▲進(jìn)化樹(圖片來源:維基百科) 【撰文:商周/責(zé)編:陳曉雪/制版編輯:皮皮魚】 01 病毒和宿主:兩個不同的生命世界 如果把世上的物種比作樹葉,按照它們之間的關(guān)系安排一棵樹上,,那么我們大致可以得到一棵這樣的“進(jìn)化樹”,。 這棵進(jìn)化樹有三個主要的枝椏:右邊那個枝椏是真核生物,左邊那個枝椏是各種細(xì)菌,,而位于中間的是古菌家族,。細(xì)菌和古菌都是原核生物,但它們有著明顯的不同,。具體地說,,古菌是一種介于細(xì)菌和真核生物之間的生命,它兼有兩者的一些特點(diǎn),。 那么病毒呢,?病毒在進(jìn)化樹上的哪個位置? 病毒不是完整的生命,,它無法獨(dú)自繁殖,,必須進(jìn)入細(xì)胞并利用宿主細(xì)胞的資源才能繁衍后代。病毒既不是原核生物,,更不屬于真核生物,,所以從這個意義上來說,病毒在上面的進(jìn)化樹上并沒有位置,。 但因為病毒必需依靠宿主細(xì)胞才能生存,,每一種生物(包括細(xì)菌、古菌,、真核生物)都可能成為病毒的宿主,。從這個意義上來說,病毒又在這棵進(jìn)化樹上有自己的位置:它們藏在樹上的每一片樹葉里,。 換句話說,,我們可以大致這樣理解病毒和宿主的關(guān)系:病毒的宿主(細(xì)菌、古菌,、真核生物)組成了一個多姿多彩的生命世界,,這個世界里的生命都可以獨(dú)立繁衍;而各式各樣的病毒則組成了另外一個生命的世界,,它們必須依賴宿主才能生存,。 宿主和病毒兩個生命的世界可以做這樣一個比喻:宿主是有房一族,,根據(jù)房子的形態(tài)可以把這個世界分成幾大類:窯洞、茅草房,、樓房、別墅,;而病毒沒有自己的房子,,只能住在別人家里。 02 病毒從哪里來,,又將去哪里,? 既然連獨(dú)自繁殖后代的能力都沒有,病毒又是如何進(jìn)化出來的呢,? 通過分析基因,,我們可以找到很多生命的起源。比如人和猩猩有著共同生活在大約一千多萬年前的祖先,。我們細(xì)胞里有著自己的基因的線粒體,,通過分析我們知道它們來源于遠(yuǎn)古時期寄生在真核細(xì)胞里的原核細(xì)胞。 但病毒的起源,,通過分析基因的方法卻找不到一個確定的答案,。一是因為病毒的基因變化太快,不利于我們?nèi)プ匪菟鼈兊脑搭^,;二是因為病毒的基因和宿主的基因不一樣,,很難鑒定它們和宿主在進(jìn)化上的關(guān)系。 所以,,關(guān)于病毒的起源,,到現(xiàn)在科學(xué)界也沒有給出一個確定的答案,只是有幾種可能的猜測〔1〕,。 第一種假設(shè)是先有了病毒,。認(rèn)為病毒比宿主先出現(xiàn),因為它們的出現(xiàn)所需要的條件更為簡單,。但這種假設(shè)有一個地方難以自圓其說:在沒有宿主的情況下,,病毒如何能生存? 第二種假設(shè)認(rèn)為病毒是由原本寄生在大細(xì)胞的里的小細(xì)胞退化而成的,。但這個假設(shè)也有解釋不通的地方,,就是病毒和現(xiàn)有的一些寄生在細(xì)胞里的東西完全不像。 第三種假設(shè)是說病毒可能本來是宿主的一部分,。說它是從宿主細(xì)胞里逃離出去的東西,,有點(diǎn)像是“人身上掉下去的一塊肉”的意思。但這個通俗易懂的假設(shè)也遇到了麻煩,,就是病毒和宿主細(xì)胞的成分差異太大,,不太可能是宿主細(xì)胞身上掉下去的“一塊肉”,。 上面三個關(guān)于病毒起源的經(jīng)典假設(shè)獨(dú)有一定道理,但也各自存在重要的缺陷,。所以近來一些病毒學(xué)家又提出了一些新的假設(shè),,包括“病毒-宿主共同進(jìn)化”假設(shè)和“嵌合起源假設(shè)”,雖然顯得更合理一些,,但也同樣沒有得到一致的認(rèn)可〔2〕,。 不過對百姓來說,病毒怎么來的不重要,,完全可以交給科學(xué)家慢慢去琢磨,。大眾更加關(guān)心的是病毒的將來:它們會消失嗎? 相比于在病毒起源上的不確定,,病毒的未來這個問題的答案非常清晰:病毒作為一個整體將永遠(yuǎn)伴隨宿主細(xì)胞存在,,雖然單個品種的病毒會不斷消亡。 