一场野火，就能将致命真菌送到你的肺里

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当我们反复强调野火带来的PM2.5时，还有更多的健康隐患隐藏在烟雾中。 撰文 | 二七 审校 | Clefable   12月的一个凌晨，杰西·梅里克（Jesse Merrick）终于打通了母亲的电话，电话中的母亲泣不成声——2017年，美国南加州的“托马斯大火”（Thomas Fire）烧毁了一千多亩土地，他们的家也在这场大火中付之一炬。   梅里克很快回到了曾经的家，他在烧成黑炭的地下室待了好几天，试图寻找任何可能残存下来的东西。梅里克特意带上了口罩和手套，但这些装备没能抵御潜伏着的危险。   三周后，当梅里克飞回自己在阿拉巴马州的住所准备继续工作时，他的身体却仿佛出了什么问题。起初只是低烧、咳嗽、浑身酸痛和轻微的皮疹。但随着病情恶化，他的关节周围开始出现淤青，“就像是被人用球棒揍了一通”。他还患上了肺炎，连呼吸都会感到很痛。   很快，梅里克的初级保健医生发现，他的肺部长了一个直径6厘米的肿块。医生决定进行组织活检和脊椎穿刺，来确定梅里克最担心的那种可能性——癌症。但就在手术当天的上午，一组传染病专家来到了病房，他们给梅里克带来了诊断结果。  
真菌的威力   事实上，梅里克的肺部肿块并不是什么肿瘤，而是一团真菌球。   梅里克所患的这种病被称为“山谷热”（valley fever），是一种真菌——球孢子菌（Coccidioides）感染人肺部引发的。医生给他注射了氟康唑，一种抗真菌药物，梅里克的身体状况很快就好转了。   有两种球孢子菌可以导致山谷热，图为其中一种C. immitis（图片来源：wikipedia/Public Domain）
山谷热并不是什么罕见病。在美国西南部，每年都有至少上万起山谷热病例。在炎热、干燥的气候条件下，当地土壤中球孢子菌的孢子（真菌的生殖细胞）会大量扩散到空气中，再被人吸入肺部。但患者中的60%都没有症状，或是只出现疲劳、咳嗽、发热等轻微症状，很容易被误以为感冒或流感。但如果感染持续恶化，甚至扩散到肺部以外的其他部位，就很容易引发多器官衰竭，导致患者丧命。   随着气候变化，美国亚利桑那州和加利福尼亚州更加干燥炎热，球孢子菌更容易扩散。一项研究统计，从2000年至2018年，美国加利福尼亚州的病例增加了至少8倍。   但一些科学家怀疑，病例数的增长不止与气候条件有关，还与愈加频繁的野火有关系。

野火的隐藏威胁   2019年，美国加利福尼亚大学旧金山分校的一个研究团队发现，一些真菌感染病例似乎与野火相关。如果一个医院周围约300千米的范围内发生了野火，那么随后几个月内，山谷热等真菌感染病例似乎会明显增加。   图片来源：Unsplash
现在，越来越多的科学家怀疑，除了我们熟悉的空气污染颗粒物（PM2.5）之外，野火烟雾还携带着更多致病微生物。不止是球孢子菌等真菌，细菌、古菌甚至病毒，都可能会随着野火烟雾升入空中，并传播到更远的地方。   爱达荷大学的勒达·科布齐亚尔（Leda Kobziar）还由此建立了一个新兴的学科——火大气生物学（pyroaerobiology）。他们的研究焦点，就是野火烟雾中的微生物。  
人造雪到人造火   听起来有点怪，但科布齐亚尔最初对火大气生物学的研究灵感来自人造雪。 纯净水的凝固点接近零下40℃，只有水中存在微小的悬浮颗粒时，水的凝固点才会接近0℃。这些颗粒名为凝结核，是冰晶最中心的核。   目前最佳的凝结核之一，就是丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）产生的一种蛋白质。大多数的造雪机都会向水中添加这种细菌蛋白，来确保细小的水滴能在接触地面前凝固。   当然，在开始造雪前，细菌就早已死去，但烟雾中的微生物或许还活着。“我开始以同样的方式去理解烟雾，我想知道烟雾中是否存在活细菌。”科布齐亚尔开始思考，“一些野火会产生非常独特的烟雾，这些细菌会不会是原因所在呢？”   随后，科布齐亚尔和同事开展了一系列验证实验。她们从爱达荷州的森林中获取了一些地面样本，包括土壤和凋落物，再在实验室中焚烧，果然从烟雾中发现了大量微生物的痕迹。   更有力的证据来自在佛罗里达州野火现场获取的数据。这多亏了佛罗里达州的“控制焚烧”（prescribed burn）政策。在一些易发野火的地区，政府相关部门会定期点火，引发一场小范围、可控的“人工野火”，这被称为“控制焚烧”。控制焚烧不仅能清除地表的易燃物，还有助于一些树种生长，可以有效降低野火风险。   这样的控制焚烧为研究团队提供了绝佳的机会，他们可以在控制焚烧前，采集当地的空气样本，作为对照。在山火点燃后，还可以在不同时间、不同位置连续取样，从而获取最直观的数据。  
火大气生物学
实验结果与她们的假设非常一致，烟雾中的确有微生物存活，数量还不少。即使在这种不太剧烈的“控制焚烧”中，烟雾中的平均微生物细胞数可以达到每立方米67 000个，大约是着火前空气（每立方米13 000个）的5倍。而考虑到“控制焚烧”操作时控制了焚烧方式和规模，并且最小化了火灾产生的污染物，在一场真实的野火中，烟雾中微生物的数量很可能会更多。   同时，随着采样地点逐渐远离烟雾源，微生物的丰度也与烟雾中颗粒物的浓度呈正相关——这说明多出来的这些微生物很可能就是烟雾送来的。 烟雾中微生物浓度变化模型，图中颜色代表每千克细胞数（图片来源：L. N. Kobziar & G. R. Thompson, 2020）
科布齐亚尔推测，在熊熊燃烧的野火中，土壤和凋落物中的微生物大量释放到了空气中。而且即使在燃烧区外，野火也能引发大规模上升气流，让土壤中的真菌孢子被吸入羽流中，最终进入烟雾。   与PM2.5一样，烟雾中的这些微生物也会形成气溶胶。一旦气溶胶化，空气动力学直径小于5 µm的微生物就有可能随着烟雾传播数百千米，成为许多人注意不到的健康威胁。   考虑到火源附近烟雾中的微生物浓度更高，那些长期、近距离暴露于烟雾中的人群受到的影响可能更大，首当其冲的就是位于灭火前线的消防员。目前，美国CDC已经将消防员列入山谷热的高危职业中。   不过值得一提的是，尽管一些数据显示，美国西部地区的野火烟雾增加与真菌感染病例有关，但目前依然没有直接且确凿的证据证明，野火烟雾会导致山谷热等疾病的感染——这些也正是科布齐亚尔迫切想要知道的。  
2021年，佛罗里达大学设立了一个火大气生物学研究项目，包括科布齐亚尔在内的许多研究者正在进一步探索烟雾中的微生物组成，并试图将过去的野火烟雾范围与数字化医疗记录叠加，来了解它可能带来的风险。   这将是第一个“火大气生物学”领域的项目。两个基本的问题等待着这些研究者回答：“这些微生物能存活多久”和“它们能传播多远”。从这两个问题出发，研究团队将继续了解它们会产生怎样的影响，无论是对人类、对动植物，还是对更广泛范围内的气候。
参考资料： 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/