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微生物

2月前
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1918年的西班牙大流感,距今已接近100年了。虽然后来暴发了SARS非典型肺炎(2002)、MERS中东呼吸综合症(2012),但真正让“病毒”概念走入寻常百姓视线的,莫过于2019冠状病毒病。 尽管病毒很可怕,但是你知道吗?没有病毒,搞不好我们也活不下去了…… 哥伦布在新大陆发现烟草后,不仅晋身为欧洲人追捧的时尚,还被当作壮阳的药引,以及用来治疗黑死病,更有甚者,连学校每天早晨都会教导孩子集体吸烟。现代人多已意识到香烟的危害,却鲜少知道烟草与病毒的发现息息相关。 烟草广受欧洲各阶层人士欢迎,成了殖民政府重点发展的商业农作物。正当赚得盆满钵满之际,“烟草花叶病”突然袭来,造成了重大的经济损失。1886年,德国农业化学家把患病的叶子研磨出汁,再滴在健康的烟草叶上,不出所料,烟草叶就发病了。不久之前,“细菌致病学说”业已成为学界的中流砥柱,因此想当然耳地把烟草花叶病,归咎于细菌。 ◢人类发现的第一种病毒? 后来,俄国的植物学家使用可以过滤细菌的“巴斯德-张伯伦过滤器”,进行了检验病因的实验。“巴斯德-张伯伦过滤器”的瓷土孔洞,细小得连病菌都无法通过,可当他把过滤后的汁液,注射在健康的烟草上时,烟草还是一样发病了。由于他的观念依然受制于当时的“细菌致病学说”,因此折中地把“细菌毒素”当成了肇因。 然而实验结果引起了荷兰微生物学家的质疑——如果致病原因是“细菌毒素”,理应只有被注射过滤液的叶子会染病,而不会造成叶片之间的感染。由此,推断出致病的很可能是比细菌更小,且又能穿透陶瓷过滤器的活性物质,并以拉丁文给它取了个名称——Virus。烟草花叶病病毒,成为人类发现的第一种病毒。 ◢了解病毒历程,首推《进击的病毒》 以病毒为主题的书籍,第一本推荐的就是史钧写的《进击的病毒》,文字浅显易懂。除了上述发现病毒的历程,对于病毒起源、病毒形态、演化过程,都有详尽的解说,这是我阅读他的《疯狂人类进化史》和《其实你不懂进化论》之后,又一部令人大开眼界,且不失趣味的著作。但这本书的缺点也很明显——政治洗白的味道很浓,尤其是在序里大力赞扬中国政府的防疫大业,以及在描述群众接受天花疫苗态度时,极力高捧母国、贬低欧洲的行径,实在让人傻眼。 ◢病毒是“寄生”的微生物吗? 病毒之名本就让人听了心中不适,新冠病毒更加深了这样的既定印象。由于病毒对生物造成的伤害肉眼可见,让科学家将病毒与其他生物的关系,定义为单方面获利的“寄生关系”(Parasitism),但这观念随着基因领域的深耕而渐渐动摇。其实,人类和病毒的关系远不如想像那样疏远,而且是属于“共生关系”(Symbiosis)。 RNA病毒具有一些专属的RNA序列,名为LTRs。科学家不但在人类基因组中发现了这类型序列,而且占比还不低,竟高达43%!当中包括了HERVs(9%);LINEs(21%),以及SINEs(13%)。相比之下,人类基因组里负责编码蛋白质的2万个基因,却只占了区区1.5%而已!据推测,这些嵌合入人类基因组的“病毒残骸”是百万年来演化的结果,甚至可以追溯至远古的海洋脊椎动物。 这些所谓的“病毒残骸”,对人类究竟有多重要?我们先岔开话题,简单说说人类生命的形成——当卵子受精后,子宫就会开始构筑“胎盘”,以便胚胎着床。“胎盘”将拥有一半父本基因的胚胎,与母亲的血液隔开,以防胎儿遭到母亲的免疫系统攻击。此外,“胎盘”也为胎儿提供养分和输出排泄物。“胎盘”这么重要,但若非HERVs编码的“合胞素”,人类“胎盘”根本无法成形,胚胎也就无法在子宫内成长了! 此外,RNA病毒还会改变自己的特性,以适应宿主体内的环境,从而与宿主一起应对自然选择的挑战。这在弗兰克·瑞安的另一本著作——《病毒的进化:从流感到埃博拉病毒》里有更详尽的叙述。 ◢“粘液瘤病毒”与兔子 1859年,欧洲定居者在澳洲引入了欧洲兔以解决粮食问题,最终兔满为患。1950年3至11月,澳洲当局企图使用生物手段——“粘液瘤病毒”来控制兔子的数量,99.8%的兔子都难逃一劫,一些兔子因为基因天生对“粘液瘤病毒”更具抗性,过不久兔子数量就复苏了,之后的7年,病毒致死率降到25%。从此,澳洲幸存下来的欧洲兔变得更能抵抗“粘液瘤病毒”的袭击,而病毒也喜获新宿主。 巴西兔是“粘液瘤病毒”的自然宿主,遭受感染的巴西兔几乎毫无症状。若与欧洲兔子在自然的情况下遭遇“粘液瘤病毒”,病毒会帮忙巴西兔铲除掉他们的生态对手,让巴西兔能独享更丰富的资源。不仅如此,寄宿的病毒也会帮忙宿主抵抗其它病毒的侵袭。1910年,俄国生物学家宣导的“共生关系是推进演化的力量”的“共生体学说”(symbiogenesis)在百年后得到了印证。 ◢我们和病毒共享空间 人类并非地球主宰,除了动植物,我们也和微生物(特别是病毒)共享同一空间,这就是《病毒星球》带出的主题。有个研究生看过海洋细菌释放大量病毒的照片后,决定从各海洋区域收集海水样本,以查证海洋是否居住了很多病毒。计算结果抛下了震撼弹,每升海水中竟含有高达1000亿个病毒颗粒! 1917年发现的“噬菌体”(bacteriophage)是病毒家族中庞大的种群,也是维持地球生态平衡的重要功臣。海洋病毒每天屠戮无数微生物,日放10亿吨的碳元素,继而沉积成为岩石以达到控制气温的效果。作为生态系统的最终得益者,人类即使灭绝,对地球毫无影响;相反地,若病毒灭绝了,地球生态系统会马上崩溃。 ◢潘多拉盒子早已打开 幽秘森林蕴藏了丰富多元的病毒,北极冰川亦然。只是近年过度开垦森林的活动和气候变迁,释放了好些此前人类未曾面对的病毒,埃博拉和爱滋病就是前车之鉴。然而,潘多拉盒子早已打开,是福是祸,都已不在我们掌控之中。即使我们少数人挨过了病毒的淬炼,但那也是哀鸿遍野换来的结果。另外,沉睡于我们基因组里的HERVs,是否会随时苏醒亦是个未知数。想到这里,只能唏嘘短叹。
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