動(dòng)植物的抗病神技

蘇一橫

疾病是人類健康的大敵，病原體一直隱藏在四面八方，悄悄地試圖入侵人體。導(dǎo)致了新冠肺炎的新型冠狀病毒就提醒人類——病原體的威脅時(shí)刻存在，而且不斷地變化，人類稍有疏忽，就會(huì)經(jīng)受一場(chǎng)浩劫。

不過(guò)，病原體本質(zhì)上也是生物，它需要一定的條件才能生存和茁壯成長(zhǎng)。所以，受疾病威脅的生物可以根據(jù)病原體的喜好來(lái)制定防御策略。如今，隨著人類開始將目光投向了疫苗、抗生素以外的下一代抗病技術(shù)，自然界很多生物的抗病妙招將會(huì)給我們帶來(lái)啟發(fā)。

蝙蝠的“免疫調(diào)控”

在古代，蝙蝠曾經(jīng)很受寵愛(ài)，古埃及人就喜歡把蝙蝠吊在門口，他們似乎感覺(jué)到這種有翅膀的哺乳動(dòng)物可以抵御疾病。在現(xiàn)代，蝙蝠卻越來(lái)越成為讓人們有些懼怕的小動(dòng)物，因?yàn)槿藗兩磉叴嬖谶^(guò)的很多致命病毒——狂犬病毒、埃博拉病毒、非典病毒以及新型冠狀病毒，全都曾出現(xiàn)在蝙蝠身上。

既然蝙蝠攜帶著那么多病毒，它們自身卻為何安然無(wú)恙呢？這就要?dú)w功于蝙蝠獨(dú)特的“免疫調(diào)控”系統(tǒng)。

我們知道，免疫系統(tǒng)最主要的任務(wù)是檢測(cè)并對(duì)抗外來(lái)的病原體，但過(guò)激的免疫反應(yīng)會(huì)造成炎癥。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)大多數(shù)哺乳動(dòng)物的細(xì)胞檢測(cè)到一種入侵病毒時(shí)，它們會(huì)釋放被稱為細(xì)胞因子的蛋白質(zhì)，從而啟動(dòng)一種抗病毒反應(yīng)，試圖阻止病毒復(fù)制并傳播到其他細(xì)胞。這些試圖摧毀病毒的蛋白質(zhì)就會(huì)引發(fā)炎癥反應(yīng)，造成發(fā)燒等癥狀。有些非常厲害的病毒，比如非典病毒和新冠病毒，它們很擅長(zhǎng)避開這種抗病毒反應(yīng)，當(dāng)人類感染它們之后，麻煩就來(lái)了——人體細(xì)胞將不停地釋放細(xì)胞因子，形成不可控的“細(xì)胞因子風(fēng)暴”，進(jìn)而產(chǎn)生劇烈的炎癥，損害器官，甚至導(dǎo)致死亡。

不過(guò)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，蝙蝠細(xì)胞卻有著“雙重策略”，它們一方面產(chǎn)生強(qiáng)烈的抗病毒反應(yīng)來(lái)進(jìn)行防御，另一方面也能抑制炎癥。在免疫過(guò)程中，一種叫做干擾素的物質(zhì)發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，它可以對(duì)病毒進(jìn)行早期預(yù)警和直接攻擊，并長(zhǎng)期保護(hù)蝙蝠體內(nèi)活細(xì)胞。與人類細(xì)胞因子不同的是，干擾素對(duì)于蝙蝠和病毒雙方都相對(duì)“溫和”，既不會(huì)引發(fā)炎癥，又可以使病毒在可控、可進(jìn)化的狀態(tài)下與蝙蝠細(xì)胞共存。這樣一來(lái)，蝙蝠可以持續(xù)感染非典病毒或者新冠病毒長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月之久，維持自身免疫系統(tǒng)與病毒之間的動(dòng)態(tài)平衡。

但是，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)病毒在蝙蝠體內(nèi)的數(shù)量越積越多時(shí)，蝙蝠就越有可能將病毒排入周圍環(huán)境。因此，像砍伐森林、污染環(huán)境這樣的行為不僅會(huì)給蝙蝠帶來(lái)食物短缺等壓力，還會(huì)使病毒從蝙蝠傳給人類的可能性大大增加。

可見(jiàn)，盡管我們沒(méi)有蝙蝠那樣強(qiáng)大的免疫力，但通過(guò)對(duì)蝙蝠的研究，仍然有助于讓我們避免下一場(chǎng)潛在的大流性疾病。

蜻蜓的“納米殺菌”

不用高溫、不用消毒、不用噴藥，在不借助任何外力的作用下，就可以輕松殺滅細(xì)菌！自然界中真有這樣的殺菌高手，那就是飛來(lái)飛去、隨處可見(jiàn)的帶翅昆蟲，比如蜻蜓和蟬。

蜻蜓和蟬肯定不會(huì)像人類那樣使用香皂，那會(huì)對(duì)它們?cè)斐删薮蟮膫?，但它們纖薄的翅膀具有獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)，可以使細(xì)菌一接觸就死亡。表面看上去，蜻蜓和蟬的翅膀平坦得像個(gè)飛機(jī)場(chǎng)，然而對(duì)于尺寸在微米量級(jí)的細(xì)菌來(lái)說(shuō)，蜻蜓翅膀是一個(gè)完全不同的世界。利用電子顯微鏡，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，蜻蜓的翅膀上其實(shí)布滿了針刺狀的尖狀突起，一般有兩三百納米那么高，被稱為納米柱。當(dāng)細(xì)菌停靠到蜻蜓翅膀表面時(shí)，它們實(shí)際上如同降落在了“狼牙棒”上面，細(xì)菌的細(xì)胞膜將會(huì)持續(xù)承受來(lái)自納米柱的巨大壓力，最終被拉伸或刺裂。

