病毒对人类的相爱相杀:从病毒的进化角度看人类和病毒的未来发展


病毒对人类的相爱相杀:从病毒的进化角度看人类和病毒的未来发展

2020年2月26日,韩国首尔,为防止感染冠状病毒,一名妇女戴着口罩急匆匆地走过传统市场,在她身后,一家消毒服务公司的员工正在消毒。

摄影:KIM HONG-JI, REUTERS

2020年的今天,全球正在遭受着,又一波恐怖的传染病,而且在以惊人的速度,从中国,再到全球的蔓延,回想我们人类过去的几万年的发展历程,从古代轻易就毁掉一个村的瘟疫,到后来的天花病毒,只是一个欧洲,就死了5亿人!要知道,当时的世界总人口也就17亿左右,这一下,都快死了三分之一的人了。

我们人类的历史,一直说是一部侵略和被侵略的战争史,成王败寇,就像中国的抗日战争,直接改变了中国和日本的关系和命运。但今天我想说的是,病毒同样改变了人类的文明进程,有一个人因为战争而死,就会有两个人因为患病而死。

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今天,想从进化的角度,尤其是病毒进化的角度,来看看它对我们人类的影响和改变。

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首先,还是要和大家再介绍一下病毒

我还是最喜欢邴钟兴老师的比喻,它把病毒比喻成,我们日常的费列罗巧克力,别说,还真的很形象。


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病毒对人类的相爱相杀:从病毒的进化角度看人类和病毒的未来发展

外面的花生仁就是病毒的蛋白质外壳,里面咬开,会有一颗杏仁,就是病毒里最重要的物质,遗传物质,可以是DNA,可以是RNA,甚至有些病毒根本没有遗传物质,它只不过是一层蛋白质外壳,也可以帮助他们进行侵染。这就是病毒的构成。

以下这些都是不同形态的病毒。


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那病毒的存在,和地球上所有的物种一样,只有一个目的,存活下去

因为我们前面说到,病毒结构其实超级简单,它只有遗传物质核酸(DNA或RNA),有些甚至都没有,外面再加一个蛋白质衣壳,所以病毒是无法独立进行代谢和生长,它只能利用由感染的机制,进入宿主,利用宿主的细胞系统进行自我复制。

同时,它也借助宿主细胞代谢产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。

病毒就是要通过这种方式老延续自己的基因,病毒和宿主的关系有些类似捕食者和猎物,前者依赖于后者存活。两者的数量变化会呈现出先增先减、后增后减的模式,形成一个循环:

病毒出现→宿主减少→病毒减少→宿主增多→病毒增多,实现动态平衡。

而这个平衡一旦被打破,要不就是我们人类死亡,要不就是病毒被消灭。

比如:大名鼎鼎的天花病毒,就是这样被灭掉的。爱德华·琴纳医生从挤奶工的身上得到启发,发明的牛痘接种疫苗并大范围普及,让天花病毒,成为了首个被人类战胜的病毒。

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那么,在病毒依赖宿主生活这样的一个模式下,我们为什么会死亡呢?

这就是我们人类,或者说是所有物种的一个自私的“自我保护机制”在起作用了。

每种生物的基因都希望自身永久延续,宿主不想把能量白给病毒用,更不能容忍病毒在细胞内增殖,就动用免疫系统对付病毒了,最常见的就是炎症。而病毒为了确保自己能安全借宿,也会表达一些毒蛋白对付宿主,使免疫机制不能正常运行,直至细胞裂解、凋亡。

宿主死于病毒感染,一部分是病毒表达的毒蛋白直接导致的,也有一部分是宿主过激的炎症造成的。

炎症非常厉害,不仅消灭病毒,也消灭被病毒感染的细胞,如果炎症反应以严重损害机体为代价仍没有消灭病毒,那么病毒卷土重来或者发生继发性细菌感染,就能要了宿主的命。

而我们所说的野生动物,比如蝙蝠的免疫机制就比人类要聪明的多。


蝙蝠的炎症是被削弱的,它不指望彻底灭了病毒,只要抑制住病毒过度增殖就可以了。而且蝙蝠细胞内干扰素水平日常就非常高,即使病毒表达的毒蛋白破坏了一部分干扰素,剩下的也足够抑制病毒了。

