給中學生看的科普文:我們該如何看待病毒

在這段不同尋常的日子裡,似乎所有人的注意力都放在了新型冠狀病毒肺炎上。

作為一箇中學生,你的開學日期一延再延,宅家和爸媽大眼瞪小眼。你瞭解這個讓你沒法開學的罪魁禍首嗎?

給中學生看的科普文:我們該如何看待病毒

新型冠狀病毒的病毒顆粒


什麼是病毒?細菌和病毒是同樣的東西嗎?

為什麼我們會生病?

今年奧斯卡最佳電影《寄生蟲》,你看了嗎?如果看了的話,你能體會到什麼叫“寄生”嗎?

如果你在學校選修了 bio,那麼這些問題的答案你已經都有了。但經常複習還是很有必要的。本篇文章將是一份很棒的複習資料。



平時我們所說的生物(living organisms),都是由細胞(cell)組成的。除了這些細胞類型的生物,地球上還有另一類數量極其龐大的非細胞類型的生物體,這就是病毒(virus)。

病毒的數量有多龐大呢?每毫升的海水中就有 2.5 億個病毒。這世界上沒有任何生物可以在數量上超越病毒。


1

病毒長啥樣呢?


我們來看看一個典型的流感病毒:

給中學生看的科普文:我們該如何看待病毒

圖源:Edexel IGCSE Biology(9-1)Student Book


最中央的物質是病毒的遺傳物質,根據病毒的種類不同,可能是 DNA 或者 RNA (快速複習:DNA 和 RNA 的區別是什麼?)

這個遺傳物質由一層蛋白質包裹著,我們把它叫做衣殼(capsid)。有的病毒在衣殼外面還有一層脂質的包膜(envelope),類似細胞的細胞膜,上面也有蛋白質分子。

這層包膜並不是病毒自己生產的,而是從宿主細胞那裡“偷”來的。

說到這裡,你應該知道為什麼病毒不是細胞了吧?

複習:細胞的基本結構是?

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圖源:Edexel IGCSE Biology(9-1)Student Book


  • 以動物細胞為例,細胞應該包含細胞核(nucleus),細胞膜(cell membrane)和細胞質(cytoplasm)。

病毒沒有細胞結構,即使有些病毒有類似細胞膜的外膜,膜裡面也有遺傳物質,但是病毒沒有細胞質,即沒有一個水溶液的環境。

由於地球上的生命活動是以水為介質的,化學反應要在水溶液中才能進行,沒有水溶液的環境也意味著沒有化學反應,所以病毒沒有自己的新陳代謝(metabolism)。

這意味著什麼呢?


2

病毒沒有生命


為什麼這麼說?我們先來複習一下:

生物體的常見生命活動(life processes of living organisms)有哪些?

獲取營養 require nutrition – plants make their own food, animals eat other organisms

呼吸 respire – release energy from their food

排洩 excrete – get rid of waste products

對刺激作出反應 respond to stimuli – are sensitive to changes in their surroundings

移動 move – by the action of muscles in animals, and slow growth movements in plants

維穩 control their internal conditions – maintain a steady state inside the body

繁殖 reproduce – produce offspring

生長 grow and develop – increase in size and complexity, using materials from their food.

我們常說的吃喝拉撒、睡覺、生孩子,其實就是各種各樣的生命活動(life process)。

而對病毒來說,他們存在唯一的意義就是繁殖(reproduction)。其他的生命活動,它統統都沒有。

所以我們才說,當我們看到單獨的存在細胞外的病毒,它其實是沒有生命的。它不需要進食,不會排洩,不會生長,也不會對環境作出任何的反應。

只有找到了宿主(host),病毒才能繁殖。


3

病毒本質上是寄生物


今年奧斯卡最佳電影《寄生蟲》,你看了嗎?如果看了的話,你能體會到什麼叫“寄生”嗎?

