進行不同目的之探索。

論文的 B 型肝炎病毒取樣地點、年代。A 為歐亞大陸的古代樣本,B 為美洲的古代樣本,C 為現代各地流行的基因型分布狀況。圖/參考資料 1

和人類一起移民美洲,獨立發展的 B 肝病毒

B 肝病毒以 DNA 為遺傳物質,被感染的人去世後,病毒的 DNA 可能保留在死人骨頭、牙齒中,因此有機會被偵測到。新問世的論文搜尋資料庫,在世界各地 137 個古代樣本中,偵測到 B 肝病毒的存在。

這批古代 B 肝病毒,年代介於距今 400 到 10500 年前,絕大部份位於歐亞大陸西部和美洲。將各款病毒擺在一起畫演化樹,美洲的古代病毒自成一群,和歐亞大陸的同類平行發展。

一直到數百年前歐洲人殖民以前,美洲的 B 肝病毒都自成一群,最古老的樣本距今約 9000 年,位於安地斯高地的 Cuncaicha 岩蔭遺址(CUN002)。

如今的 B 肝病毒被分為 10 種基因型,稱為 A 到 J 型。美洲流行的 H 型、F 型(genotype H、genotype F),便是這群病毒流傳至今的後裔。

現代、古代的 B 型肝炎病毒擺在一塊,畫出的演化樹。這兒估計的分家年代,相對比較晚。圖/參考資料 1

B 肝病毒的主要宿主是人類,大部分傳播會跟著人走。(北極區以外)美洲原住民的祖先從亞洲移民到美洲後,長期獨立發展,和其他地區缺乏交流。而美洲居民的 B 肝病毒也獨立演化超過一萬年,和人類遷徙、分家的狀況一致。

B 肝病毒在哪兒起源,有多資深?

美洲和歐亞大陸的 B 肝病毒,在什麼時候分家?論文對此不敢給出肯定的答案,也許是一萬多年前,也可能較接近兩萬年前。不過再怎麼說,都比智人祖先離開非洲的年代,要更晚許久。

過去有學者認為,B 肝病毒的歷史能追溯到數萬年前,智人離開非洲的時候。一大證據來自澳洲原住民感染的 C4 亞型(subgenotype C4),和同類分家 5 萬年之久。

但是這回估計 C4 資歷應該不超過 4500 年,遠遠比人類移民抵達澳洲的年代更遲。由此推論,C4 很可能是後來才抵達澳洲的。

根據現有資訊推敲,B 肝病毒的共同祖先頂多處於 2 萬年前。但是更早以前是否已經存在,卻在歷史洪流中失傳呢?目前無法判斷,需要更多樣本才能釐清。

傳染病同類的不同品系間競爭激烈,若是新秀徹底取代老將並不意外。B 肝病毒在歐洲一萬年來的發展史,便是鮮明的興替實例。

歐亞大陸西部不同年代,B 肝病毒的品系存在感,以及其演化關係。圖/參考資料 1

歐亞大陸西部,延續四千年的上古霸權

137 個樣本,大部分位於歐亞大陸西部,可以看出比較詳細的端倪。簡單說:江山代有病毒出,各領風騷數千年。

距今 9000 到 11000 年前,歐洲一帶有 2 款遺傳品系;隨後的 7500 到 9000 年前,其中一款完全消失(Mesolithic 1,下圖左紅色),只剩另外一款(Mesolithic 2,下圖紫色),最早出現在高加索北部,接著在歐洲各處,缺乏農業,不定居的採集狩獵族群中廣傳。

距今 7500 到 11000 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

接下來四千年,也就是距今 3500 到 7500 年前,歐洲和中東幾乎完全被另一群病毒佔領(WENBA,下圖綠色)。論文推測此一品系,是在距今 8000 年過後的歐洲新石器時代,隨著中東農夫移民潮進入歐洲,廣傳各地。

歐洲最初的農夫移民源於安那托利亞(現在屬於土耳其),可是約一萬年前,唯一的安那托利亞樣本卻不屬於這款(上圖左淡紅色),不是 WENBA 品系的直系祖先。

可想而知,目前取樣很有限之下,無法精準判斷各品系起源的位置與年代。每個時期可能都有多款品系共存,我們只能見到,當時存在感比較高的少數代表。

距今 3000 到 7500 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

距今約 5000 年前,青銅時代開始之際,歐洲又有大量移民湧入,能追溯到其東方的草原地區。但是人類族群的 DNA 組成明顯改變之際,B 肝病毒卻沒有變化。或許這時歐洲、草原流行的品系是同一款,你傳我,我傳你,還是看不出差別?

