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300多头大象连环“凶杀案”:凶手是谁?

大象连环“凶杀案”

敬爱的魏博士:

报告一起紧急案件:非洲草原330多头大象连续死亡!!!

忘记自我介绍了,我是斑马Zoe,住在非洲博茨瓦纳(Botswana)的稀树草原上。这起连环凶杀案的第一个受害者死于2个月之前:有一天早晨,一只成年雄性大象死在了一棵金合欢树旁边。动物们以为他是偷猎者的受害者,可是他尸体完整无损,偷猎者并未像之前那样偷走他的象牙。大家疑窦丛生!在之后的两个月里,不断有大象死亡,情况与第一次基本相同:都是尸体完整的离奇死亡。大象群里哀嚎不断,现在草原上象心惶惶。魏博士,这到底发生了什么事情?

——Zoe于Botswana


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图1 2021年2月24日Cell.com主页Banner




导读


非洲草原象蓝藻蓝细菌:一个是陆地上现存个体最大的动物,一个是微小的起源于30多亿年前的古老原核生物。这两者之间能有什么关联呢?引起各界广泛关注的2020年Botswana非洲草原象群体死亡事件,让它们之间有了紧密的联系:“受害者” “凶手”?科研人员发现最可能的致死原因:竟是摄入过量蓝藻毒素。类似的事件过去也曾发生在其它动物和人类身上。在全球变暖大背景下,此类事件发生概率还可能上升


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图2 各种气候条件下蓝藻对大象中毒风险的变化



蓝藻——“非寻常嫌犯”抑或是“连环杀手”?2020年5月至6月,非洲Botswana至少330头非洲草原象突然死亡。这一事件迅速引起了全世界的关注和担忧(详见New York TimesWashington PostChicago TribuneBBC News等媒体的报道)(图3)。关注度如此之高的几个原因:1. 大象与人类关系密切,是地球环境重要指示物种;2. 世界上约1/3非洲草原象生活在Botswana;3. 集中死亡数目大(接近该国全年偷猎数——头号死因)。在排除其它可能原因之后,本文指出饮用富含有毒蓝藻的水是最可能导致大象死亡的原因

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图3 在一个长满蓝藻的水坑边死去的非洲象

(图片源自https://www.reuters.com/article/us-botswana-elephants-idUSKCN24N2JK)



01

高浓度蓝藻毒素——大型动物的杀手

在非洲大陆,蓝藻毒素常常被疑为中型和大型陆生哺乳动物大量死亡的可能原因 (图4A),包括牛、羊、白犀牛、蓝角马、长颈鹿、斑马和黑斑羚等。出于对捕食者的警惕,这些动物通常在水域的下风处饮水,而这里也往往是蓝藻聚集地,使得它们往往更容易接近高浓度的藻毒素(图4C)。


目前虽然缺乏现场监测数据,但从文献资料分析发现,非洲大陆水体的微囊藻毒素(最常见和毒性最强的蓝藻毒素种类)平均浓度超过8800 μg L-1远高于世界卫生组织(WHO)的建议标准:每日摄入耐容量指导值1.0 μg L-1。尤其是非洲南部国家,有的水体毒素浓度甚至达到了125 mg L-1的哺乳动物急性致死剂量。若最终确证,这将是首例由蓝藻毒素所致的大规模大象死亡事件。结合回顾分析,可看出蓝藻毒素威胁到哺乳动物的种类越来越多(图4A),蓝藻毒素对于濒危物种非洲象也可能产生灾难性后果。

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图4 气候变化、蓝藻毒素和非洲象死亡之间的关联分析



02

干热天气——突发事件的导火索

干热天气下蓝藻在水中易于生长。在Botswana大象大规模死亡发生地区,连续多年出现了炎热和干燥情况(图4B)。在干燥的天气下,哺乳动物对饮用水的需求会增加。水域又因蒸发而大幅缩小,进而导致藻毒素浓度上升。因此,进一步加剧动物中毒的风险。通过对事件发生地相关水域遥感分析,发现在2020年3-7月期间,藻类指数随着水体的萎缩而持续增加(图5),意味着藻毒素暴露风险的增加。

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图5 事发地遥感分析区及区内水域与藻类指数变化



03

气候变化——暴露风险的放大器

气候模型预测显示,未来五十年内,非洲南部地区的变暖速度和降水量减少幅度都将超过其他多数地区(图6)。在更热更干燥的气候下,营养物质的浓缩将为蓝藻的生长创造更有利的条件(图4E);一些毒株变种也将形成优势;更多动物频繁地聚集在所剩的地表水周围。更严重的是,非洲大陆藻毒素高浓度区/大型哺乳动物多样性热点区/未来气候恶化热点区在空间上高度重合(图4D);意味着类似的大型哺乳动物中毒事件将会增加。这对于一些濒危的物种将会是致命的打击。

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图6 预测2070年前后年均气温和降水量的变化



总结和展望

当前亟需对野生动物和人类藻毒素暴露风险进行更全面和系统的定量评估,以便能够有效地实施面对气候变化下的预防行动,削弱蓝藻毒素对本已脆弱的非洲社会-生态系统的威胁。进一步研发藻毒素与动物死亡之间的定量关联模型,可以为这些历史上大规模死亡事件提供有力的解释,还可以预测野生动物种群未来面临的风险。


原文链接:https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00017-5




作者简介


王海军The Innovation青年编委,云南大学高原湖泊生态与治理研究院副研究员,国际湖沼学会期刊Inland Waters副主编,《湖泊科学》编委,中国科学院青年创新促进会“优秀会员”。主要从事“湖泊生态与治理”研究工作。曾任中科院青促会生命科学分会副会长和武汉分会会长。发表论文70余篇,其中SCI论文40余篇,包括3篇Water Research等权威期刊。



谢平,中科院水生所/云南大学研究员,国家杰青,日本生态学琵琶湖奖获得者。主要从事“蓝藻的生态毒理学”等研究;迄今连续6年入选Elsevier Scopus中国高被引学者榜单(生态环境领域),是参与世界卫生组织《水中有毒蓝藻,其公共卫生后果、监测和管理指南》(2021年,第二版)审定的唯一中国专家。


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