科學家模擬傳染病傳播,發現黑死病其實不是透過老鼠散布

作者 | 發布日期 2018 年 02 月 05 日 8:45 | 分類 環境科學 , 生物科技 follow us in feedly

一直以來,囓齒類動物與身上的跳蚤被認為是 14~19 世紀歐洲一系列大型傳染性疾病爆發的源頭。但現在卻有來自挪威奧斯陸大學(the university of Oslo)與義大利費拉拉大學(the University of Ferrara)的研究者,首次發現其實黑死病大多由人類身上的跳蚤及頭蝨造成。



公元 1300 至 1800 年間,人類歷史上多次的爆發大型疾病傳染,其中包含了 14 世紀中葉令人聞之色變的黑死病(Black Death)。根據記載,黑死病在 1347 至 1351 年間奪走約 2,500 萬人生命,超過當時歐洲三分之一人口。

1348~1813 年間黑死病疫情在巴塞隆納、佛羅倫斯、倫敦、斯德哥爾摩、莫斯科、格但斯克等歐洲城市爆發。總共約 12.5 萬人死於這幾次疾病爆發,疾病擴散速度太快,當時死亡的人們甚至沒有辦法好好下葬。1348 年爆發的黑死病甚至在短短 18 個月內奪去倫敦一半人口數。

與現代較近的歷史中,從 19 世紀末期開始出現以老鼠及其他齧齒類動物為傳播媒介的疾病,其中也包含 2017 年 8 月馬達加斯加爆發的鼠疫疫情。當被鼠疫桿菌(Yersinia pestis)感染的跳蚤叮咬人類,鼠疫桿菌就會進入人體血管,聚集於各處淋巴結。人類被感染後身體各處淋巴結開始腫大形成形態駭人的淋巴腫,這種類型的症狀因此稱為淋巴腺鼠疫(bubonic plague)。

綜觀人類史上大型傳染病記載,公元 541 至 542 年發生的第一次大流行(查士丁尼大瘟疫,Justinian Pandemic)因為年代太過久遠沒有足夠記載。但近代 1855 年發生第三次大流行疾病擴散的主因,一般認為仍是老鼠造成,因當時瘟疫發生,街道上也有大量老鼠死亡(rat falls)。由於老鼠在近代鼠疫發展中扮演的角色,加上中世紀鼠疫患者身上保留的基因證據,專家便以此推測認第二次大流行是由老鼠為主要傳染媒介。鼠疫桿菌感染老鼠後,老鼠身上的跳蚤會因叮咬老鼠,因此攝入老鼠血液內的細菌,當老鼠因細菌感染死亡,身上的跳蚤等寄生物會離開死去的老鼠,擴散開來尋找下一個宿主,可能因此叮咬人類。

中世紀黑死病並無老鼠大量死亡記載

但部分歷史學者認為黑死病的散播並非如此,其中一個原因是中世紀黑死病擴散的速度遠比近代幾次鼠疫爆發來得迅速。此外,近代的疫情爆發前會先出現老鼠被感染的跡象,但在中世紀疾病發展紀錄中,幾乎沒看到老鼠大量死亡的記載。

英國蘇格蘭格拉斯哥大學中世紀歷史學者 Samuel Cohn 認為「黑死病歸咎於老鼠及跳蚤」,是因為遺傳學者與現代歷史學者以很少的證據就將老鼠定為罪魁禍首。雖然如此,有一派學者一直沒有放棄黑死病是由人類身上跳蚤傳播的這個可能性,他們認為叮咬過受感染人類的跳蚤及頭蝨,能輕易轉移到距離較近的其他人類身上,因而將疾病擴散開來。

這些科學家認為如果黑死病最初是由老鼠所帶來的跳蚤散播,那麼一開始的死亡人數會較低,但感染老鼠開始死亡後,身上的跳蚤就會轉移陣地跳到人類身上;但歷史記載可看到,當時大量衛生習慣不佳的民眾助長了黑死病擴散,此外,1346 年黑死病肆虐歐洲時,大部分人由於很少洗澡,身上都有跳蚤與頭蝨。

14 世紀黑死病是人傳人模式

這項發表於《美國國家科學院院刊》(PNAS)的研究中,研究者提出證據,推翻先前人們認為老鼠是中世紀歐洲黑死病罪魁禍首的說法。研究指出,人類身上的跳蚤、頭蝨等寄生蟲才是散播致病細菌的主要媒介,也是造成流行病史上第二次大流行(the Second Pandemic)的真正原因。

這項研究的主要作者、奧斯陸大學生態與演化綜論中心(Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis)博士研究員 Katharine Dean 表示,這些疾病的爆發大大改變了人類歷史的進程,因此了解疾病如何傳播,以及快速散布的原因就變得非常重要。

同一個疾病在同一個族群內經由老鼠身上的跳蚤,或是人類身上的寄生物傳播,在計算疾病傳播模式時會得到完全不同的呈現結果。為了加以證實,Dean 和研究團隊將數據導入,模擬由老鼠、跳蚤以及頭蝨傳染的疾病在爆發時會呈現的狀況。

