关键信息：牛痘是唯一一种在全球范围内被彻底根除的人类传染病。研究人员从智利北部埋葬的两具原住民的木乃伊遗骸中，提取到了导致牛痘的“天花病毒”（variola virus）的古代DNA片段。

几个世纪以来，牛痘引发了毁灭性的流行病；其中最致命的病毒类型——“天花病毒主要株”（variola major）会导致约30%的感染者死亡，不过这一死亡率因疫情和人群的不同而有所差异。美洲地区首次记录的牛痘疫情发生在1518年的伊斯帕尼奥拉岛。16世纪期间，连续不断的疫情成为欧洲殖民活动导致的原住民大量死亡的重要原因。

1967年，世界卫生组织（WHO）启动了大规模的根除计划，结合了疫苗接种、疫情监测和病毒控制措施。最后一例自然感染的牛痘病例发生在1977年的索马里，WHO于1980年正式宣布牛痘已被根除。目前，活的天花病毒仅被保存在两个由WHO指定的高安全等级实验室中，用于经过批准的科学研究。在智利发现的病毒DNA片段仅是经过数百年保存下来的受损基因片段。

这些遗骸的年代大约在1492年至1631年之间，涵盖了从印加统治时期到西班牙殖民时期的过渡阶段。这是首次在美洲地区发现古代牛痘病毒的基因组。历史记录早已证明牛痘是通过欧洲人的接触传播到美洲的；而这项最新研究通过分子生物学手段进一步证实了这些智利病毒与欧洲发现的病毒株之间的亲缘关系——但研究无法确定究竟是谁携带了这种病毒，也无法查明病毒是如何传入该社区的。此外，这些木乃伊遗骸上还发现了皮肤病变的痕迹。

此前，由该研究的共同作者、生物考古学家贝尔纳多·阿里亚萨（Bernardo Arriaza）领导的研究将这些病变与慢性砷暴露联系起来，残骸组织中升高的砷含量也支持了这一观点。天花DNA证实这两名死者均感染了天花，因此天花成为解释这些病变的另一种可能原因。然而，该研究无法确定这些特定标记的成因，也无法判断天花是否导致了其中任何一人的死亡。砷仍然是一个合理的解释，因为该地区河流携带了来自周边地质环境的天然砷，从而污染了当地的食物和水源。古代天花是否会卷土重来？研究人员恢复了病毒DNA的片段，但并未发现完整的病毒颗粒。

古代DNA通常会随着时间推移断裂成短片段，并发生化学变化。科学家可以对存留的片段进行测序，并利用计算机确定它们曾经如何拼接在一起。

因此，当研究人员称他们重建了两个基因组时，他们的意思是通过计算方式组装了遗传序列，而非创造了实体病毒。

痘病毒颗粒包含完整的基因组，以及其在细胞内开始复制所需的蛋白质和酶。古代片段缺乏这种病毒机制，因此无法自发引发天花。

在实验室中刻意重建病毒则引发了另一个问题。2018年，研究人员利用高度专业化的实验室程序，包括使用提供必要功能的辅助痘病毒，从专门合成的DNA中组装了马痘病毒。

这项智利研究涉及对自然降解的DNA进行测序，并在计算机上组装其遗传信息。这并未产生任何天花可能回归的合理途径。基因组揭示了什么？随着病毒复制，遗传变化会不断累积。

通过比较这些变化，科学家们就可以将样本放入进化谱系中。这两种智利病毒属于现已灭绝的谱系，该谱系在1296年左右与其他已知的天花谱系分开。这是估计的进化分支日期，而不是天花到达智利的日期。在家谱上，智利基因组在中世纪早期的欧洲毒株之后和在后来几个世纪流传的谱系之前分支。它们与早期欧洲病毒的关系，以及1492年后遗骸的日期，支持了天花通过殖民传播到达美洲的结论。基因组还揭示了天花如何专门感染人类。许多相关的痘病毒可以感染几种动物物种。它们携带辅助基因，帮助它们在不同宿主中繁殖并克服每个物种的免疫防御。相比之下，天花病毒只感染人类。在其进化过程中，其中一些辅助基因不再是人与人之间传播所必需的。有些仍然是可识别但无功能的副本，称为假基因，而另一些则完全消失。科学家称这种功能基因的逐渐丧失为还原性进化。比较古代和现代天花基因组中哪些基因完整、禁用或缺失，有助于研究人员追踪该病毒如何变得越来越专门针对人类。这个过程可能有助于解释其受限制的宿主范围。但仅靠基因丢失并不能解释天花为何如此致命，因为天花的严重性取决于病毒基因和人类免疫反应之间复杂的相互作用。过时的遗骸还揭示了病毒并不是以恒定的速度进化。研究发现，基因失活一直以大致稳定的速度持续到16世纪末。

在这段时间里，基因突变的积累速度变得较慢；之后，突变速度再次加快。研究人员认为，在殖民时期爆发的大规模瘟疫中，天花病毒已经非常适应在那些几乎没有免疫力的群体中传播，因此只有少数新的病毒变种能够获得竞争优势。1796年引入的疫苗接种改变了人群的免疫环境，可能也影响了哪些基因突变能够存活下来。虽然这项研究的基因组数据无法确定导致进化速度变化的具体原因，但这些来自智利的病毒基因组填补了从中世纪欧洲发现的病毒基因组与后来出现的天花病毒谱系之间的空白，有助于研究人员追踪天花病毒是如何传播到美洲的，以及它在传播过程中是如何进化的。