歡迎來(lái)到病毒世界

海生

想象在太空中漂浮著一種外星生物，它沒有自己的家，也不能依靠自己移動(dòng)和生長(zhǎng)，但它只要進(jìn)入一個(gè)適合它的星球，就會(huì)迅速繁殖起來(lái)，過(guò)不了多久就占領(lǐng)了整個(gè)星球。

這聽起來(lái)像科幻，但你只要把“星球”改換成“宿主”，這個(gè)描述基本上適用于我們身邊的一種微生物——病毒。

病毒由兩部分組成，外面是一層蛋白質(zhì)外殼，里面是遺傳物質(zhì)DNA或RNA。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，病毒不算生命，因?yàn)樗鼪]有獨(dú)立生存的能力，離開了宿主，什么都不是。但它是地球上最豐富的有機(jī)體。從海洋、森林到你身邊的牲畜、人群，再到你自己的體表、體內(nèi)，它無(wú)處不在。這個(gè)由病毒組成的世界被稱為“病毒圈”。鑒于我們對(duì)病毒的了解比任何其他生命形式都少，病毒圈對(duì)于我們長(zhǎng)期以來(lái)是一個(gè)神秘的世界。

但這種情況現(xiàn)在正在改變。我們檢測(cè)病毒的能力正指數(shù)級(jí)提高，在過(guò)去五年中，我們鑒定出的病毒種類數(shù)量已經(jīng)翻了20倍。更重要的是，我們對(duì)病毒的看法也在改變：這些奇特多樣的微生物不完全是殺人機(jī)器，它們?cè)诘厍蛏倪M(jìn)化過(guò)程中也扮演了重要角色。

病毒星球

就數(shù)量而言，沒有哪種生物能與病毒相提并論。我們的星球名副其實(shí)是一個(gè)“病毒星球”。一項(xiàng)研究估計(jì)，地球上的病毒總數(shù)達(dá)到1031個(gè)。病毒的尺寸一般在100納米的量級(jí)。如果把所有這些病毒首尾相連，長(zhǎng)度差不多是1億光年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了銀河系的范圍。在地球表面每平方米的面積上，每天都有大約8億個(gè)病毒附著在塵埃上降落，而我們對(duì)它們中的大多數(shù)幾乎一無(wú)所知。

病毒離開宿主，是完全惰性的。不過(guò)，病毒在宿主以外存活的時(shí)間有長(zhǎng)有短。短的只有幾秒鐘，長(zhǎng)的則能活幾十年。影響其存活時(shí)間的一個(gè)重要因素是溫度，此外還有陽(yáng)光、酸堿度等。在非常熱的環(huán)境中，病毒往往死得很快，這就是為什么加熱能殺死病毒的原因。這甚至可以解釋我們的身體為什么會(huì)進(jìn)化出發(fā)燒，作為對(duì)病毒感染的一種反應(yīng)。在較冷的溫度下，離開宿主，病毒可以存活數(shù)月甚至數(shù)年。天花病毒可在4℃～5℃的溫度下生存數(shù)十年。

一旦進(jìn)入宿主體內(nèi)，病毒就開始行動(dòng)。它劫持宿主的細(xì)胞，復(fù)制它自己的遺傳物質(zhì)。病毒的宿主可以是任何一種生物，動(dòng)物、植物、細(xì)菌，甚至是另一種病毒。譬如，一種稱為“斯普特尼克病毒”的小病毒就寄居在一種名為“媽媽病毒”的巨型病毒身上。病毒復(fù)制非常迅速，在感染后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就開始;幾天之內(nèi)，它們的蹤跡已遍布宿主的所有細(xì)胞。

盡管病毒在宿主體外是不活躍的，但一旦進(jìn)入宿主體內(nèi)，它們的行為就變得異常復(fù)雜。有些病毒（包括那些引起流感、麻疹和脊髓灰質(zhì)炎的病毒）進(jìn)入宿主體內(nèi)后會(huì)發(fā)出信號(hào)，以協(xié)調(diào)同伙的行動(dòng)。譬如說(shuō)，決定是攻擊還是暫時(shí)蟄伏。不同種類的病毒都有自己的秘密信號(hào)。此外，它們還能夠感知宿主細(xì)胞或其他病毒之間的交流信號(hào)。