在反覆運行過幾次他們的模型之後,Dean 和 Schmid 開始統計分析,以判斷哪個模型最符合第二次大流行時,9 個歐洲不同地區爆發疾病的情形記載。他們出乎意料的發現,9 個城市中有 7 個死亡案例記載,與「以人類寄生物傳染」的模型較符合。

奧斯陸大學 Nils Stenseth 教授表示,研究團隊擁有夠精確的當時爆發疫情的 9 個歐洲城市死亡紀錄,便以此建構模型,模擬當時疾病的傳播情形。接著研究團隊再分別以老鼠、飛沫傳染及人類身上衣物的跳蚤與頭蝨這 3 種傳播方式,模擬這幾座城市疾病爆發的情形。結果發現 9 座城市中,有 7 座的疾病爆發過程記載較符合最後一種模式,也就是透過人類身上的寄生物傳染。這也解釋了為什麼疾病散播如此迅速又影響如此大量人口。

Stenseth 教授表示,研究結果非常清楚顯示了以頭蝨為傳染源的模型最符合當時記載,因為如果黑死病是透過老鼠傳染,比起直接透過人與人直接傳播,還要經過額外的路徑,傳播速度不可能這麼快。

Stenseth 教授表示,他們的研究最開始是為了還原歷史,利用現代技術解開人類歷史上最慘烈的流行疾病發生背景。但對過去傳染病發展過程了解得更詳盡,對降低未來其他疾病對人類的影響一定會有幫助。就算到了現在,鼠疫(plague)仍然在亞洲、非洲及美洲部分地區流行,而這些地區的疾病傳染原仍是齧齒類動物。根據世界衛生組織報告,2010 至 2015 年間仍然有 3,248 個鼠疫案例,其中有 584 個案例死亡。

公共衛生發達後減少大規模疾病影響

對此 Stenseth 也再次強調,這項研究也顯示改善公共衛生是未來防止疾病散布的重要工作。另外,這也表示當你被感染之後,就應該避免接觸其他人群,待在家中少出門。

在研究中,研究團隊認為鼠疫無疑是具有顯著的科學、歷史研究價值,同時又能引起大眾興趣的主題,況且這類疾病現今仍然存在於世界某些角落。因此,了解這類疾病在歷史上出現的完整過程,以及影響狀況就變得至關重要。

Dean 認為現代人在面對同樣疾病時比過去要幸運得多,因為現代人身上比較少寄生物,且有更好的衛生條件,讓疾病擴散得以被控制。

Dean 與 Schmid 對這項研究仍表示,他們的研究模型仍能透過加入一些實驗數據加以改進,但他們也認為目前的研究結果,已夠讓從事黑死病相關研究的學者有更豐富的資料,對這個充滿爭議的問題進行更深入的討論。但對於這些始終爭論不休的議題,Dean 與 Schmid 認為他們只是抱持著客觀態度的旁觀者,不站在任何一方。

同樣以數據模擬疾病擴散進行研究的美國能源部阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的 Charles Macal,對這項研究表達認可,認為這是一項很酷的研究,從源頭探究這些疾病爆發的原因。

科學家對這個改變歷史的傳染病感興趣的主題,除了像 Dean 等設法了解疾病如何在歐洲快速擴散,且在後來 450 年內不斷重複出現之外,也有其他研究團隊研究黑死病的發展,以設想萬一傳染性疾病無法以抗生素有效控制會產生的問題。

鼠疫桿菌定序後找出黑死病源頭

2011 年加拿大麥克馬斯特大學(McMaster University)與德國蒂賓根大學(the University of Tubingen in Germany)的學者成功定序了鼠疫桿菌全基因。2016 年,科學家更進一步確認該菌種就是造成第二次大流行時的病原菌。麥克馬斯特大學古代 DNA 研究中心主任 Hendrik Poinar 表示,目前研究團隊正在著手研究從中國傳過整個亞洲,到達歐洲造成疾病流行的各品系菌株之間的基因差異。研究者希望透過這些研究,了解該菌種如何在整個世界散布。除了上述這些主題,該病菌的致病性也是十分重要的課題。

就像 1918 年間爆發的流感大流行已是近代非常大型的瘟疫爆發事件,但其影響力與當年的黑死病相比仍顯得微不足道,很難想像當時短短時間就失去如此大量的人口,到底對社會文化各層面的影響多大,至今仍是人們熱烈討論的主題。

英國東英吉利大學(the University of East Anglia)歷史學者 Mark Bailey 教授表示,歷史學家與科學家才在距今不到十年前達成共識,認為黑死病絕對是一種鼠疫,儘管其傳染與疾病的表現與現今的鼠疫不太一樣。現在這項研究也解釋了當時黑死病為什麼和現在的疾病如此不同,能在當時傳播如此快速。

這項研究也顯示如跳蚤與頭蝨等人體外寄生蟲在疾病擴散過程扮演的角色,以有力的實驗數據佐證提出新觀點,以科學方式重塑人們對歷史的理解。

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