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病毒如何塑造地球

本文来自微信公众号:,作者:徐瑾,题图来自:视觉中国

新冠疫情或许不会短期消失一空。如果我们回顾历史,会发现病毒在人类历史中,无处不在。历史上的天花,2003年的SARS,现在的新冠疫情,都是源自致命的病毒。问题在于,病毒到底是什么?这个问题,学者一直在努力了解,但是直到二十世纪,情况才逐渐清晰。《病毒星球》这本书,给予了病毒应该有的重视程度。

《病毒星球》(美)卡尔·齐默/著   广西师范大学出版社 2019年4月

最初,罗马人所谓“病毒”的意思是,蛇的毒液或者人的精液,同时有“毁灭”和“创造”双重含义。说起来,病毒在过去没有现在这么明确清晰的定义,而是表示任何有传染性的物质。到二十世纪初期,大家对病毒一词的用法,才逐步接近现代看法。但是病毒到底是什么,病毒结构是如何的,也是众说纷纭,甚至有科学家说病毒是“有传染性的活液”。

1920年代,有个大学生做了个实验。他选择人们熟悉的烟草花叶病毒,开始尝试让病毒结晶。他发现,病毒结晶之后,如同矿物一样坚硬,类似钻石或者冰。但是,过了几个月,把这些病毒结晶再取一些溶进水里,这些晶体仍然能恢复成看不见病毒,放在烟草上,可以再次感染,甚至凶猛程度丝毫不减从前。

你看,狡猾的病毒,如此顽强,当时这个发现震惊了世界。《纽约时报》评价这一发现“动摇了人们对生与死的区辨”。

确实,病毒是什么?为什么结晶了还可以复生?到底算不算生命体?这些问题引发了很多讨论。

什么是生命?原本,科学家有基本的定义,那就是“生命体能通过自身的新陈代谢来生存、生长和繁殖”。从这个意义而言,天上的云彩,或者一块水晶,可能从某种角度而言,也有生命,但综合来说,他们并不是生命。但是,烟草花叶病毒的结晶,看起来类似水晶,却可以在烟草上繁殖,这到底算什么?

研究表明,蛋白质占了病毒组成的95%,另外5%是核酸。所谓核酸,就是构成基因的物质。人类基因就是存储在双链核酸里,DNA全名叫脱氧核糖核酸。有的病毒基因是基于DNA的,也有很多利用的是单链核酸,简称RNA。

科学家发现,病毒和人体细胞里都有核酸和蛋白质,但二者有很多区别。人的细胞内塞满了上百万不同种类的分子,细胞利用这些分子来感知环境,在环境中爬来爬去,把营养物质吞噬进去,然后生长,最终决定自己究竟要一分为二,还是要为了细胞同伴的利益而舍弃自己的生命。病毒通常比细胞要简单得多,绝大多数病毒只是蛋白外壳包裹着几个基因而已。病毒学家逐渐发现,尽管病毒的遗传信息量非常小,但它们仍然可以通过劫持其他生命体来自我复制。病毒把自己的基因和蛋白质注入宿主细胞,把它变成帮自己复制的“代工厂”。一粒小小的病毒进入一个细胞,一天之内,就有可能产出上千个病毒。

微生物学家安德烈·利沃夫,是1967年的诺贝尔奖得主。他在领奖的时候,曾经宣称:“生物是由细胞构成的。”按照这个逻辑,病毒显然不是生命。因为病毒显然不是细胞,人们认为病毒只不过是一些游离的遗传物质。直到2000年,国际病毒分类委员会也支持这一说话,他们宣称:“病毒不是活的生物。”

但是,巨型病毒的存在提醒我们,我们对于病毒了解太少了。病毒不仅是生命的起源,而且包含人类在内的生物,与病毒已经共存了很多年。

比如大家熟悉的感冒,几乎每个人都有过。古希腊医生希波克拉底认为,感冒是体液不平衡所致,20世纪初,还有医生认为,感冒是进入冷空气导致的。最后,科学家发现,引发感冒最多的是鼻病毒。它的结构非常简单,每个病毒只有10个基因,对比之下,人类则有大概2万个基因。

但是,因为病毒的变异性,凭借这么少的基因,也能组合出无穷多的遗传信息,入侵我们的身体。直到今天,流感还是不治之症。流感与感冒不同,感冒一般一周左右就会好,病毒引发的流感,却没有有效药物,目前最好的办法就是锌,阻止鼻病毒增殖。