反正歐亞大陸西部在這四千年間,各地的人們不管生活方式、文化差異多大,大家都共享同一款 B 肝病毒!

B肝病毒的興替:霸權崩潰與轉移

盛極四千年的 WENBA 戰隊,距今 3300 年前過後卻幾乎消失。取而代之的是至今仍然存在的 A 型品系(Genotype A,上圖右紅色、下圖左紅色),已知樣本中距今 3500 到 5000 年前分佈於中東、高加索、歐洲東緣;隨後又前進歐洲,到 1500 年前還很有存在感。

接下來興起的是 D 型品系(Genotype D,下圖藍色),與 A 型共存一段時間後,從 1500 年前起成為歐亞大陸西部的新興霸權,從此一直延續到現代。

現代到距今 3000 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

江山代有 B 肝出,WENBA 戰隊為什麼會徹底退出江湖呢?論文推測,多半和距今 3000 多年前的氣候、政治等劇變有關。

青銅時代晚期,地中海東部、中東一帶發生大規模的崩潰潮,周圍的歐洲、埃及動蕩不安(知名的特洛伊戰爭就發生在那個時期),數個重要的政權、勢力瓦解,社會秩序崩解。希臘的邁錫尼文明,黎凡特地區的烏加里特等城邦,安那托利亞的西臺帝國都不復存在。

在人類的經濟、政治強權崩潰,人群大洗牌的同時,B 肝病毒似乎也跟著霸權轉移。

青銅時代晚期的動盪局勢。圖/取自 wiki

上古霸權仍有後裔!卻是半殘的?

然而,在古代樣本沒有取樣到的地方,WENBA 戰隊仍有後裔持續傳承,衍生出 G 型品系(Genotype G)。如今它的存在感薄弱,遺傳多樣性很低,三千餘年來應該是悄悄地活著。

奇妙的是,G 型其實不算是健全的病毒,由於突變之故,它的核心蛋白(core protein)功能受到影響,而且無法生產「B 型肝炎 E 抗原(HBeAg)」,嚴重降低它的複製和感染能力。

曾經縱橫四千年的霸權,現存唯一後裔竟然是半殘的。但是 G 型也有其厲害之處:善於和其他病毒共生。現代的 G 型感染者,多數也同時是愛滋病患。而且 G 型品系的搭便車能力,很可能不是最近出現。

進一步考察非常驚人地發現,與其類似的突變缺失,其實古代樣本中相當常見:距今 3500 到 7000 年前,總共有 14 款略有差異的 B 肝病毒具有這些缺陷。

已知歐亞大陸西部的 83 位古代 B 肝宿主中,高達 22 人同時感染有缺失的病毒,以及健全的另一款品系(包括目前主流之一的 A 型)。半殘的 G 型品系似乎就靠著搭便車,一路前進到現在。

B 肝病毒的蛋白質組成。HBeAg 是關鍵成分,但是 G 型品系無法生產。圖/取自 wiki

B型肝炎的歷史,也是全人類的歷史

感染 B 肝病毒多半不會致命,長期帶原卻會影響健康,有時候後果非常嚴重,因此被列為公衛計畫的打擊目標。台灣成功根除 B 肝病毒,是偉大的公衛成就,每一位居民都因此受益。

上萬年來普遍與人共生的 B 肝病毒,其歷史也是人類的一部分歷史。至今古代 B 肝病毒的研究,取樣幾乎都來自美洲和歐亞大陸西部,其餘地區如東亞、東南亞、非洲的樣本極少。B 肝病毒在這些地方如何演化,也令人好奇。

延伸閱讀

參考資料

  1. Kocher, A., Papac, L., Barquera, R., Key, F. M., Spyrou, M. A., Hübler, R., … & Moiseyev, V. (2021). Ten millennia of hepatitis B virus evolution. Science, 374(6564), 182-188.
  2. Study traces the evolution of the hepatitis B virus from prehistory to the present

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寒波_96
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