病毒對人類的相愛相殺:從病毒的進化角度看人類和病毒的未來發展


病毒對人類的相愛相殺:從病毒的進化角度看人類和病毒的未來發展

2020年2月26日,韓國首爾,為防止感染冠狀病毒,一名婦女戴著口罩急匆匆地走過傳統市場,在她身後,一家消毒服務公司的員工正在消毒。

攝影:KIM HONG-JI, REUTERS

2020年的今天,全球正在遭受著,又一波恐怖的傳染病,而且在以驚人的速度,從中國,再到全球的蔓延,回想我們人類過去的幾萬年的發展歷程,從古代輕易就毀掉一個村的瘟疫,到後來的天花病毒,只是一個歐洲,就死了5億人!要知道,當時的世界總人口也就17億左右,這一下,都快死了三分之一的人了。

我們人類的歷史,一直說是一部侵略和被侵略的戰爭史,成王敗寇,就像中國的抗日戰爭,直接改變了中國和日本的關係和命運。但今天我想說的是,病毒同樣改變了人類的文明進程,有一個人因為戰爭而死,就會有兩個人因為患病而死。

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今天,想從進化的角度,尤其是病毒進化的角度,來看看它對我們人類的影響和改變。

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首先,還是要和大家再介紹一下病毒

我還是最喜歡邴鍾興老師的比喻,它把病毒比喻成,我們日常的費列羅巧克力,別說,還真的很形象。


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外面的花生仁就是病毒的蛋白質外殼,裡面咬開,會有一顆杏仁,就是病毒裡最重要的物質,遺傳物質,可以是DNA,可以是RNA,甚至有些病毒根本沒有遺傳物質,它只不過是一層蛋白質外殼,也可以幫助他們進行侵染。這就是病毒的構成。

以下這些都是不同形態的病毒。


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那病毒的存在,和地球上所有的物種一樣,只有一個目的,存活下去

因為我們前面說到,病毒結構其實超級簡單,它只有遺傳物質核酸(DNA或RNA),有些甚至都沒有,外面再加一個蛋白質衣殼,所以病毒是無法獨立進行代謝和生長,它只能利用由感染的機制,進入宿主,利用宿主的細胞系統進行自我複製。

同時,它也藉助宿主細胞代謝產生的能量才能生存和增殖,所以如果宿主死光了,病毒也就完蛋了。

病毒就是要通過這種方式老延續自己的基因,病毒和宿主的關係有些類似捕食者和獵物,前者依賴於後者存活。兩者的數量變化會呈現出先增先減、後增後減的模式,形成一個循環:

病毒出現→宿主減少→病毒減少→宿主增多→病毒增多,實現動態平衡。

而這個平衡一旦被打破,要不就是我們人類死亡,要不就是病毒被消滅。

比如:大名鼎鼎的天花病毒,就是這樣被滅掉的。愛德華·琴納醫生從擠奶工的身上得到啟發,發明的牛痘接種疫苗並大範圍普及,讓天花病毒,成為了首個被人類戰勝的病毒。

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那麼,在病毒依賴宿主生活這樣的一個模式下,我們為什麼會死亡呢?

這就是我們人類,或者說是所有物種的一個自私的“自我保護機制”在起作用了。

每種生物的基因都希望自身永久延續,宿主不想把能量白給病毒用,更不能容忍病毒在細胞內增殖,就動用免疫系統對付病毒了,最常見的就是炎症。而病毒為了確保自己能安全借宿,也會表達一些毒蛋白對付宿主,使免疫機制不能正常運行,直至細胞裂解、凋亡。

宿主死於病毒感染,一部分是病毒表達的毒蛋白直接導致的,也有一部分是宿主過激的炎症造成的。

炎症非常厲害,不僅消滅病毒,也消滅被病毒感染的細胞,如果炎症反應以嚴重損害機體為代價仍沒有消滅病毒,那麼病毒捲土重來或者發生繼發性細菌感染,就能要了宿主的命。

而我們所說的野生動物,比如蝙蝠的免疫機制就比人類要聰明的多。


蝙蝠的炎症是被削弱的,它不指望徹底滅了病毒,只要抑制住病毒過度增殖就可以了。而且蝙蝠細胞內干擾素水平日常就非常高,即使病毒表達的毒蛋白破壞了一部分干擾素,剩下的也足夠抑制病毒了。

