征服地球的病毒:除了毁灭,也参与创造了人类文明

2020年的春节,是在新冠状病毒的阴影笼罩之下度过的,病毒这个在日常生活中少有提及的词,最近频繁出现在全国甚至全球新闻、网站、和人们的口中,现在聊天句句不离病毒、却又人人谈之色变。

在我们普通人眼里,病毒是反人类的存在,他们是邪恶的,带来疾病,他们更是恶毒的,带来死亡。我们不明白为什么会有这样坏的东西存在,我们希望病毒能够被消灭的干干净净,即便我们从未亲眼见过他们。

冠状病毒

然而真相是,我们和病毒打交道并不仅限于这一次新型冠状病毒肺炎的疫情,人类生命的方方面面都与病毒有着千丝万缕的关系,甚至可以说是密不可分。如果想要消灭所有病毒的话,那么人类也将被消灭。

美国国家卫生研究院和国家研究资源中心曾开展了一个病毒星球计划,其中有一本名为《病毒星球》的书,总结呈现了科学家对病毒所做的相关研究和发现。

这本书让我对病毒这一个特殊的存在有了全新的认识,我才知道,在几十亿年的地球生命发展史上,病毒比人类留下了更为鲜明而深刻的足迹。与其说是人类称霸地球,不如说是病毒称霸地球。不仅如此,甚至连生命的产生,可能都始于病毒。

现在让我们抛下偏见与恐惧,进入到微观世界去真正的认识一下病毒。

一、病毒究竟是什么?

由于病毒比细菌还要小很多,以至于几千年来,人类都不知道病毒的存在。直到19世纪,病毒世界的大门才被科学家门打开,因此,即便是以我们目前发达的科学水平来看,我们对病毒还是知之甚少。

  • 病毒是一种活性物质

1898年,一位荷兰科学家马丁努斯在染病的植株上,提取出来一些研磨液,这些研磨液中有一些物质能够自我复制,是当时所有生物学家从未见过的生命形式,由此发现了病毒。这位科学家把它们称为“有传染性的活液”,后来就把这个活液里面的神奇物质叫做病毒。

其实在中文里,病毒这个词是存在偏见的。虽然被病和毒来指代,但它本身只是一种存在的活性物质,并非本身带有毒。

不过,因为我们最初对它的认识都建立在它会经常给人带来生病的印象上,于是取了这样的名字。也正是这样的名字造成了我们的误解,让人忽略了病毒作为一种存在形式,并不都是有毒的、致病的。

  • 病毒是打破生命体界限的存在

在刚刚发现病毒的时候,科学家们就吵翻了,有些人认为病毒仅仅是一些化学物质,但是又有些认为它是生物。

当时化学家斯坦利从烟草植株中提炼出了烟草花叶病毒, 并且用精细的过滤器过滤,得到了烟草花病毒的晶体。那是人类历史上第1次用肉眼观察到病毒,就像厨房里的食盐一样,还能够储存很久。你想,我们不会把食盐称作生物吧?可是一旦把这些晶体溶进水里时,不仅又变得不可见,同时,在显微镜下能看到它像活了一般,并且还能再次感染烟草。

那时,对生命体的一个衡量标准是能够自主新陈代谢,病毒并不符合这个标准。可是,病毒能够自我复制和繁殖这一点,却又刚好像个生命体体。

要知道,我们所熟悉的细菌都是有自己的代谢功能的,所以细菌毫无疑问是生物。而病毒没有这个功能,它们需要依附其他细胞的代谢,所以它与细菌最大的一个区别就在于细菌可以独立生存,但病毒却不可以。

基于病毒这样兼顾非生物的特质和生物的繁殖特性,正如纽约时报所说:病毒的发现动摇了人们对生与死的区辩。

  • 病毒的主要构成

今天我们知道,病毒的构成主要是是蛋白质,一般占95%的比重,还有5%是核酸,也就是构成基因的物质。

对于基因物质,我们有个更为熟悉的简称——DNA,即脱氧核糖核酸,还有一些病毒的基因是RNA,即核糖核酸。简单来说,病毒其实就是一个蛋白质的外壳里包裹着几个基因。

不论什么形态,大多数病毒都是蛋白质外壳+遗传物质

我们知道人体的细胞也是存在DNA的,但病毒比人类细胞的遗传物质简单得多得多。相比于人类近10万的基因,绝大多数的病毒基因数只有几个而已,遗传信息非常少,因此个头也都很小很小,甚至小到细菌百分之一的体量。

二、病毒为什么会使人致病呢?

