想象在太空中漂浮着一种外星生物 , 它没有自己的家 , 也不能依靠自己移动和生长 , 但它只要进入一个适合它的星球 , 就会迅速繁殖起来 , 过不了多久就占领了整个星球 。
这听起来像科幻 , 但你只要把“星球”改换成“宿主” , 这个描述基本上适用于我们身边的一种微生物——病毒 。
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病毒由两部分组成 , 外面是一层蛋白质外壳 , 里面是遗传物质DNA或RNA 。 严格说来 , 病毒不算生命 , 因为它没有独立生存的能力 , 离开了宿主 , 什么都不是 。 但它是地球上最丰富的有机体 。 从海洋、森林到你身边的牲畜、人群 , 再到你自己的体表、体内 , 它无处不在 。 这个由病毒组成的世界被称为“病毒圈” 。 鉴于我们对病毒的了解比任何其他生命形式都少 , 病毒圈对于我们长期以来是一个神秘的世界 。
但这种情况现在正在改变 。 我们检测病毒的能力正指数级提高 , 在过去五年中 , 我们鉴定出的病毒种类数量已经翻了20倍 。 更重要的是 , 我们对病毒的看法也在改变:这些奇特多样的微生物不完全是杀人机器 , 它们在地球生命的进化过程中也扮演了重要角色 。
病毒星球
就数量而言 , 没有哪种生物能与病毒相提并论 。 我们的星球名副其实是一个“病毒星球” 。 一项研究估计 , 地球上的病毒总数达到10^31个 。 病毒的尺寸一般在100纳米的量级 。 如果把所有这些病毒首尾相连 , 长度差不多是1亿光年 , 远远超出了银河系的范围 。 在地球表面每平方米的面积上 , 每天都有大约8亿个病毒附着在尘埃上降落 , 而我们对它们中的大多数几乎一无所知 。
病毒离开宿主 , 是完全惰性的 。 不过 , 病毒在宿主以外存活的时间有长有短 。 短的只有几秒钟 , 长的则能活几十年 。 影响其存活时间的一个重要因素是温度 , 此外还有阳光、酸碱度等 。 在非常热的环境中 , 病毒往往死得很快 , 这就是为什么加热能杀死病毒的原因 。 这甚至可以解释我们的身体为什么会进化出发烧 , 作为对病毒感染的一种反应 。 在较冷的温度下 , 离开宿主 , 病毒可以存活数月甚至数年 。 天花病毒可在4℃~5℃的温度下生存数十年 。
一旦进入宿主体内 , 病毒就开始行动 。 它劫持宿主的细胞 , 复制它自己的遗传物质 。 病毒的宿主可以是任何一种生物 , 动物、植物、细菌 , 甚至是另一种病毒 。 譬如 , 一种称为“斯普特尼克病毒”的小病毒就寄居在一种名为“妈妈病毒”的巨型病毒身上 。 病毒复制非常迅速 , 在感染后几个小时内就开始;几天之内 , 它们的踪迹已遍布宿主的所有细胞 。
尽管病毒在宿主体外是不活跃的 , 但一旦进入宿主体内 , 它们的行为就变得异常复杂 。 有些病毒(包括那些引起流感、麻疹和脊髓灰质炎的病毒)进入宿主体内后会发出信号 , 以协调同伙的行动 。 譬如说 , 决定是攻击还是暂时蛰伏 。 不同种类的病毒都有自己的秘密信号 。 此外 , 它们还能够感知宿主细胞或其他病毒之间的交流信号 。
我们可以利用这个发现来对抗疾病 。 事实上 , 研究人员已经设计出病毒“奸细” , 来感知其他微生物(包括大肠杆菌和沙门氏菌)特有的信号 , 然后将这些微生物锁定并摧毁 。 有朝一日 , 我们可以利用类似办法操纵噬菌体(一类专门感染细菌的病毒) , 来杀死极难对付的耐药性细菌 。
描绘病毒圈
尽管我们有先入为主的观念 , 以为病毒只会给宿主带来害处 , 但事实上 , 病毒对某些宿主也会带来好处 。 以一种叫“破坏性假裸囊菌”的真菌为例 。 当这种真菌被病毒感染后 , 会产生更多的孢子 , 所以病毒反而帮助了它的传播 。
病毒与宿主之间的相互作用 , 是病毒生态学的研究领域 。 鉴于它们的关系错综复杂 , 这是一项艰巨的工作 , 但是我们已经取得一些进展 。 2017年 , 病毒生态学家绘制出第一张病毒-宿主的相互作用图 , 涵盖了当时已知的所有病毒种类 。 研究显示 , 大多数病毒“择居”的对象相当专一 , 它们往往只感染一两种宿主 。 譬如 , 一种病毒能感染狗 , 但对猫可能就无可奈何 , 除非发生变异 。 近年来 , 病毒生态学的另一个进展是 , 将对病毒圈的研究扩大到了一个更加神秘的领域——一个由专门感染古细菌的病毒组成的世界 。
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不过 , 这只是冰山的一角 。 我们长期以来一直怀疑病毒是地球上种类最多的微生物 , 但具体有多少种 , 我们只有模糊的概念 。 在过去20年中 , 被确认的病毒种类超过了以往任何时候 。 譬如 , 我们知道了巨病毒的存在 。 这种病毒有1000多个基因 , 相较而言 , 最小的病毒只有10个基因 。 截至2019年4月 , 研究人员已鉴定出19.5万种病毒 。
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