病毒作為一個整體不會消亡,,這個事實(shí)可能會讓人感到沮喪,,因為這意味著我們還將面臨更多的病毒的威脅。繼大家熟悉的天花,、狂犬病,、乙肝、麻疹,、艾滋病,、豬流感、SARS,、新冠肺炎之后,,我們還將會迎來一系列新的病毒性傳染病。 03 病毒對宿主有用嗎,? 面對這源源不斷的病毒性傳染病,,有人可能會問:既然病毒必須要靠宿主細(xì)胞才能生存繁衍,為什么還要讓人得病甚至死亡呢,?宿主死了,,那它們不也完蛋了嗎?這樣的進(jìn)化沒有道理??? 這是一個好問題,當(dāng)把生物學(xué)問題上升到進(jìn)化層面,,不僅容易從本質(zhì)上去思考,,而且能夠幫助尋找到問題的真正答案。 的確,,病毒給我們帶來了一系列的疾病,,而且病毒需要依靠宿主才能生存,。所以,作為一個合理的進(jìn)化結(jié)果,。病毒應(yīng)該和它們的宿主和平共處,,至少對宿主無害,最好對宿主有益才好,。 事實(shí)的真相是:大多數(shù)病毒的確對宿主無害,、甚至有益,只有少數(shù)的病毒才會讓宿主得病〔3〕,。 這個事實(shí)可能會讓讀者吃驚,因為大家耳熟能詳?shù)牟《径际悄切┏裘阎募一铮禾旎ú《?、艾滋病毒,、SARS病毒……。 之所以病毒會給人以“壞蛋”的印象,,是因為只有能讓我們得病的病毒才會引起我們的注意,,科學(xué)家研究病毒的時候,也大多數(shù)集中到了那些致病的病毒身上,。 如果把病毒按照它們和宿主的關(guān)系來分類,,大致可以分成下面三類。 第一類是對宿主有害,。這一類病毒大家都知道,,就是讓我們得病的那些家伙。 第二類是對宿主無害,。舉個例子,,在90%以上的人的口腔里存在的羅斯洛韋病毒(Roseoloviruses)就屬于這一種,這些病毒安靜地生活在人身上,,一般不會讓人得?。O少數(shù)情況例外),病毒中大多數(shù)都屬于這種類型,。 第三類是對宿主有利,。一個例子是C亞型的GB病毒,它不僅不會讓我們得臨床癥狀,,反而能幫助我們抵抗其它病毒(比如艾滋病毒)的感染,。 病毒對宿主有利還可以有另外一種更重要形式,就是不斷地把基因融合到宿主的基因組里,。就像上面提到過的,,病毒的基因宿主一般沒有,而且病毒的基因變異很快,,所以從病毒身上源源不斷地獲得基因?qū)λ拗鞯倪M(jìn)化來說非常有用,。就好像宿主需要建房,,病毒能夠為之不斷地提供稀有的建材。 還是拿人來舉例子吧,,我們的基因組上有大約8%的序列來源于病毒〔4〕,,這都是在漫長的進(jìn)化過程中向病毒“借”來的。在這8%的序列所編碼的基因里,,最有名的例子就是合體素(syncytin)基因,,它原本就是病毒的包膜(env)基因〔5〕。不僅是人類,,哺乳動物獨(dú)有合體素基因,,而且也都是從病毒那里借來的〔6〕。合體素在胎盤的形成過程中起到了至關(guān)重要的作用,,如果沒有這個從病毒那里借來的基因,,就不會有胎盤的形成,也因此就不會有哺乳動物的誕生,。 人是哺乳動物,,猴子猩猩、豬馬牛羊,、老鼠兔子,、海豚鯨魚全都是哺乳動物。這些動物能夠出現(xiàn),,都應(yīng)該感謝病毒的“慷慨”,。 如果病毒會說話,它們可能會這么對人類說:“哼,,你們還有資格抱怨,!” 04 依然有病毒會讓我們得病,怎么辦,? 雖然病毒對我們的確貢獻(xiàn)大于害處,,但貢獻(xiàn)歸貢獻(xiàn),害處歸害處,,我們還是要問:“為什么還是會不斷有病毒讓我們得?。俊?/p> 我們再仔細(xì)看一下那些“壞蛋”病毒,,也就是那些讓我們得病嚴(yán)重甚至死亡的家伙:天花病毒,、艾滋病毒、埃博拉病毒,、SARS病毒,、新冠肺炎病毒…… 我們可以發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律,大多數(shù)致病性的病毒都是剛從動物身上轉(zhuǎn)到人身上不久的新病毒。這并不是說從動物那里轉(zhuǎn)移來的病毒都會讓人得病,,而是其中容易讓人得?。