正因为如此,蝙蝠才能携带如此多的可怕病毒而不生病,有埃博拉病毒、马尔堡病毒和多种冠状病毒等。

蝙蝠并非百毒不侵,它只是经过长期演化已经适应了这些病毒而已,它感染外源性病毒也会生病的,比如狂犬病毒。

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病毒的终极进化

《进化论》达尔文认为,生物之间存在着生存争斗,适应者生存下来,不适者则被淘汰,这就是自然的选择。生物正是通过遗传、变异和自然选择,从低级到高级,从简单到复杂,种类由少到多地进化着、发展着。以上三点,即是我们常听到的"物竞天择,适者生存",现代基因学的诞生,为此提供了重要的证据,事实上,物竞天择,竞的是"基因"。

这次新型冠状病毒肺炎,很多科学家培育毒株,来研制攻克病毒的疫苗,为了尽快结束这场灾难。但是,病毒的变异速度太快了,尤其是像RNA病毒,可能疫苗刚做好,病毒就已经大面积转移变异了。

当地时间3月2日,中国医学科学院北京协和医院、中国疾控中心、加州大学洛杉矶分校、匹兹堡大学、湖南大学五家合作单位的研究人员共同在生物科学预印本网站bioRxiv在线发表了一项针对新冠病毒演化过程中的突变、重组和插入的重磅研究(“Mutations, Recombination and Insertion in the Evolution of 2019-nCoV”)。


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研究通过分析病毒的突变,解释新冠病毒为何传染性能显著增强。

人类新冠病毒(2019-nCoV)和蝙蝠RaTG13病毒蛋白之间的差异在2005年至2012年之间已经开始出现点突变。同时新冠病毒,还在不停的发生重组。

结果表明,2019-nCoV的S蛋白可能从穿山甲冠状病毒衍生出来,而不是蝙蝠冠状病毒RaTG13。而在2019- nCoV的进化过程中,RaTG13样冠状病毒和穿山甲样冠状病毒病毒株之间可能发生了重组。

而这些证据,也许可以解释新冠病毒相比SARS、MERS相关的β冠状病毒传染性显著增加的原因。

就像之前有部电影《感染》里的一样,病毒发生重组,感染和死亡人数惊人。


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经过几千万年的自然选择,病毒与蝙蝠和平共处,这就是最终进化形态了吗?还不是。

有一类病毒叫内源性病毒,它直接整合到宿主的基因组中去了,建立终身感染,随着宿主基因复制而复制,并遗传给子代。

这类病毒不会对宿主产生任何危害,宿主也完全接纳它了。

内源性病毒是一类逆转录病毒。有细胞生物的遗传物质都是DNA,DNA转录成RNA,再翻译成蛋白质,参与代谢活动。内源性病毒的遗传物质是RNA,它有两个酶特别厉害,逆转录酶把RNA逆转录成双链DNA,整合酶负责将双链DNA整合到宿主基因组中,形成沉默的原病毒,潜伏在细胞中。

多数内源性病毒已经因基因突变而失活,无法再重新组装成病毒了,事实上它们也不需要再组装了。

有的内源性病毒甚至在宿主细胞内承担一定功能,成为了转座子。

转座子是一类特殊的基因序列,又叫跳跃基因,可以单独复制或断裂成环,对后续基因表达起重要调控作用。

人类DNA有5~8%来自病毒

本质上,生物的繁殖演化,只是一些DNA排列组合不断演变而已,其实 生物在利用病毒的DNA来帮助自己演化,这是很常见的事情

比如说,这段基因导致这个生物死去,它就失败了,但是其他留下来的生物,从进化论的角度,它获得了更有利于繁殖后代的能力,同时也把改造过的基因传递下去。

所以,为什么说病毒,推动了人类的进化进程。在人与病毒的几万年的纠葛中,我们随时有可能会挂掉,我们人类一直都是在与病毒不断博弈的过程中,不断获得新的认识。

我们知道的都是一些已知的病毒,我们见过它才能提供正确的治疗方法去消灭它,但是遇到了未知的病毒,就像这次新型冠状病毒,我们对它一无所知,虽然它很像是SARS,但它对 科学家、医生的考验非常强大。

怎么样在最短的时间里研制出正确的解药,如何在最短的时间内降低死亡率,这都是对医生、对医疗体系一次严峻的考验

生物进化虽然是有方向的,由自然选择决定,但进化永远不以生物体意志为转移。

进化从来不是美妙的,这其中要有大量的不适者被淘汰,有可能就是我们人类。请问谁愿意做这个被病毒淘汰的不适者?未来病毒会朝着什么方向去进化?他的感染力和致病力又会怎样?我们又将经历什么大型感染?我们无从得知。

因此,虽然病毒不想消灭我们,我们一定要消灭病毒。

这必将是一场持久战,敬畏生命,敬畏病毒,加油,人类!



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