病毒星球:病毒如何深度改造地球生命、人类文明

近几天,看有人在网上留言,说要消灭所有的蝙蝠。

这还是找错了原因。就算你消灭了蝙蝠,也不能消灭病毒;或者说,消灭了病毒,地球可能就不是适合人类生存的地球了。

就像我们的人生要学会与问题共存,人类也应该学会与病毒共存。

这个共存,需要系统思维,从地球大系统考虑问题。

这个共存,也需要敬畏,认识到人类只是地球系统一份子。

弱小和无知不是生存的障碍,傲慢才是。

病毒星球:病毒如何深度改造地球生命、人类文明

这是一个谈病毒色变的冬春之交。

实际上,病毒与生命出现的时间几乎一样漫长。当地球上诞生第一个细胞的时候,病毒很有可能就已经存在了。

它与生命相纠缠,至今人们尚不能判定它算不算一种生物;在人类出现后,又与人类文明发生了很多不得不说的故事。

虽然病毒在这个地球上已经存在了很久,但其实直到一百多年前,我们才意识到病毒的存在。

所以,且让我们慢下行走的脚步,简单了解一下这个深刻改变了历史进程的,让人五味杂陈的小东西。


病毒星球:病毒如何深度改造地球生命、人类文明

卡尔.齐默的《病毒星球》

病毒在生物进化中的角色

我们都知道,生命的遗传物质是DNA,也就是脱氧核糖核酸,它能够自我复制,制造出一代又一代的生命。

病毒也有类似的构成,一些是DNA,一些是RNA(核糖核酸)。

从这个角度看,病毒好像是一种生物。

但是,它又不具备生物所有的特征。

它不像生物那样新陈代谢,而是四处飘荡,寻找宿主,也就是可以寄生的地方。

这个寄生的地方,可不是我们通常认为的,像寄生虫一样找生物体。

寄生虫只是找一个可以吸收营养的地方,自身会有一个新陈代谢过程。

病毒找的是生物细胞。在细胞里,病毒的外壳会降解,携带的遗传物质会篡改这个细胞的“指令”,让细胞制造病毒所需要的蛋白质外壳,生产出更多的病毒遗传物质。

计算机“病毒”之所以被命名“病毒”,就是因为这个过程太像了。

病毒在破坏掉一个细胞后,会蜂拥而出寻找更多的细胞,感染就出现了,而且是大面积的感染。

如果仅是这样,那病毒算不上聪明,因为如果“宿主”死了,它也就灭亡了。

为了更好的繁衍下去,病毒会修改“宿主”的基因,比如把自己的一段DNA,添加到宿主的DNA上去。当然,也可能是宿主的基因对病毒进行了修改。

上个世纪60年代,人们发现在鸡的遗传物质中,存在着禽白血病病毒的DNA。说明鸡的祖先曾经被这种病毒感染,但一些活了下来,病毒的DNA和鸡的DNA结合到了一起,并且传递给了鸡的下一代。

可以说,被病毒感染后,一部分生物因为病毒感染,会生病或者死亡;但也有相当一部分或者相当的概率,会出现这样的基因改变。

如果这样的事情,经过漫长时间的演化,会出现什么情况?


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那就是在生物体内共存,成为生物基因的一部分。

现在人类基因总量的8%是病毒基因,大概有十万种。此外,还有大量病毒DNA的碎片,也被整合进了我们的DNA中。

这么大量的病毒,相当一部分没有什么作用;但也有一些很有用。

比如,大约一亿年前,哺乳动物的祖先曾经被一种病毒感染,这种病毒的DNA会生产一种特定的蛋白质,帮助形成胎盘。如果没有这种病毒带来的DNA,就不会有胎生动物的诞生。

这就是进化。

生物利用病毒的DNA来帮助自己演化,失败的生物死去了,而成功的生物开枝散叶,繁衍后代。

没有多种多样的病毒,也就没有现在这样丰富多彩的生命。

病毒怎样影响了人类文明


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病毒对人类文明的影响,原因就在于病毒能杀人。

比如,天花病毒对人类历史的影响。

清朝顺治帝死于天花时,仅仅23岁。他的儿子玄烨(康熙)之所以能成为皇太子继而登基,部分原因就是小时候感染过天花,而有了免疫力。

俄罗斯皇帝彼得二世、英国女王玛丽二世都是因天花而死。

从1400年到1800年,仅在欧洲,每个世纪就有上亿人死于天花。而这些人,有可能成为科学家、艺术家,但是这些无数的可能性,都因为天花病毒的肆虐而消失了。

大约在公元十世纪,中国出现了世界上第一种有效预防天花传播的方法:“人痘”。也就是用针或者刀,在天花患者的伤口上蹭一下,再用这个粘上病毒的针或刀,在健康人皮肤的伤口上摩擦,进行接种。这种方法有2%的死亡率,但是相比感染天花病毒30%的致死率要强得多。

十八世纪,英国医生爱德华•詹纳才发明了牛痘接种,继而引发了疫苗的医学革命。1977年,天花被彻底消灭,只有少数天花病毒存放在高等级的生物研究实验室中。


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天花病毒之所以能被消灭,因为它只感染人类,而不感染其他生物。

