生物武器概论

公子霄

生物武器概念

生物武器，是指利用致病微生物或生物毒素作为战剂的一类武器总称。与传统动能武器直接杀伤人体相比，生物武器的研发过程和杀伤效果往往突破道德和伦理底线，加之其容易对公众造成巨大心理恐慌和严重威胁社会稳定，导致生物武器从古到今都是全世界防范和禁止使用的“全民公敌”。

生物武器历史

正因为生物武器被大众所不齿，各国政府也对其讳莫如深，导致有观点认为生物武器并不存在。但事实上，伴随着人类战争史的不断演进，生物武器在各个历史时期都以不同方式参与战争全过程。比如在石器时代美洲土著会将当地热带丛林里的箭毒蛙毒液涂抹在弓箭箭头上，射中敌人后使其中毒毙命。战国齐将田单在即墨之战中，夜间用牛千余头，牛角上缚上兵刃，尾上缚苇灌油，以火点燃猛冲燕军，并以五千勇士随后冲杀，大败燕军并杀死燕将骑劫。14世纪中叶，鞑坦人久围克里米亚卡法城而不克，随后将己方死于鼠疫士兵的尸体抛入城中，引发鼠疫流行并迫使守军弃城。18世纪北美印第安人战争期间，英军将感染过天花的编织物交给土著印第安人，引起部落天花流行，死伤无数。一次世界大战期间，德军派遣特工潜入协约国据点投放炭疽、鼻疽等病原菌，导致数千头马匹和骡子感染，大大削弱了对方军队的战斗力。日本于1932年占领我国东北后，在石井四郎和北野牵头组织下秘密从事生物武器研究，并一直持续到二战结束。其中臭名昭著的731部队利用炭疽、霍乱、鼠疫等病原菌进行残酷的人体实验，死于实验感染和被处死的人员超过万人。

生物战剂分类

按照生物学特性，可以将生物战剂分为四类，分别是细菌性、真菌性、毒素类和病毒性生物战剂。

细菌性生物战剂，包括炭疽芽孢杆菌、鼠疫耶尔森菌、土拉弗朗西斯菌、布氏杆菌、贝氏柯克斯体等。其中炭疽杆菌能够感染人、草食性野生动物（象、鹿、羚羊等）和家畜（牛、羊、马、驴和骆驼等），潜伏期一般为12小时至12天，平均2-5天，致病机理是其产生的水肿毒素、致死毒素能够直接损伤人体微血管的内皮细胞，增强微血管的通透性，改变血流循环动力学，损害肾脏功能，干扰糖代谢，血液呈高凝状态导致机体死亡。武器化的炭疽菌致死率可达90%。鼠疫耶尔森菌是鼠疫（又称“黑死病”）的病原物，主要寄生于啮齿类动物，其传染性极强，当细菌感染人体后，会在淋巴结或皮肤局部繁殖，其产生的多糖荚膜和内毒素会引起出血坏死性淋巴结炎，继而引起败血症。武器化的耶尔森菌致死率超过70%。布鲁氏杆菌主要感染羊，牧民、兽医、大众接触病羊后容易被感染。皮毛、肉类加工、挤奶等可经皮肤黏膜受染，进食病畜肉、奶及奶制品可经消化道传染。布菌感染人体后，主要病症是使感染者无力、发热、失眠、关节炎，并持续3-6个月，武器化的布氏杆菌主要作用是使敌方军事人员短时间失能。贝氏柯克斯体能够引起人体发热、恶心、头痛、肌肉酸痛，其致死率高达60%。贝氏柯克斯体的主要寄主是蜱虫，由于蜱虫种类繁多、分布范围广，而且大多数哺乳动物（猫、犬）都携带有蜱虫，加之贝氏柯克斯体对外界环境的抵抗力很强，易于保存和运输，可以通过气溶胶释放或随尘土扩散引起大范围人兽感染，所以武器化的贝氏柯克斯体效能十分明显。

真菌性生物战剂，包括球孢子菌、荚膜组织胞浆菌等。上述两种真菌均能够感染上呼吸道和肺部，并引起发热、类感冒、肺炎等症状。其作为生物武器的原因主要是因为它们极易感染人体而且抵御极端环境能力较强。