  • 病毒必须寄生于宿主

前面说过病毒没有办法自主独立生存,所以它需要通过寄生在宿主细胞里才能够延续生命。

当病毒遇到一个生物细胞的时候,就会把自己的基因和蛋白质注入到宿主细胞中,把这个宿主细胞就变成自己的新陈代谢的“代工厂”,于是获得了不断自我复制的条件。所以说,病毒的繁殖是通过劫持其他生命体的细胞来完成的

病毒攻击宿主细胞

我们感染病毒的本质,实际上就是病毒遇见了人类的某个细胞,然后将自己的基因注入到细胞内,我们的细胞“叛变”了,开始帮助病毒繁殖的过程。

  • 疯狂复制和繁殖

病毒最大的特点就是不断自我复制、疯狂繁殖,一粒小小的病毒,一天之内就能够产出成千上万个病毒。

所以,病毒之所以让人类生病,并不是因为产生了有毒的物质让人中毒,而是因为人体内正常的细胞被病毒占据了

  • 病毒致病就是把细胞撑破的过程

简单来说,假设现在有一个病毒,当它将自己的 DNA或RNA片段注入到宿主细胞内后,这个片段就会在细胞的里面发出疯狂繁殖的指令,于是细胞内的病毒会越来越多,一旦数量过大,就会把这个细胞撑破至死。而破体而出的大量病毒就会再去找新的细胞去寄生,然后再将基因注入到新的细胞内,不断重复这个过程,就破坏了很多人体正常的细胞,由此造成了人体组织的崩溃。

显微镜下大量病毒破体而出

三、不是所有的病毒都会感染人类,也不是所有的病毒都会致病

很多时候我们以为,只要遇到了病毒,感染了就会生病就会死亡。但实际上,一个正常健康的人体内也存在着多种病毒,只不过这些病毒与人体相安无事、和平共处。

  • 海量病毒无处不在

空气中、各种物体的表面都存在病毒,只不过大多数时候处于“死亡”状态,相当于没有生命迹象的物质;只有在条件合适的时候,才会被激活。

科学家根据样本推算,每升海水中竟含有多达1000亿个病毒颗粒。如果我们把海洋中所有的病毒挨个排成一排,可以延长到4200万光年之外!在仅仅一公斤的海洋沉积物中,就可能有一百万种截然不同的病毒;而地球上人类已知的动物,也才大概有一百五十万种。

病毒的数量之巨大、种类之繁多,远远超过人类想象!与病毒比起来,其他生物数量真的完全不值一提。

病毒这么多,为什么我们在海里游泳却平安无事?因为病毒也是有选择性的,能够感染人类的病毒只是极少的一部分。病毒遍布各处,如果都能感染的话,人类这个物种早就不存在了。

  • 引起感冒的鼻病毒

举个例子,我们最常见的感冒,就是鼻病毒所引起的。

鼻病毒通过鼻涕扩散,擤鼻涕的手上蹭到门把手或其他地方,再借其他人的手进入身体。鼻病毒主要是入侵鼻腔内部、咽喉和肺部细胞,但我们感冒的症状如鼻塞、咽喉疼痛等都不是由鼻病毒引起的!而是免疫系统对鼻病毒发起攻击而造成的。

引起最常见感冒的鼻病毒

所以,鼻病毒的存在本身并不会造成不适,是免疫系统工作起来让人产生感冒症状,等消灭完了鼻病毒,停止了攻击,症状就消失了。

  • 以前不会感染人类的病毒,为何如今又能感染人类?

病毒的感染是有选择性的,它会寻找适合自己生存的环境。

但病毒有个特性别忘了,那就是繁殖特别快,几分钟就能够产生很多代。同时,病毒携带的基因数量很少,不像人类的基因有纠正功能,因此在频繁的复制中,病毒的基因会很容易突变,这些突变就会帮助它能适应新的环境。

我们都知道达尔文的自然选择,物种会不断的进化,适者生存。病毒也是如此,当病毒的环境发生改变,某些突变之后能生存下来的病毒,才可以继续繁殖。

我们用类比的方式打个比方。假设这次肺炎病毒举原本只能寄生于蝙蝠体内,并不会直接感染人类,但可能中间有某种动物感染了这种病毒,让病毒产生了变异,病毒适应了这个动物的宿主环境,而这个动物的细胞环境可能与人类细胞也有部分相似,由此就变得能够感染人类了。

四、病毒是如何帮助创造人类文明的?

  • 病毒基因带来生命多样性

科学家为了研究病毒的演化史,在不同哺乳动物如人、牛、马的身上找到相同的病毒,然后分析这些病毒的DNA序列。结果发现,画出来的病毒演化树与这些病毒宿主的演化树完美融合,这说明了在距今1亿年前的时候,病毒就感染了有胎盘类哺乳动物的共同祖先。

这是怎么做到的呢?