大部分病毒并非如此。更麻烦的是,病毒的遗传物质并不稳定,经常会受到其他病毒遗传物质的影响。

比如我们很熟悉的流感病毒,就经常变来变去。流感听起来跟感冒很像,但是完全不是一回事。感冒是由鼻病毒引起的,往往过一周左右就会自己痊愈;而流感则是流感病毒引起的,它的危害大得多。就在1918年,流感大暴发,杀死了约五千万到一亿人。

流感病毒就会感染许多物种。2009年爆发的甲型H1N1流感,病毒的基因组中就混合了人流感、猪流感和禽流感的基因。

因为流感病毒的基因不稳定,所以得过流感的人也不会对流感终生免疫。也是由于这个原因,我们很难制造出通用的流感疫苗,也难以阻止一次次的流感袭击。

每次病毒感染时,其实都是病毒对细胞发起了攻击。病毒感染的目标是细胞,而且往往是特定的细胞。那么,既然病毒感染细胞后能让细胞死亡,是否也就意味着病毒可以用于消灭细菌呢?

的确如此。有一类病毒叫作“噬菌体,寄生对象是细菌。

噬菌体的样子像一艘火箭,身材细长,有几只脚和一个大脑袋,脑袋里面装着遗传物质。它会像注射器一样,将自身的遗传物质注射到病菌里,大量复制然后破壳而出,杀死细菌。


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在第一次世界大战期间,就有人尝试使用噬菌体来治疗痢疾;在几年后,还有人用噬菌体成功治疗了腺鼠疫患者。

随着以青霉素为代表的抗生素的发明和推广,使用噬菌体这种病毒来治疗疾病的做法就很少见了。

但是,随着越来越多抗生素的出现和使用,拥有抗药性的细菌也开始出现。

比如,有的金黄色葡萄球菌已经能对抗今天所有抗生素;烧伤病人伤口上常见的绿脓杆菌,也有了能抗许多抗生素的种类。

当抗生素在面对细菌失去作用时,噬菌体也就有了用武之地。

上世纪50年代,我国的医生曾经用噬菌体,治疗了一位严重烧伤病人身上的细菌感染。

近年来,随着超级抗药病菌的出现,噬菌体的研究进一步发展起来,已经有研究者开发出了带有多种噬菌体的敷料,盖在伤口上可以杀灭常见的六种细菌力。

可以说,人类文明从来没有缺少病毒的参与。天花、黑死病是人类不愿回顾的历史;而人类与病毒的对抗,也构成了一种文明记忆。

病毒维持了地球的生态平衡


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从外太空到海底,从封闭了百万年的水晶洞到最干旱的沙漠,到处都能找到病毒。

病毒最多的地方,不是人类世界,而是海洋。

在一升海水里,大概有一千亿个病毒;而全球的海洋中,可能有10^31个病毒颗粒。如果把这些病毒一个个排成队,能延伸到四千两百光年之外。

海洋病毒虽然多,但完全不用担心在海里游泳的安全,因为能感染人或其他多细胞海洋生物的并不多。绝大多数海洋病毒的寄主,都是病菌和其他单细胞生物,例如微小的藻类。

而以藻类为代表的海洋微生物与病毒之间的斗争,甚至会影响整个地球的大气层。

海洋中的藻类和能产生光合作用的细菌,提供了地球上大约一半的氧气,其他代谢产物还参与了云的形成。除此之外,这些微小的单细胞生物还会影响大气中二氧化碳的含量,继而影响地球的温度和海底矿物的形成。

是海洋病毒和单细胞生物之间的平衡,导致了今天地球的气候环境,影响了大气成分。而在病毒的基因交换过程中,也促进了海洋中生物的演化。

海洋中的藻类之所以能够通过光合作用放出氧气,和吸收了病毒的DNA有很大关系。


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海洋聚球藻是一种在海洋中含量非常丰富的细菌,地球上大概有1/4的光合作用,都是这种细菌来完成的。

科学家分析了这种藻类的DNA,发现其中一种重要蛋白质的编码基因,正是来自病毒。粗略估计一下,病毒的基因带来的氧气,大约占地球氧气含量的1/10。

在海洋里,病毒和其他生物混合基因的情况非常常见。

早在数十亿年前,以病毒作为载体,生物的基因就在物种间转来转去。

没有病毒,就不会有今天的地球,也就不会有今天我们所能见到的各种生物。

一点感慨


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近几天,看有人在网上留言,说要消灭所有的蝙蝠。

这还是找错了原因。就算你消灭了蝙蝠,也不能消灭病毒;或者说,消灭了病毒,地球可能就不是适合人类生存的地球了。

就像我们的人生要学会与问题共存,人类也应该学会与病毒共存。

这个共存,需要系统思维,从地球大系统考虑问题。

这个共存,也需要敬畏,认识到人类只是地球系统一份子。

弱小和无知不是生存的障碍,傲慢才是。


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