毒素类生物战剂，包括肉毒毒素、蓖麻毒素、葡萄球菌肠毒素B等。这些生物武器是微生物或植物产生的超强致死（失能）毒剂，只需要很少的剂量便可致人死亡（失能）。比如肉毒毒素只要吸入0.3微克就可致命；蓖麻毒素只需摄入7毫克就可致命；葡萄球菌肠毒素B虽然致死率低，低剂量危害不大，但其特点是发作猛烈，产生严重恶心、呕吐、胃痉挛、腹泻和虚脱等症状，能够使敌方人员快速失去战斗力。毒素（毒剂）作为生物武器最主要的原因在于，它们都可以通过微生物发酵的现代工艺进行大量生产，其成本低廉、工艺简单、流程高效。

病毒性生物战剂，包括天花病毒、东方马脑炎病毒、黄热病毒等。天花病毒的潜伏期平均约为12天（7-17天）。感染后的初期症状包括高烧、疲累、头疼、心跳加速及背痛。2-3天后，会有典型的天花红疹明显地分布在脸部、手臂和腿部（故称之为“天花”）。不同的天花毒株致死率有差异，但平均致死率约为30%，致死原因为组织感染导致的毒血症或大出血。天花作为生物武器的原因主要是传染性极强，可以通过空气快速感染人员。东方马脑炎病毒、黄热病毒与天花虽然传播和感染能力不及天花，其作为生物武器的原因同样与天花类似，它们的致死率也可高达30%，并且发病十分迅速。

生物武器演进历程

生物武器的演进主要依赖于科学技术水平的提高，使人类有能力逐步将具有危害因素的生物源变得更加致命，甚至将无害的生物源制作成致命武器。所以，根据人类科技的发展历程，可以将生物武器的演进分为四个阶段，即蒙昧阶段、探索阶段、大规模研制阶段和超认知发展阶段。

（一）蒙昧阶段

从远古时代到16世纪末期，均属于蒙昧阶段。在这一时期，人们仅仅知道部分生物（或衍生物）可以作为武器来使用，比如前文提到的火牛、毒蛙、病人尸体，但对其作用原理不甚了解。此阶段的特征是，人类已经开始有意识的在战争中使用生物武器，但受制于当时的科技水平、经济条件和管理能力而无法大规模、系统化、成建制使用。

（二）探索阶段

从16世纪末至20世纪初均属于探索阶段。此阶段有两个标志性事件，一是16世纪末荷兰科学家列文虎克发明了显微镜，使人类第一次观察到了细菌、真菌等微生物的广泛存在，从此打开了通往微观世界的大门；二是19世纪中叶德国科学家科赫发明了微生物培养基，从而使人类首次能够大规模分离、培养、研究和初步利用微生物。

（三）大规模研制阶段

20世纪为大规模研制阶段。此阶段有三个里程碑式进展，一是20世纪初，随着现代发酵工艺水平的不断提升，使得人类可以快速、大量、高效获取微生物及其制剂（比如青霉素的制备）；二是20世纪中叶科学家们通过X射线衍射法首次解析了脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构，并阐明核酸是生命体主要的遗传物质，进而开启了从基因层面研究生物活动的新纪元；三是20世纪末到21世纪初，随着聚合酶链式反应技术（PCR）、基因编辑技术、体外人工合成技术等手段的突破，使得人类掌握了在分子层面精确编辑、改造、重组、优化微生物的能力，并以此实现了定向改造和武器化赋能微生物的作战意图。

（四）超认知发展阶段

21世纪至今为超认知发展阶段。此阶段显著特征是，计算机技术尤其是人工智能的大爆发，极大提升了人类定向改造、重组微生物的能力。比如，一个细菌大约有3000种蛋白，每个蛋白大约由数十到数千个不同种类的氨基酸组成，改变其中一个或若干个氨基酸的组成可以使该蛋白的理化性质发生显著变化，而只要一个数个蛋白发生变化，则会引起连锁反应导致该细菌的致病性、传播性、抗逆性等同时改变。在以前，研究人员往往凭借经验和规律对一个或数个基因、蛋白进行设计改造，其耗时长且容错率低。如今，通过“大数据（基因库、蛋白库、结构库、互作库等）+人工智能（超级计算、深度学习、神经网络等）”手段，利用机器可以计算解构出稳定性极佳的全基因组、全蛋白组定向重组、改造方案，从而研制出更加危险的生物武器。在这一阶段研制的生物武器由于有人工智能的“加持”，其特点是稳定性明显增加、抗逆性明显增强、传染性大大提高，而且其流行病学特征与自然爆发的疫情极其类似，导致难以区分。