因为某些病毒为了繁衍,有时候需要把自己的DNA片段加在宿主的DNA上。一般在破体而出后宿主细胞会死亡,但是偶尔两者基因的结合会出错,导致病毒无法复制,细胞不仅没有死亡,反而带着病毒的DNA活下去,于是代代相传。

这些病毒的DNA对宿主不再有威胁,但经过数百万年的演化,日积月累大量的入侵,造就了生命基因的多样性。此时,再来看待病毒,就像是不同形状的乐高块,与不同的生物基因相遇,然后排列组合成丰富多样的生命体。

以人类为例,我们每个人的DNA中有8%的基因来自于病毒,这意味着我们每个人都携带了近10万个病毒的DNA片段!当然,我们不必担心,因为这些入侵的病毒基因已经被剥夺了大量的DNA,只剩下几个关键的基因能够自我复制了,没有坏处。

是不是很匪夷所思?我们哪里想得到,病毒竟然也参与了人类的基因编辑。

  • 人类能够顺利出生也是因为病毒

除了没有坏处,有些病毒的基因对我们还有好处。

1999年,科学家发现了一种人类内源性逆转录病毒,它能够合成一种叫合胞素的蛋白质,包括人类在内的许多胎盘类哺乳动物都有合胞素。实验发现,如果删除掉小白鼠的这个病毒基因,胚胎无法存活。是病毒蛋白让胚胎能够顺利从母亲血液中吸收营养,如果不是这种病毒给与了基因,人类是无法顺利出生的。

原来病毒对我们的生存也有着功不可没的作用。

  • 病毒维持生态平衡、改造地球

氧气是我们生存必需,而氧气的诞生,病毒也起到了至关重要的作用。

地球上约一半的氧气来自海洋中藻类的光合作用,其中一种发挥主要作用的藻类细菌的DNA中,有一种蛋白质编码基因来自于病毒,科学家甚至还在海里找到了携带光合作用基因的自由漂浮病毒。粗略估计,我们每呼吸十次,就有一口氧气是病毒惠予的。

不仅在气候中留下了印记,在数10亿年生命演化的过程中,病毒还通过与各种微生物的互动,在各种物种基因之间来回穿梭,间接协同这些物种一起,改造了这个地球。

没有病毒,就不会有如今的地球,也不会有我们,和各种生物。

  • 病毒是细菌的敌人,也可以是我们的朋友

病毒能致病,也能治病。

1917年,一位加拿大医生菲利克斯德雷勒发现了噬菌体病毒的存在。之所以命名为噬菌体,就是因为它感染的主要对象是细菌。

德雷勒把它用于细菌引起的疾病治疗,竟然帮助人们治好了痢疾和霍乱,后来,在一次法国邮船的4名乘客感染黑死病后,又用噬菌体让他们全部康复,这在当时引起了轰动。

噬菌体正在将遗传物质注入细菌内

不过当抗生素被研究出来之后,大众对噬菌体疗法的狂热就此冷却。毕竟,相比于用活生生的病毒,人们还是更愿意用更为安全的抗生素。可是,随着细菌的抗药性不断增强,如今噬菌体的研究又发展起来,甚至还有用基因工程改造是噬菌体的技术,有针对性地杀灭细菌。

征服地球的病毒:除了毁灭,也参与创造了人类文明

噬菌体病毒攻击细菌

此外,噬菌体还影响着全球的海洋生态系统,这些噬菌体能够对在一秒钟内对微生物发起10万亿次的进攻,所以每天都能够杀死海洋里15~%40%的细菌。当霍乱爆发时,噬菌体跟着大肆繁殖,快速的杀死霍乱弧菌,由此制止了霍乱的爆发。

  • 病毒带来的医疗革命

疫苗之所以能产生,也是因为病毒。

人类感染一些无关紧要的病毒,是有好处的,能够帮助刺激免疫系统,增强免疫反应,从而才能对抗更为险恶的环境。疫苗就是利用这个原理,相当于是用病毒的蛋白帮助人类抵抗病毒——真正的“师夷之长以制夷”。

五、人类与病毒的关系何去何从?

揭开病毒的面纱,我们发现它并不仅仅是微小的存在而已,它对这个星球的影响可谓翻天覆地。

病毒这个群体家族种类繁多,我们对他们的认识还太少太少。在与病毒的合作和抗争中,人类取得过进步,也付出过更过惨痛的代价。

人类历史上第1次彻底地战胜病毒,是对天花病毒的歼灭。如今我们已经不需要接种天花病毒的疫苗,是因为自然界中已经不存在天花病毒的感染源了,最后一个样本在一个实验室。

天花病毒

但更多的时候。我们付出的是惨痛的生命代价,比如新发现的最为恐怖的病毒埃博拉,还有我们此次的新型冠状病毒。

最为恐怖的埃博拉病毒

在病毒的世界里,他们只是一群自我繁殖的物质,并不带有主观伤害意识。他们不知道,自己疯狂的繁殖,在更大的层面上,伤害了人类,阻碍了人类的繁殖;也不知道,自己的活动对这个星球产生过如此广泛而深远的影响。

我们能人类能做的,就是寻找与他们相安无事的方法。从研究他们入手,从了解他们开始,也许未来我们能够找到所有病毒的特性而研究发明出对抗病毒的有效方法。

但,作为人类,科学地研究它们,不等于随意地挑战它们。人类对其他生命存在的傲慢,会让人类自己走向毁灭。

《鼠疫》中有一句话是这样说的:人世间的罪恶,几乎总是由愚昧无知造成的。

病毒无知,但是人类不可以无知

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