对于病毒引发的感冒,给抗生素没用,反而有新的危险。有时候,即使抗生素对症,过多使用抗生素也可能有负面效果。因为即使大多数有害微生物死了,只要有侥幸的幸运者,就会自动演化出新的抗药性,这样下一次更强的感染,同样可能卷土重来——你看,这就是自然选择的微观版本。有时候,与其说病毒细菌太狡猾,不如说自然选择的力量大。

理论上,病毒也可以遗传,成为真正的生命体。但是,病毒缺乏一类酶,这类酶在人类、动物植物细胞都有,可以对基因复制纠错。所以,病毒会随时随地发生突变,复制错误速度也快得多,甚至比我们快上千倍。这样,如果基因组变大了,病毒就很可能产生致命突变,无法生存。

如此一来,就注定病毒的基因组没法扩大。有人认为,病毒也就没办法成为真正意义上的生命体了。病毒大小有多大?差异很大。一般认为,假如你把一粒盐撒在桌上,它的一边,可以排下10个表皮细胞,或者100个细菌,1000个烟草花叶病毒。但是,最新的研究却发现了新的巨型病毒,他们看上去比普通病毒大100倍。2014年,法国研究人员解冻了冻结三万年之久的西伯利亚冻土,发现世界上最大的巨型病毒,足有1.5微米长。

这一切,都在颠覆以往认知。可以说,我们对于病毒的理解,只是刚刚开始。天花可能是人类历史杀死人最多的一类病毒。在历史上,大约1/3的天花患者会丧命,幸存者也会留下难看的疤痕。据说康熙就是天花幸存者,所以他脸上有点麻点。更不用说,15世纪初西班牙人把天花带去了美洲,据说超过90%的土著死于天花。

天花如此凶横,却也在人类面前止步。科学家发现天花实际上是病毒引起的,这样一来,天花疫苗才终于可以工业化生产。从人痘到牛痘,都是有效的探索。到了1959年,天花病毒已经从欧洲、苏联和北美洲全面溃退,从地球上彻底消灭天花接近现实。迄今为止,人类已经通过科学,消灭了这类病毒。

不过,人类面对病毒的战争,有胜也有败,一方面天花之类病毒是被打败了,但另一方面,类似艾滋之类的病毒,甚至SARS和新冠病毒之类,也在诞生之中。《病毒星球》指出,病毒微小,却威力无边。人类基因组的一部分,就来自感染了我们远古祖先的上千种病毒。甚至生命的起源,都可能就是来自四十亿年前的病毒。到今天,病毒每时每刻都影响着大约10亿人的生存,而且地球,从气候、土壤到海洋淡水,病毒和人类,共同拥有这地球,可以说,任何动物、植物或微生物的演化,都离不开病毒。

地球上存在的病毒数量之巨,让大家猜想不到。地球上生命的基因多样性,很大原因也是因为病毒。甚至,我们的呼吸的氧气,很大部分,就是病毒的帮助下生产出来。可以说,地球就是一颗病毒星球,只不过很多情况下,在多年演化后,病毒多数情况下已经和人类“和谐共处”,无论是在身体之内还是身体之外。

一般认为,基因组是人类最本源的身份特征,但事实上,细菌基因组中大多数DNA就是病毒引入的。人类基因组,里面有大量病毒基因的痕迹,数量成千上万,可以说,与马、食蚁兽、大象、海牛都有类似的片断。换个角度,人类是不是也就是一堆病毒基础上的组合体?

回到现实,你可能好奇,科学家对于潜在病毒流行病有什么方法?科学家一直努力,试图追踪并且锁定下一次大范围病毒流行病元凶。但是,前面说了,病毒的复制变异性很大,使得这个过程很困难。大家知道,SARS病毒和新冠病毒,都能附着在细小的气溶胶颗粒上,在空气中传播。在SARS中,全球8000人被传染,900人死亡。对比之下,流感危害更大,每年大概会导致25万人死亡。而这一次的新冠疫情已经感染了895万人,死亡人数达到惊人的46.8万人,疫情冲击所致,全球封城、经济冰冻、人心惶恐,可谓近年来最为严重的病毒冲击。

面对病毒挑战的,不仅有科学家——他们正在与时间赛跑,做出有效疫苗,也不仅有普通民众,他们需要学会适应疫情后的世界,更重要的是各国政府与政治家们:他们必须尽到努力,不要让自然界的病毒冲击,演绎成各国相互为敌的心理病毒。

本文来自微信公众号:,作者:徐瑾

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