生物武器特点

（一）杀伤面积大

理论上，各类武器中生物武器的作用范围最大。这是由于多数生物武器是活的微生物，感染寄主后可以通过自然繁殖再次感染其他寄主，尤其是随着当前社会经济活动、人与人交流交往越来越频繁，一旦遭受生物武器攻击，其杀伤面积将呈指数级扩增。据有关方面推演，战略轰炸机分别携带核武器、化学武器和生物武器对无防护人群进行假定袭击，百万吨级核武杀伤面积约为300平方公里，化学武器约为60平方公里，而生物武器可以达到10万平方公里（约是核武的300多倍）。

（二）性价比高

生物武器的性价比与常规武器相比，主要体现在研发成本低和生产成本低两个方面。以头号军事、科技强国美国为例，一支航母编队建设组建成本约为200亿美元，每年维护供养成本约为10亿美元。最先进的战斗机F22一架成本约为1.5亿美元。一枚战略洲际导弹造价约为3000万美元。而据美国国立卫生研究院（NIH）官方统计披露，每种全新药物的研究经费平均投入约10亿美元，仅为航母编队建造成本的二十分之一。倘若使用病毒类生物武器，则无需像细菌、真菌在后期通过发酵工艺大量制备，而是直接在实验室就可获得初始作战剂量，其研发生产成本更低。

（三）间接效应大

生物武器攻击除了直接造成人员伤亡外，其产生的间接效应是其他武器无法比拟的。在遭受生物武器攻击的前期，为了救治伤员，会对卫生医疗系统造成巨大冲击和负担。特别是在无防护状态下，大量患者和感染者往往超过区域防疫和医疗机构的负担，需要另筹资源组织增援。曾有人以鼠疫为例进行过推演：1000个被感染人员中，将有50%出现临床症状，其中75%的患者需要住院治疗，未接受治疗者将会有80%死亡。如果一个500万人的中等城市遭受攻击，在储备足够药品和疏散三分之一人口的情况下，预估仍有50万人需要住院治疗，死亡人数可达10万人，并将直接击穿城市现有的生产生活体系，造成社会动荡。在中期，被攻击方为了遏制疫情传播，必然要采取一系列封控、隔离措施，这些措施将严重影响正常的生产生活秩序，进而遏制被攻击方经济社会发展。在后期，由于伤亡、群体感染等原因，在相当长一段时间内，会对军事人员、普通居民造成强大的心理压力，被攻击方将会有一些急、慢性心理损伤患者，甚至出现战斗应激障碍综合征等精神异常。

生物战攻防推演

（一）生物战剂研发的逻辑本质

人类战争史主要分为冷兵器时代和热武器时代，而生物战属于热武器时代的一个异化分支。在冷兵器时代以及热武器时代前期，作战双方的作战方式主要是攻防转换，即要么以攻代守或以守代攻。也就是说，你有弓箭长矛我有盔甲盾牌，你有大炮飞机我有雷达锁定，输赢主要取决于谁的“矛”更锋利或谁的“盾”更坚固。而到了热武器时代后期，尤其是核武器和洲际导弹的面世，彻底打破了传统的攻守态势。这是因为洲际导弹一般在本国或潜伏于广漠海洋中发射，数分钟后到达大气层边缘漂行，随后到达目标空域后在重力作用下加速下落。从发射到指定地点过程不超过半小时，比如“先锋”洲际导弹从俄罗斯本土发射，跨越北冰洋到华盛顿只需15分钟，特别是洲际导弹从大气层边缘重入大气层的最高末端速度达到了30马赫（30倍音速），这样的速度使得现有防空系统和武器都无法拦截。所以，拥有战略洲际核导弹的各个大国，如果己方雷达卫星系统侦知有未报备的他国洲际导弹升空，则将立即发射本国洲际导弹进行无差别攻击，以达到相互摧毁的目的，即所谓的“核捆绑”。

