欢迎来到病毒世界

2021-03-03海生

科学之谜 2021年12期

海生

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。

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1031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。

一旦進入宿主体内，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。2 017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。

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2 0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。

但依然有大量的病毒在我们的掌握之外。随着分析技术的提高，研究人员现在可以不必找出整个病毒，就能够识别出病毒的基因。用这种方法的时候，他们经常发现大量未知病毒的基因片段。

当病毒的宿主是人类自身时，研究病毒生态学可以帮助我们及时发现潜在的威胁，预测哪些病毒可能跳转宿主，来感染我们（见拓展阅读：下次疫情可能来自哪些病毒？）。