正因為如此,蝙蝠才能攜帶如此多的可怕病毒而不生病,有埃博拉病毒、馬爾堡病毒和多種冠狀病毒等。

蝙蝠並非百毒不侵,它只是經過長期演化已經適應了這些病毒而已,它感染外源性病毒也會生病的,比如狂犬病毒。

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病毒的終極進化

《進化論》達爾文認為,生物之間存在著生存爭鬥,適應者生存下來,不適者則被淘汰,這就是自然的選擇。生物正是通過遺傳、變異和自然選擇,從低級到高級,從簡單到複雜,種類由少到多地進化著、發展著。以上三點,即是我們常聽到的"物競天擇,適者生存",現代基因學的誕生,為此提供了重要的證據,事實上,物競天擇,競的是"基因"。

這次新型冠狀病毒肺炎,很多科學家培育毒株,來研製攻克病毒的疫苗,為了儘快結束這場災難。但是,病毒的變異速度太快了,尤其是像RNA病毒,可能疫苗剛做好,病毒就已經大面積轉移變異了。

當地時間3月2日,中國醫學科學院北京協和醫院、中國疾控中心、加州大學洛杉磯分校、匹茲堡大學、湖南大學五家合作單位的研究人員共同在生物科學預印本網站bioRxiv在線發表了一項針對新冠病毒演化過程中的突變、重組和插入的重磅研究(“Mutations, Recombination and Insertion in the Evolution of 2019-nCoV”)。


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研究通過分析病毒的突變,解釋新冠病毒為何傳染性能顯著增強。

人類新冠病毒(2019-nCoV)和蝙蝠RaTG13病毒蛋白之間的差異在2005年至2012年之間已經開始出現點突變。同時新冠病毒,還在不停的發生重組。

結果表明,2019-nCoV的S蛋白可能從穿山甲冠狀病毒衍生出來,而不是蝙蝠冠狀病毒RaTG13。而在2019- nCoV的進化過程中,RaTG13樣冠狀病毒和穿山甲樣冠狀病毒病毒株之間可能發生了重組。

而這些證據,也許可以解釋新冠病毒相比SARS、MERS相關的β冠狀病毒傳染性顯著增加的原因。

就像之前有部電影《感染》裡的一樣,病毒發生重組,感染和死亡人數驚人。


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經過幾千萬年的自然選擇,病毒與蝙蝠和平共處,這就是最終進化形態了嗎?還不是。

有一類病毒叫內源性病毒,它直接整合到宿主的基因組中去了,建立終身感染,隨著宿主基因複製而複製,並遺傳給子代。

這類病毒不會對宿主產生任何危害,宿主也完全接納它了。

內源性病毒是一類逆轉錄病毒。有細胞生物的遺傳物質都是DNA,DNA轉錄成RNA,再翻譯成蛋白質,參與代謝活動。內源性病毒的遺傳物質是RNA,它有兩個酶特別厲害,逆轉錄酶把RNA逆轉錄成雙鏈DNA,整合酶負責將雙鏈DNA整合到宿主基因組中,形成沉默的原病毒,潛伏在細胞中。

多數內源性病毒已經因基因突變而失活,無法再重新組裝成病毒了,事實上它們也不需要再組裝了。

有的內源性病毒甚至在宿主細胞內承擔一定功能,成為了轉座子。

轉座子是一類特殊的基因序列,又叫跳躍基因,可以單獨複製或斷裂成環,對後續基因表達起重要調控作用。

人類DNA有5~8%來自病毒

本質上,生物的繁殖演化,只是一些DNA排列組合不斷演變而已,其實 生物在利用病毒的DNA來幫助自己演化,這是很常見的事情

比如說,這段基因導致這個生物死去,它就失敗了,但是其他留下來的生物,從進化論的角度,它獲得了更有利於繁殖後代的能力,同時也把改造過的基因傳遞下去。

所以,為什麼說病毒,推動了人類的進化進程。在人與病毒的幾萬年的糾葛中,我們隨時有可能會掛掉,我們人類一直都是在與病毒不斷博弈的過程中,不斷獲得新的認識。

我們知道的都是一些已知的病毒,我們見過它才能提供正確的治療方法去消滅它,但是遇到了未知的病毒,就像這次新型冠狀病毒,我們對它一無所知,雖然它很像是SARS,但它對 科學家、醫生的考驗非常強大。

怎麼樣在最短的時間裡研製出正確的解藥,如何在最短的時間內降低死亡率,這都是對醫生、對醫療體系一次嚴峻的考驗

生物進化雖然是有方向的,由自然選擇決定,但進化永遠不以生物體意志為轉移。

進化從來不是美妙的,這其中要有大量的不適者被淘汰,有可能就是我們人類。請問誰願意做這個被病毒淘汰的不適者?未來病毒會朝著什麼方向去進化?他的感染力和致病力又會怎樣?我們又將經歷什麼大型感染?我們無從得知。

因此,雖然病毒不想消滅我們,我們一定要消滅病毒。

這必將是一場持久戰,敬畏生命,敬畏病毒,加油,人類!



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