科幻照进现实2：研究使用人工生命系统模拟远古生物入侵，释放古老病毒将是全球灾难！
困在冰川或实验设施里的古老病原体可能会挣脱束缚，并给人类带来灾难性后果——这一想法是科幻作家和编剧的灵感源泉。考虑到气候变化及其后果，远古生物的复苏可能会对生物多样性构成风险。科学家预计每年将有4.000.000.000000.000000.000个微生物被释放，与宇宙恒星数量大致相当。
在上一期的头条文章中，我们报道了德国的研究人员复活了一种在西伯利亚永久冻土中冰封了46000年生命的土壤线虫Panagrolaimus kolymaensis。
（点击链接阅读原文） 病毒学，公众号：生命科学前沿科幻照进现实！德国科学家复活了4.6万年前的远古生物
而在2023年7月27日，《PLOS COMPUTATIONAL BIOLOGY》杂志也发表了一篇研究：Time-travelling pathogens and their risk to
ecological communities，该研究首次利用计算机模拟的灵活性和真实感，对这些“穿越时空”的病原体对现代生态群落造成的生态风险进行了广泛的探索。研究发现，入侵的病原体通常可以生存、进化，在少数情况下，导致自由生活物种的总丰富度的大幅下降或增加。
根据研究结果，研究者警告称：迄今为止仅限于科幻小说和猜想的不可预测的威胁可能是生态变化的强大驱动因素。警示释放古老病毒或将是全球的灾难！
冰川和永久冻土前所未有的融化速度，给了远古(或灭绝)的微生物重新出现的机会。然而目前，这种风险仍然无法量化，因此需要对远古微生物对现代社区产生影响的潜在生态进化机制进行全面调查。
为了验证这些假设，研究者通过回答三个主要问题，来调查远古生物对现代社区结构的影响：
(1)远古生物在现代社区扎根的几率有多大?
(2)入侵生物对群落多样性有什么影响?
(3)影响远古生物入侵成功的特征是什么?
为了回答这三个问题，人工生命模拟——提供了一个强大的工具来规避这些挑战，并获得迄今尚未探索的见解。研究者构建了一套大规模的人工进化实验，使用了人工生命系统Avida，用计算机模拟复杂的数字微生物群落的进化。
Avida世界由一个二维网格组成，在那里，固定的数字生物通过逻辑操作(即“任务”)与环境进行交互，这反过来用功能术语定义它们的表型。
在模拟世界中，生物会为CPU周期(允许它们繁殖的能量来源)和空间而竞争。在Avida中，时间是用更新来衡量的，在每次更新期间，种群中的每个生物平均执行30条指令(即30个CPU周期)。为了繁殖，有机体必须将由简单的计算机指令组成的遗传密码复制到内存中的另一个位置，然后才会产生一个新的后代，就像某些类型的计算机病毒所做的那样。
Avida中的病原体利用最初分配给宿主的CPU周期，从而降低宿主的生殖能力。病原体只能在合适的宿主上存活，不能从一个宿主转移到另一个宿主。因此，当致病性繁殖体从感染者传播到易感宿主时，会发生新感染。
在实验中，完成任务需要使用特定数量的特定资源，并根据预先定义的可配置的“生物化学”结果在环境中“排泄”副产物资源。这意味着不同生物完成的任务既取决于环境条件，又影响环境条件，这为模拟增加了真实性。
研究发现证实了普遍的共识，即由于所涉及的生态和进化因素的复杂性，生物入侵几乎不可能预测。具体而言，研究分析表明，与入侵者或群落的特征相关的多个变量可能对入侵的潜在结果产生复杂的影响。这种复杂性阻碍了设计一个能够预测入侵结果的模型。
尽管如此，研究者的结果有助于通过识别漏洞来改善准备工作。特别是，他们支持经验观察，即多样化和密集的社区比单一社区更不容易受到入侵。
此外，病原体多样性和丰度可以降低远古生物在现代社区中建立的可能性，这一结果强调了不仅保护自由生活的物种，而且保护其病原体和寄生虫的重要性。
虽然研究者的工作重点是远古生物入侵对生态的影响，但古代病原体也是对人类健康的潜在威胁，既是疾病的直接病原体，也是新型人畜共患风险的潜在来源，鉴于过去COVID-19大流行，这是一个高度相关的话题。
类似事件的发生本质上是不可预测的，但像该研究这样的建模框架可以通过量化远古入侵者在现代社区中影响的几率来提供独特的视角从而改善风险评估。
参考资料：
https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1011268
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