人類與傳染病奮戰的公衛史上，天花的戲劇性數一數二。英國醫師愛德華．詹納（Edward Jenner）在 18 世紀末發明牛痘，也讓人類認識了一種有效預防疾病的方式。儘管如此，天花在 20 世紀仍然奪走 300 到 500 萬人的性命。
爾後全人類團結一致對抗天花，不可思議地成功了！世界衛生組織在公元 1980 年宣布野生的天花絕跡──那一年譚德塞 15 歲，WHO 達成最偉大的成就之一。
全球天花根除計畫（Global Smallpox Eradication Program）的前後 3 任領導： J. Donald Millar、 William H. Foege、J. Michael Lane 博士，1980 年時拍攝。圖／取自 wiki
找到 1400 年前的天花，比維京人更古老
天花是人類古老的傳染病，如埃及法老拉美西斯五世，公元前 1154 年可能就是亡於天花。但是其他疾病也會產生類似天花的症狀，使得古代疑似天花的病例難以判斷。
近來由遺骸中取得 DNA 的研究大行其道，不少研究者也藉此探討古代的微生物。最近發表的論文報告，在歐洲北部 7 到 11 世紀（涵蓋維京時期），11 人的遺骸中發現天花病毒，表示至少在那個時候已經有人感染天花。1, 2, 3
天花病毒（variola virus，縮寫為 VARV）是 DNA 病毒。新發表的論文由年代介於距今 150 到 36000 年前，歐亞大陸和美洲的 1867 個古代樣本中搜尋天花，結果在 26 個樣本中偵測到天花病毒的碎片。
古代天花病毒的取樣地點。KHA1 和 FIN1 年代為 19 世紀，VD21 為 17 世紀，其餘 11 個樣本介於 7 到 11 世紀。圖／取自 ref 1
進一步分析，這 26 個樣本中有 13 人的結果比較可靠，從中取得比較大量的病毒 DNA 片段。出土於俄羅斯西部的 2 人年代為 19 世紀；其他 11 人年代介於公元 603 到 1050 年，分別位於北歐、不列顛、俄羅斯西部，從中拼湊出 4 個完整的基因組，平均覆蓋率介於 5.01 到 45.19。
介紹這次發現時，包括論文和一些新聞，都寫說得知「維京時期（Viking Age）」的天花。肯定曾有維京人感染天花，不過嚴格來說，維京時期在公元 793 年才正式開始；年代在此之前的樣本，都早於維京時期。
失傳的古代天花
天花是正痘病毒（Orthopoxvirus）旗下一員。將已知的天花及其近親，如牛痘病毒（vaccinia virus）、駱駝痘病毒（camelpox virus）共 84 個樣本擺在一起，建構出的演化樹顯示：這回找到的所有古代天花自成一群，與現代天花的共同祖先能追溯到 1700 年前左右。
天花與近親們的親戚關係，這回獲得的古代樣本（aVARV，紅色樣本）自成一群，和現代天花（mVARV）分屬不同演化分枝。圖／取自 ref 1
之前有論文報告，在 300 多年前的立陶宛樣本中發現天花（VD21），和現代病毒的共同祖先約為 400 多年前，因而質疑天花的歷史是否真的那麼悠久，更早以前，如埃及法老等疑似天花的記載或遺骸病理研究，是否為其他疾病所致。新發表的論文則證實，年代更早的天花的確存在，只是其演化支系在某個時候失傳了。4
- 延伸閱讀：古天花病毒掀起歷史疑雲
不只天花，之前一系列鼠疫桿菌，以及麻疹的古代DNA 研究，都發現年代愈接近現代，病原體的遺傳多樣性也喪失愈多。取得年代愈早的樣本，估計病原體的起源時間也會愈早。光憑數量有限的樣本，不足以一口咬定起源時間。
- 延伸閱讀：麻疹起源，2500年前，由牛傳人？
不斷失去基因的天花病毒，殺傷力愈來愈強？
天花一類的正痘病毒們，可以感染不同宿主，引起輕重有別的症狀。有些病毒宿主範圍較寬，能感染多種對象，殺傷力卻多半不強。宿主種類較少，感染範圍較窄的病毒，通常威力也比較強；有意思的是，這群病毒一般也會少掉一些基因。
正痘病毒戰隊的殺傷力是減法，時常是基因變少，殺傷力變強。（正相關，但是不見得有因果關係）
各天花病毒基因組中，致病基因們的狀況；大致上愈接近現在的天花，少掉愈多基因。圖／取自 ref 1
過往研究指出，正痘病毒們有 200 多個基因和致病密切相關。交叉比對不同種正痘病毒，感染牛的病毒 cowpox（和用於牛痘接種的那款不同）有 209 個基因，是近親中數量最多的。它可能最接近眾多正痘病毒尚未分家以前，共同祖先時期原本的狀態，後來分家為不同病毒，面對各異的宿主後，旗下成員們才各自失去不同基因。
- 延伸閱讀：歐亞大陸西部傷寒的歷史，智人也是一種動物
詳細分析古代和現代的天花樣本，可以發現它們各自失去不同的基因。算總數的話，現代天花的基因數量比古代同類更少；不過也有些古代天花少掉的基因，在現代同類中仍然存在。總之狀況非常複雜。
整體看來，基因喪失與年代呈線性關係，愈接近現代，天花有愈多基因喪失。假如基因減少的速度和最近 1000 年一致，那麼估計在 4000 年前，天花的基因狀態類似 cowpox，不過這樣估計的誤差很大就是了。