纖薄的翅膀具有獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)，可以使細(xì)菌一接觸就死亡。

科學(xué)家已經(jīng)通過(guò)電子斷層掃描技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)納米柱殺菌過(guò)程進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)它們特別適合殺滅一些危害人體的病菌，比如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌。在了解了納米柱殺滅細(xì)菌的機(jī)制后，科學(xué)家又有了下一步的任務(wù)，即，如何將模擬蜻蜓翅膀的納米柱用于設(shè)計(jì)和制造具備抗菌性能的餐飲或醫(yī)療用具。

桑葚的偽裝

植物需要保持呼吸通道的清潔和健康，就像動(dòng)物一樣。植物通過(guò)葉子表面的氣孔來(lái)呼吸空氣，這些氣孔是植物維持生存所必需的器官，通常被葉面上突起的“山脊”包圍，但它們也是潛在的病原體的侵入點(diǎn)。

生長(zhǎng)在南亞的喜馬拉雅桑葚常?；加邪追鄄。ㄉＨ~長(zhǎng)白斑）和銹?。ㄉＨ~長(zhǎng)銹斑），原因就在于白粉菌和銹菌很喜歡通過(guò)氣孔進(jìn)入桑葉。當(dāng)這兩種真菌落在葉子上后，真菌孢子發(fā)芽并放出細(xì)絲狀的管子，稱為菌絲。這些菌絲探索葉子的表面，尋找氣孔。當(dāng)菌絲找到一個(gè)氣孔時(shí)，它們就進(jìn)入并填充氣孔，從那里入侵到葉子的組織中，消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

真菌是如何發(fā)現(xiàn)這些氣孔的？科學(xué)研究表明，它們對(duì)葉子表面的紋理有特定的反應(yīng)。銹菌能識(shí)別植物表面突出的“山脊”，并與之成直角生長(zhǎng)，從而增加定位氣孔的機(jī)會(huì)，而白粉菌則能識(shí)別氣孔周圍特殊細(xì)胞的形狀，并以此為線索。生活在潮濕的氣候中，喜馬拉雅桑葚更容易被真菌感染。

然而，一些桑葚在它們的葉子上進(jìn)化出了獨(dú)特的紋理。這些高低不平、毫無(wú)規(guī)律的崎嶇表面混淆了真菌菌絲，使其很難找到氣孔所在，而真菌菌絲不能直接穿透葉子的表面，它們必須通過(guò)氣孔進(jìn)入。真菌一旦發(fā)芽出菌絲，就不能恢復(fù)孢子形態(tài)。通過(guò)掩護(hù)氣孔，桑葉會(huì)拖到真菌孢子，使其耗盡能量，在找到氣孔、進(jìn)入葉子之前“餓死”。

螞蟻培養(yǎng)“抗生菌”

在自然界中，不同的物種之間常常相互合作，建立持久共生的關(guān)系——螞蟻、真菌、細(xì)菌之間的三角關(guān)系是一個(gè)典型的例子。

早在6000萬(wàn)年之前，一些螞蟻就已經(jīng)開始了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于人類。比如，亞馬孫叢林的切葉螞蟻懂得從植物上切下葉片，用于種植真菌。在切葉螞蟻的洞穴里，是一座真菌農(nóng)場(chǎng)，也是自然界的一片樂(lè)土。螞蟻為真菌提供了食物和理想的生長(zhǎng)棲息地，而真菌又是螞蟻的食物來(lái)源。

而這個(gè)和諧的局面想要持續(xù)下去，就離不開第三者——細(xì)菌的幫助。在漫長(zhǎng)的歲月里，生命和環(huán)境一直在不斷地變化著，時(shí)常會(huì)有一些有害真菌（螞蟻無(wú)法食用）入侵或者衍生出來(lái)，這些不速之客將會(huì)破壞螞蟻辛苦種植的食物。此時(shí)，寄生在螞蟻身上的細(xì)菌就會(huì)站出來(lái)，制造各種抗生素，阻止不良真菌的生長(zhǎng)。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，螞蟻身上的抗生菌可以利用其DNA的不同片段來(lái)制造各種不同的抗生素。由于DNA可以提供指令，告訴細(xì)胞要制造什么樣的化合物，而抗生細(xì)菌經(jīng)常使用“說(shuō)明書”的不同部分，因此生產(chǎn)的抗生素總是不同的。其結(jié)果是，有害真菌始終無(wú)法快速形成防御系統(tǒng)，也就始終無(wú)法打開通往螞蟻真菌花園的“大門”。即使有害真菌偶然具備對(duì)某種抗生素的“抗藥性”，那么抗生細(xì)菌只需對(duì)DNA某些關(guān)鍵指令進(jìn)行小改動(dòng)，仍然可以阻止有害真菌打開“大門”。

人類很多疾病是由于感染致病細(xì)菌引起的，為了治療感染，醫(yī)生會(huì)使用一種抗生素來(lái)殺死病菌。隨著時(shí)間的推移，病菌可以學(xué)會(huì)保護(hù)自己，并對(duì)抗生素產(chǎn)生抗藥性。因此，人類可以學(xué)習(xí)螞蟻，也培養(yǎng)一些抗生菌，使病菌更難產(chǎn)生抗藥性。