我們可以利用這個(gè)發(fā)現(xiàn)來(lái)對(duì)抗疾病。事實(shí)上，研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)出病毒“奸細(xì)”，來(lái)感知其他微生物（包括大腸桿菌和沙門氏菌）特有的信號(hào)，然后將這些微生物鎖定并摧毀。有朝一日，我們可以利用類似辦法操縱噬菌體（一類專門感染細(xì)菌的病毒），來(lái)殺死極難對(duì)付的耐藥性細(xì)菌。

描繪病毒圈

盡管我們有先入為主的觀念，以為病毒只會(huì)給宿主帶來(lái)害處，但事實(shí)上，病毒對(duì)某些宿主也會(huì)帶來(lái)好處。以一種叫“破壞性假裸囊菌”的真菌為例。當(dāng)這種真菌被病毒感染后，會(huì)產(chǎn)生更多的孢子，所以病毒反而幫助了它的傳播。

病毒與宿主之間的相互作用，是病毒生態(tài)學(xué)的研究領(lǐng)域。鑒于它們的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，這是一項(xiàng)艱巨的工作，但是我們已經(jīng)取得一些進(jìn)展。2 017年，病毒生態(tài)學(xué)家繪制出第一張病毒-宿主的相互作用圖，涵蓋了當(dāng)時(shí)已知的所有病毒種類。研究顯示，大多數(shù)病毒“擇居”的對(duì)象相當(dāng)專一，它們往往只感染一兩種宿主。譬如，一種病毒能感染狗，但對(duì)貓可能就無(wú)可奈何，除非發(fā)生變異。近年來(lái)，病毒生態(tài)學(xué)的另一個(gè)進(jìn)展是，將對(duì)病毒圈的研究擴(kuò)大到了一個(gè)更加神秘的領(lǐng)域——一個(gè)由專門感染古細(xì)菌的病毒組成的世界。

不過(guò)，這只是冰山的一角。我們長(zhǎng)期以來(lái)一直懷疑病毒是地球上種類最多的微生物，但具體有多少種，我們只有模糊的概念。在過(guò)去2 0年中，被確認(rèn)的病毒種類超過(guò)了以往任何時(shí)候。譬如，我們知道了巨病毒的存在。這種病毒有1000多個(gè)基因，相較而言，最小的病毒只有10個(gè)基因。截至2019年4月，研究人員已鑒定出19. 5萬(wàn)種病毒。

但依然有大量的病毒在我們的掌握之外。隨著分析技術(shù)的提高，研究人員現(xiàn)在可以不必找出整個(gè)病毒，就能夠識(shí)別出病毒的基因。用這種方法的時(shí)候，他們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)大量未知病毒的基因片段。

當(dāng)病毒的宿主是人類自身時(shí)，研究病毒生態(tài)學(xué)可以幫助我們及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的威脅，預(yù)測(cè)哪些病毒可能跳轉(zhuǎn)宿主，來(lái)感染我們（見拓展閱讀：下次疫情可能來(lái)自哪些病毒？）。

病毒也曾居功至偉

我們關(guān)于病毒的印象，幾乎都是負(fù)面的，但事實(shí)上，在地球生命的進(jìn)化史上，病毒居功至偉。

病毒的進(jìn)化速度比任何其他生物體都要快得多，比我們至少要快上百萬(wàn)倍。進(jìn)化生物學(xué)家開始意識(shí)到，正是病毒源源不斷地提供的新的遺傳物質(zhì)，幫助了動(dòng)物、植物和細(xì)菌等其他生物的進(jìn)化。

病毒是通過(guò)一個(gè)叫“水平基因轉(zhuǎn)移”的過(guò)程，與宿主共享它們的基因的。你可以把水平基因轉(zhuǎn)移想象成打牌中的換牌，玩家可以通過(guò)交換手上的牌來(lái)優(yōu)化自己的牌組。如果兩位聯(lián)手的玩家中恰巧有一位的牌可以不斷翻新（病毒），那么他們通過(guò)換牌就可以建立一個(gè)更具競(jìng)爭(zhēng)力的聯(lián)盟。

科學(xué)家猜測(cè)，正是病毒的快速進(jìn)化能力，再加上交換基因的能力，使得地球上早期的單細(xì)胞生物能夠快速適應(yīng)幾乎任何環(huán)境?？紤]到地球早期的環(huán)境惡劣，這對(duì)最早的生命是至關(guān)重要的，而病毒可能在它們的成功中扮演了重要角色。

因此，更多地了解病毒、宿主及其環(huán)境之間的關(guān)系，能夠讓我們更好地了解生命的進(jìn)化乃至生命的起源。