不到10个入境者引发各国新冠疫情
新冠疫情(covid-19)是全人类共同的灾难。不幸的是,在此期间,科学与反科学之争,犹如新冠疫情一样失控,科学认知的声音被嘈杂的噪音淹没了。关于疫情起源、扩散与防控, 争议尤其严重。
在这篇文章中,作者从演化生物学与生态学的视角,对新冠疫情中的三个重要问题进行回顾和解析。
撰文 | 吴仲义 文海军
责编 | 汤佩兰 陈晓雪
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起源:第一个疫区不等于起源地
谈病毒起源,我们必须把起源地(pl0,place 0)跟第一个疫区(pl1, place 1)分开来看。pl1是指第一个报道有疫情的地方,此次新冠的pl1是武汉,应该没什么争议。pl0则是指病毒首次成功侵袭人群的地方。目前没人知道 pl0在哪里。
pl0一般不是pl1。例如,全球首例艾滋病毒感染案例于1981年6月在美国确诊之后,至今已在全球范围内广泛传播,但其最早可能在约100年前起源于刚果。再如,2013年寨卡病毒在法属波利尼西亚引发大型疫情,这次疫情扩散到太平洋其他国家和地区。迄今为止,共有86个国家和地区报告出现了寨卡病毒感染证据。但其起源地则为乌干达,最早在1947年乌干达的猴子中发现,并于1952年在乌干达和坦桑尼亚联合共和国的人类中确认 [1]。
将pl1和pl0画等号是假定病毒只须要一个突变,这个单一突变一下就把在pl0变成了pl1。然而,像新冠这样高效的病毒,不可能一个突变就完成了从动物宿主侵犯到人群的过程。
譬如2003 年的非典肺炎(sars),从动物宿主到人就是一步一步缓慢进化的过程。单是一个s蛋白(spike protein,进入人体细胞的关键识别蛋白)就需要5个基因位点的改变。整个过程可能需要好几年,甚至数十年。我们现在知道新冠病毒在2020年也仍在一步一步的变化, 每一小步都是进化的环节,可以说整个过程是渐进的。
《科学通报》一篇关于大流行起源和早期演变的文章,提出了一个数学模型来解释病毒的逐步演化(ruan et al. 2020a)[2]。该模型假定pl0 是一个边远的乡下或是自然保护区 [2]。在pl0,野生动物多,人口稀少, 而人兽接触相对频繁。在此条件下,病毒一步步提高感染率,而宿主(野生动物与人)也逐步产生群体免疫。三方长期拉锯战,你来我往。经历这个过程,病毒感染率提升得很高,但是pl0 的宿主有免疫力, 所以病毒也没多大优势。相比之下, pl0外面的人群没有群体免疫。一旦外人到 pl0 被感染,回去之后,病毒很容易一触即发地扩散。
这意味着,任何人口密集的城镇,居民到pl0 附近旅游、采购、探险,都可能成为pl1。
新冠疫情像是森林的山火。火够大了,早晚有个市镇要遭殃。ruan et al. (2020a) 只是第一个 sars-cov-2 演化的模型。以后的模型,建立在新的数据上,结论可能相同,也可能不同。但是,目前坊间相传的病毒起源很多基于猜测,缺乏科学规律。
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病毒从pl0 传播到 pl1,无声无息。疫情在pl1之后才明朗化,因此疫情控制的关键是由第一个疫区到其它新疫区的扩散(总称为pl2)。理论上,三五个病毒携带者可以引发一个地区的疫情。但是在真实的世界,疫情也有可能需要多达1000 个病毒携带者才点燃的起来。
所以核心问题是:“不同国家的疫情到底是多少个境外输入病例引起的?”
ruan et al.《国家科学评论》(nsr)的论文以群体遗传 “奠基者” 理论提供了一个测算 [3]。“奠基者” 指的是一小群个体逐步成长为一个大的群体。通过分析新冠病毒散播早期的两个基因型s型与l型,(北京大学陆剑团队在 nsr 三月刊发表的结果 [4]),ruan et al.发现s跟l型在不同国家的分布存在很大差异(表一)。s型在日本与韩国所占比例分别是4.0% 和58.8%;在意大利与西班牙所占比例分别是 0% 与46.4%;在美国的东西海岸分别是3.2% 与64.7%。如果这些国家的疫情都是 1000 个入境病例引起的,s型所占比例在国与国之间的差异应该小于3%。如果是100 病例引起的,差异应该小于9%[3]。
把奠基者理论用于各国s与l型病毒感染的实际数据,得到的结论是 “大部分国家的疫情是5-10个携带病毒的入境者引起的”。也就是说,疫情扩散,一个航班有一个无症状感染者也许就够了。因此疫情散播,一旦第一个疫区出现,若仅仅靠海关入境或出境的限制是挡不住的。
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防控:“内部管制” 防疫成效取决于力度大小,时间是次要的因素
防疫措施分为 “入境管制” 与 “内部管制”。入境管制如果有一点漏网之鱼,基本上就没效了。因此入境管制只有在内部管制达到清零时才有作用(见图一)。确实许多国家做了 “入境管制”,成效不彰。一个常见的说法是预警时间太晚——若第一个疫区预警时间提早,许多人认为成效会好很多。但如图一显示,第一个疫区预警时间提早,其它措施不变,新疫区的疫情严重性还是一样的,只是滞后了一点。
北京大学陈松蹊团队的研究发现,国与国之间,疫情防控效率与疫情起始时间没有关系。换句话说,防控的效率取决于防控措施的力度,预警时间仅仅改变了疫情开始的早晚 [5]。
图一 在三种不同防疫策略下(入境,内部和两者)感染病例数目【n(t)】的变化。 上下图代表早期预警(第0天)与晚期预警(第12天)
基于以上分析,我们得出三个结论:
● 武汉是第一疫情区,但不会是起源地。
● 国家之间的疫情传播是由极少数感染者引起的。
● 全球防控,必须每一个地区都能执行严格的“内部管制”(也就是globally-local)。
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如何面对未来的全球传染病?
病毒引起的大规模疫情在20世纪和21 世纪渐趋频繁。1918 流感是100 年前。sars与 covid-19 仅仅有17年之别。下一次大流行应该不需100 年。
那么,我们在新冠疫情里学到了什么?
第一,抑制新冠这类大规模疫情的最佳办法。是全球每一个国家都必须把 “内部管制” 做实,入境管制不是防控的起头,是用来收尾的。更重要的,任何地区内部管制不善,对于全球疫情都会造成威胁。
第二,疫情的防控与治疗是科学问题。新冠病毒疫情如此严重主要是非科学的措施占了主导地位。人类发展了科学认知与科学方法,如果下次疫情来了,科学不能主导政策,历史还会再重复。
作者简介
吴仲义,中研院院士。芝加哥大学生态与进化系教授 (1991 – 2018),系主任(1998-2008),2008-2014 任中科院北京基因组所所长,2014以来在中山大学开展进化的研究。文海军,中山大学副教授。
制版编辑 | 卢卡斯