簡單來說,寄生指的就是病毒必須要依靠其他生物來存活。

病毒的結構雖然簡單(和細胞相比而言),但是卻含有儲存生命信息的分子,DNA或者RNA。

一旦有發揮它們指令作用的環境,即到活的細胞內部,這些指令就可以調動細胞裡面的資源和生產線,合成複製自己所需要的遺傳物質和殼粒蛋白。

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從這個意義上講,病毒就是隻有指揮部,沒有工廠的單位,指揮部進入別人的工廠發號施令,由這些工廠來生產自己

病毒感染了一個細胞後,這個細胞會被它“劫持”著生產更多的病毒,直到這個細胞死去,病毒去感染更多的細胞。


4

病毒到底想做什麼?


雖然人類認識病毒只有一百多年,但是病毒在至少三百萬年前就存在了。

我們經常把病毒稱為病原體(pathogen),因為我們只在病毒引發大規模的疾病時才注意到它們,例如每年的流感季,例如引起艾滋病的 HIV 病毒、 SARS 和這次的新型冠狀病毒。

可是相比起地球上的所有的10 的 33 次方個病毒,讓人聞風喪膽的 10 的 19 次方個 HIV 病毒僅是大海中的一滴水。這就好像,有人只接觸過一顆有毒的蘑菇,然後就認為整個地球上的蘑菇都是有毒的。

病毒並不是我們的天敵。這世界上絕大多數的病毒都是無害的,而且它對我們很重要。

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噬菌體(Bacteriophage)就是一種能幫人類對抗細菌引發的疾病的病毒


事實是,所有的生物物種,包括細菌,都受到病毒的影響。病毒存在於所有的生態系統中。病毒對物種進化(evolution)是至關重要的。

病毒影響了大部分生物的基因,包括我們人類。病毒甚至能通過影響海洋裡微生物的密度來影響全球氣候。

我們人類現在之所以是這樣的物種,也跟病毒有關。比方說,我們人類擁有強大的免疫系統。這個免疫系統之所以這麼強大,其中一個原因就是因為它和病毒進行著永不停息的對抗,在這樣的對抗中,強大的基因被保留下來了。

回到我們最初的問題吧,病毒為什麼會存在呢?

病毒學家在 1980 年代提出了Trade-off Hypothesis,這種理論的假設是病毒所做的一切是為了優化自己的繁殖。

從這個意義上來說,那些臭名昭著的病毒,例如天花、埃博拉,其實是很失敗的病毒。因為它們快速地殺死了自己的宿主,然後就被限制了傳播。

如果一類病毒能和自己的宿主共存,還能夠做到讓宿主無察覺地快速傳播,那麼他就達到了自己繁殖更多病毒的目的。

看完這一段,你可以能覺得很抽象,我推薦你看下面這個視頻:

https://www.bilibili.com/video/av76284518/

根據這個視頻中的理論,下面哪種量的病毒是最容易傳播的呢?

A. too much

B. just right

C. too little

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5

我們該怎麼做?


知道了病毒是什麼和病毒為什麼存在後,你應該沒那麼害怕病毒了。

剛剛我們沒有提到的是,由於部分病毒的遺傳物質是 RNA,也就是單鏈結構,它變異得非常快。人類研發疫苗的速度很難跟得上病毒變異的速度。

所以因為新型冠狀病毒生病的人,都要靠自己的免疫系統(immune system)來跟病毒作鬥爭。

Immune 這個詞來自拉丁文的“immunis”,意思就是“免除”,在這裡指免除微生物和病毒的攻擊。

當病毒想要劫持人體的細胞時,搶奪細胞的資源時,免疫系統就會派出免疫細胞,去跟病毒對抗。

給中學生看的科普文:我們該如何看待病毒

我們看不到病毒,也看不到免疫細胞,但我們也有很多力所能及的事,去幫助我們的免疫系統。

除了你父母經常談的戴口罩、勤洗手,你還可以注意的是,多吃水果蔬菜,吃足夠的肉類蛋類,早睡早起,儘可能地多運動,曬太陽,保持好心情。這些都能幫你提升免疫力,對抗病毒。

加油,好好學習,讓知識陪伴你度過這段難熬的日子。


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