生物武器的作用机制与冷兵器和热武器迥然不同，所以很难采取提升武器攻击力（制备超级生物武器）、加强防疫能力（研发特效药）和战略捆绑（相互使用生物武器）等传统手段来实现战略平衡。其原因主要有两个方面：一是生物武器极难防范，二是对攻生物武器将会造成全球灾难和人道主义危机。在生物战剂中，毒素、细菌、真菌都可以使用解毒剂、抗生素等来进行快速治疗，因此这些战剂已逐渐退出历史舞台。而病毒类战剂是当前的重点研发对象，因为病毒只能依靠人体自身的免疫系统来对抗，相关抑制剂作用有限，同时针对新病毒来研发专用疫苗往往需要一定时间，而且效价不一定十分突出。此外，虽然人种之间存在基因差异，但这种差异很小，对攻生物武器将导致全球遭受多种病原物肆虐，绝大多数普通人可能都会被感染，引发全球性社会危机。

应对生物战，需要对生物战剂的本质进行剖析。自从生命伊始，病原物和有机生命体双方都在进行激烈“博弈”，一方面病原物通过不断演化来侵染生命体以实现种群延续，另一方面生命体的免疫系统通过不断“升级”来抵御这些病原物的攻击以保全生命。两者相互作用产生了四种结果：一是演化得“太猛”或“太逊”的病原物直接导致寄主死亡或根本无法侵染寄主，由于没有繁衍传播的载体，病原物自身也就此灭绝；二是病原物演化得“恰到好处”，既能够攻克寄主的免疫系统又不会导致寄主大面积死亡，病原物种群得以延续；三是某些生命体由于先天、后天等原因导致经受不住病原物的进攻从而灭绝；四是某些生命体虽然发病但不至于死亡，从而延续生命。也就是说，当前地球生命圈处于病原物和寄主相互作用的微妙动态平衡中。双方互有“伤亡”但种群都得以延续。目前这一过程已经持续了数十亿年，其本质仍是遵循优胜劣汰的自然法则和规律。而生物战剂的研制，则是挑战、逆转这一法则。例如，育种学家往往需要持续培育新的农作物、家禽等以保持高产，这是因为新品种是将自然品种通过人工手段重组，以达到优良性状的有效结合，这些新品种对环境和自然的适应和抵御能力要低于自然品种，所以新品种一段时间后就会出现性状退化的现象（自然品种经过了大自然成千上万年的自然选择，种群演化遵循自然规则，其稳定性最高）。同样的道理，生物战剂尤其是病毒战剂，往往是把多个病毒进行嵌合、重组，或是将一个病毒进行定向设计改造，核心仍是逆向操纵这些病毒本来的自然演化方向，因此其稳定性比不上自然流行的病毒。虽然如今借助人工智能手段，能够极大的模拟自然演进过程从而使人工病毒更加稳定，但受限于“质能守衡”这一自然原理（用机器模拟自然演进需要算力支撑，而算力又需要能量供应，但宇宙质能守恒，因此不可能穷尽能量以算尽物质世界运行规律），人工病毒理论上没有自然演进病毒稳定，最终将会以“回归坍缩”的形式回到自然演进的路径上，并表现为致病性越来越低直至与寄主到达一种动态平衡。当然，达到这一平衡有一个过程，可能有的人工病毒的致病性和传播力会经历忽高忽低的变化，但总进程仍是趋向于共存。另外，倘若人工智能的逻辑分析和计算能力越强、研发者的技术水平越高操，那么病毒回归的时间和过程越长，反之，则病毒战剂失败而直接消亡。

（二）生物战沙盘推演

根据生物战剂的研发特点，可以推测生物战可能采取“单一攻击”、“组合攻击”、“单一+组合攻击”以及“逆向修正攻击”等多种作战模式。单一攻击是指攻方仅投入一种病原物，进攻后任由其自然传播和演化。组合攻击是指攻方根据人种特征、生活习惯、自然环境的差异，在不同地点投放多种不同的病原物。单一+组合攻击是指攻方初次投放一种或多种病原物后，根据守方疫苗研发接种、社会动员、人员流动等应变情况，再次投放针对性的病原物进行二次或多次打击。以上三种模式均使用储备的生物战剂库，其作战计划相对固定。而逆向修正攻击是指攻方在初次投放病原物后，任由病原物在人群中自然演化，随后再选择流行范围广、稳定性相对较好的毒株进行逆向人工修正以再次强化其稳定性、致病性或传染性。逆向修正攻击在后续多次打击中，并不使用现有生物战剂库，而是临时修正强化经过自然选择的毒株，从宏观层面而言，其本质仍是延缓、拉长人制病原物“回归坍缩”的时间和过程，因此其作用时间最长、杀伤效果最大。

