财新传媒
位置:博客 > 知识分子 > 不到10个入境者就可能引发各国新冠疫情

不到10个入境者就可能引发各国新冠疫情

pixabay.com
 
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
 
1 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。
 
2 扩散:国家之间的疫情扩散仅需要少数(5-10个)感染者入境
 
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]。
表一 S型新冠病毒在不同国家或地区的比例
 
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。
 
3 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)。
 
4 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。
 
参考资料
 
[1]https://www.who.int/zh/news-room/fact-sheets/detail/zika-virus
 
[2]Ruan Y, Wen H, He X, et al. A theoretical exploration of the origin and early evolution of a pandemic? Science Bulletin, 2020a, in press
 
[3]Ruan Y, Luo Z, Tang X, et al. On the founder effect in covid-19 outbreaks – how many infected travelers may have started them all? National Science Review, 2020b, nwaa246
 
[4]Tang X, Wu C, Li X, et al. On the origin and continuing evolution of sars-cov-2. National Science Review, 2020, 1012-1023
 
[5]Gu J, Yan H, Huang Y, et al. Comparing containment measures among nations by epidemiological effects of covid-19. National Science Review, 2020, nwaa243



推荐 4