不同年代的天花，與致病基因數量的線性關係。圖／取自 ref 1
基因和現在不一樣，古代的「天花」是天花嗎？
這項發現引發一個問題：古時候的天花，是我們所認識的那個天花嗎？
我們知道的天花，確診死亡率約有 30%，即使沒死也可能有後遺症，算是殺傷力強大的傳染病。感染過天花的幾位 7 到 11 世紀古人，由出土狀況無法判斷是否因天花去世。然而一度存在他們體內，後來某個時刻失傳的病毒，由遺傳組成看來，殺傷力似乎不如現代天花。
假如天花在比較早期的殺傷力不如後世，它們是在什麼時候變得更致命？這個問題很有意思。一般來說，傳染病如果殺傷力太強，反而不利傳播，像是今年橫行世界的 SARS二世冠狀病毒（SARS-CoV-2），靠著殺傷弱、傳播強，使得它的疫情遠遠勝過殺傷強、傳播弱的 SARS 和 MERS 兩位前輩。
中美洲 1585 年天花疫情的歷史紀錄。圖／取自 wiki
奇妙的是，如果這回研究的古代天花殺傷力真的較弱，那麼就是較不致命的古代天花滅絕了，更加兇險的現代天花卻廣傳世界。
殺傷力更強的現代天花，傳染能力也勝過古代同類嗎？被歐洲人帶到美洲，橫掃美洲原住民的天花又是什麼款式？研究傳染病演化，這些是非常值得深究的問題。
追尋天花的起源與傳播，認識傳染病演化
根據已知資訊，仍不足以得知天花的起源地點與年代。不過可以肯定至少在公元 603 年，歐洲北部已經有人感染天花；所以天花起源自歐亞大陸或非洲某處的時間點，必定更早於 1400 年前。
有些當時的歷史文獻記載，歐洲南部有人感染天花。假如歷史記載屬實，意謂當時歐洲各地都有天花存在，而且缺乏文字記錄的北部也不例外。不過目前各方面的資訊非常有限，無法評估當時有多流行。
天花演化史上的大事件。圖／取自 ref 3
這次調查沒有在年代更早，也沒有在歐洲北部以外發現感染天花的人，不等於那些時空中沒有人得到天花。不是所有天花感染者的遺骸，都能順利取得天花病毒的 DNA；也可能古代感染人數太少，所以留下記錄的機率太低。
天花在歷史上的殺傷力可能愈來愈強，WHO 統籌各國之下，天花最終在 1980 年慘遭人類滅團。40 年後，全人類又面臨新的 SARS二世冠狀病毒威脅，WHO 卻不復當年神勇。如今研究天花，除了懷古以外，認識傳染病的演化也別具意義。
延伸閱讀
- 鼠疫桿菌，歐洲新石器時代崩潰的元凶？
- 鼠疫桿菌至少 3800 年前，成為跳蚤騎士
- 查士丁尼瘟疫6到8世紀，幾年廣傳，數百年的餘波
- 中世紀黑死病，之後數百年的餘波
- 歐洲中世紀，流行多元麻風病
- 短篇 哥倫布抵達美洲以前，北歐15世紀的梅毒親戚—雅司病
- 反映古早人遷徙的胃幽門螺旋桿菌
- 黑死病、西班牙流感到 COVID-19，瘟疫如何重塑社會貧富？
- 病毒比西班牙軍隊還早到來！新大陸被征服前，馬雅世界早有大瘟疫傳染的記載
- COVID-19 有多致命？認識3種死亡率
- 病毒不是源於武漢的海鮮市場？從分子演化學角度看2019新型冠狀病毒（武漢肺炎）的起源與傳播
- 武漢肺炎病毒到底從哪來？沒有陰謀論以及蛇和HIV的版本
- 讓武漢肺炎席捲人類的關鍵變異有哪些？和穿山甲有關嗎？
- 族群大、傳播強、致死少、很難好，讓武漢肺炎威脅超越流感
- 結構強化的病毒，傳染力更強——冠狀病毒的D614G突變(下)
參考資料
- Mühlemann, B., Vinner, L., Margaryan, A., Wilhelmson, H., de la Fuente Castro, C., Allentoft, M. E., … & Bill, J. (2020). Diverse variola virus (smallpox) strains were widespread in northern Europe in the Viking Age. Science, 369(6502).
- Was smallpox a widespread mild disease?
- Smallpox and other viruses plagued humans much earlier than suspected
- Duggan, A. T., Perdomo, M. F., Piombino-Mascali, D., Marciniak, S., Poinar, D., Emery, M. V., … & Golding, G. B. (2016). 17 th Century Variola Virus Reveals the Recent History of Smallpox. Current Biology, 26(24), 3407-3412.
本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。
The post 比維京人更古老的北歐天花，也許不如後來致命？傳染病的演化史 appeared first on PanSci 泛科學.