对守方而言，防范生物武器的攻击可以从战略和战术两个层面加以应对。在战略层面，可以用“不对称作战”实现战略平衡。比如，1990年伊拉克闪击占领科威特后，号称中东最强的十万精兵大军压境沙特阿拉伯，沙特自知常规军力无法抗衡的情况下迅速启动皇家导弹部队，并开启地面雷达引导瞄准巴格达，最终迫使伊方撤军。由于生物战多伪装成自然流行的疫情，而且很难找到攻方的直接证据，所以往往导致守方“吃闷亏”。因此，倘若守方判定己方遭受生物武器攻击，且能够锁定攻方源头，则可以对攻方使用不对称武器或战术加以战略制衡。在战术层面，可以在前端科研环节开展军备竞赛。从前文论述可知，一旦开启生物战，被攻击方只能采取守势，而且随着经济全球化，生物战影响范围和区域很容易扩大化，守方不现实也不可能隔绝与其他国家和地区的交流和来往。加之武器化的病原物很难在短时间内针对其开发研制出有效的疫苗或药物，因为某些生物战剂只能依靠自身免疫系统克服，药物只是减缓发病症状，所以战术层面最好的应对就是被攻击方应该大力发展自身的生物战剂库。发展生物战剂库就是对现有的或潜在的病原物进行武器化研发，其目的并非是要使用这些生物战剂，而是借力人工智能对这些生物战剂进行不断迭代演化和模拟自然流行过程，再以获取的研究基础和数据一方面开展疫苗和药物的针对性研发以备不时之需，另一方面可以提前制定组织动员、群体防疫等应急预案并开展各类演练。即面对生物武器攻击时，要打好提前量以最大程度减少仓促应对造成的生命财产损失。

生物武器的隐忧

生物武器的隐忧主要体现在战略和战术两个层面。在战略层面，随着各国科技水平的提高和防疫体系的不断完善，倘若攻击方投放一种或数种强致病、高传染性的病原物，其流行病学特征将十分迥异于自然流行疫情，守方和大众将很快识破其作战意图并快速采取应对措施。所以在当今超认知发展阶段，攻击方多采用“逆向修正攻击”模式，即并不直接重新研发“大杀伤力”的新生物战剂，而是利用自然流行的病原物加以定向改造，“微调”其致病力或传播力，并让其引发的疫情的致病率和感染率在正常临界值上下波动，以实现“隐藏攻击”的目的。此外，事实上生物武器的间接效应要远远大于实际杀伤效果，所以更应该关注生物战+舆论战、生物战+经济战、生物战+信息战等复合作战模式。

在战术层面，应该警惕人工智能对生物战剂研发的助推作用。据报道，量子计算机已进入商业化应用阶段，这标志着人工智能的逻辑运算能力即将进入超越人类认知的新时代。众所周知，传统计算机的核心逻辑是通过门电路实现“与、或、非”的二进制计算，特点是单线程的串行计算，而目前人工智能所谓的并行计算采取的仍是利用多个运算核心同时计算。但量子计算机是利用量子的叠加性原理，从本质上实现了一个运算单元可以同时运行多种计算。简言之，传统计算机以0和1两种状态进行二进制计算（即要么0要么1），而量子计算机拥有量子叠加态，可以是0、1以及0和1同时存在，这样就比传统运算单元多记录了一种状态（而且是并行记录），那么2个量子可以记录4组数据，4个可以记录8组数据，使得量子计算机算力远超传统计算机，即所谓的“指数级”加速。无独有偶，在生物学中，核酸（基因）、蛋白等大分子的相互作用不是线性的，而是组对组的关系，即“牵一发动全身”的多个大分子与多个大分子相互作用的关系，而计算解构它们的关系正是具有并行计算优势的量子计算机所擅长的。所以，如果量子计算机运用于生物战剂研发，则一方面超强的运算能力将极大缩短设计计算时间，另一方面并行计算优势将会模拟出极其稳定的病原物，极大的增加防范应对难度。

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