ㄓ绕涫侵滤溃┑牟《竞芸炀捅话l(fā)現(xiàn);致病性不強(qiáng)的病毒,,被人類發(fā)現(xiàn)就會晚得多,;至于那些不會讓人得病的病毒,發(fā)現(xiàn)得會更晚一些,,甚至還沒有被發(fā)現(xiàn),。 在生命的進(jìn)化樹上,人類這片樹葉出現(xiàn)得很晚,,大概相當(dāng)于一篇剛冒出不久的樹葉,。所以,從某種意義上來說,,感染人類病毒都是在不同時期從其它動物那里轉(zhuǎn)移過來的,。 那么,當(dāng)一種病毒從動物身上轉(zhuǎn)移到人的身上,,將會發(fā)生什么呢? 如果這些病毒對人無害或者有益,,毫無疑問,,它們可以和人類和平相處。這些病毒一般都在人體細(xì)胞里處于潛伏狀態(tài),,人體的免疫系統(tǒng)一般不會對它們進(jìn)行打擊,,就像上面說的羅斯洛韋病毒和C亞型的GB病毒那樣。 如果這些病毒對人有害,,也就是能讓人出現(xiàn)疾病,,那就要分情況了。首先只要病毒對我們的身體有害,,我們的免疫系統(tǒng)就要對它們開展圍剿,。所以作為病毒,如果要繼續(xù)在人群里繼續(xù)生存下去,,它可能會有不同的策略,。 當(dāng)病毒斗不過人類的免疫系統(tǒng),那么一些病毒的策略是在人的身體的某處潛伏起來,,一個例子就是單純皰疹病毒,,它們可以躲到免疫系統(tǒng)打擊不到的神經(jīng)細(xì)胞里去。還有一些病毒的策略是讓自己有較強(qiáng)的傳染力或變異力,,這樣即使在個體里被消滅,,也依舊能在人群之間不停地傳染,,這一類的代表是感冒病毒和流感病毒,。 真正讓人感到麻煩的是那些有能力和人類免疫系統(tǒng)決一死戰(zhàn)的病毒,,比如歷史上殺人無數(shù)的天花病毒、可以摧毀我們免疫系統(tǒng)的艾滋病毒,、導(dǎo)致急性肺炎和近10%病死率的SARS病毒等。一開始,這些病毒會導(dǎo)致疫情,,讓人得病和部分死亡。然后這些病毒會發(fā)生變異,,人類對這種病毒的抵抗也會發(fā)生變化,,從而開始病毒和人類的共同進(jìn)化過程。 但這種共同進(jìn)化的結(jié)果不好預(yù)料,??赡芟裉旎ú《疽粯樱谌巳豪锪鱾髁撕荛L時間(幾千年,,也有說是幾百年)后依然保持了很強(qiáng)的致病性,,在人類歷史上造成大大小小的疫情,直到疫苗的出現(xiàn)才被消滅,;也有可能像SARS病毒一樣,,在人類的嚴(yán)加防控下歸隱山林;還有可能它們的毒性會隨著時間減弱,,從而能夠和人類和平共存,。 不僅這些病毒和人類共同進(jìn)化的結(jié)果難以預(yù)料,而且我們也同樣很難阻擋病毒從動物向人類轉(zhuǎn)移的腳步,。 病毒在不同宿主間的轉(zhuǎn)移,,是病毒這個生命進(jìn)化的一部分。它在過去發(fā)生了,,現(xiàn)在也正在進(jìn)行,,而且還將繼續(xù)下去。作為人類,,我們不僅不能阻止動物病毒向人類進(jìn)軍,,也不能預(yù)測這種進(jìn)軍何時發(fā)生、以及是否會給人帶來瘟疫,。 但我們大概知道病毒為什么會轉(zhuǎn)移,。 通常來說,病毒感染它們各自的宿主,。一種病毒是否能夠在不同宿主間轉(zhuǎn)移,,主要取決于三個因素:第一是兩個宿主的親近關(guān)系,一般來說關(guān)系越近可能性越大,,也是因為這一點(diǎn),,人類的病毒大多是從同是哺乳類的那些動物那里過來的;第二點(diǎn)是病毒自身的變異,當(dāng)這些變異讓它們變得能夠在新的宿主細(xì)胞里生存的時候,,它們就做好了準(zhǔn)備伺機(jī)而動,;第三點(diǎn)是有一個合適的環(huán)境讓做好了準(zhǔn)備的病毒能夠完成這種轉(zhuǎn)移,不幸的是現(xiàn)代的人類社會為病毒的轉(zhuǎn)移提供了更好的環(huán)境,,比如密集的人口,、變化的氣候、還有人類對野生動物空間的侵犯和擠占,。 在上面三點(diǎn)里,,我們對前兩點(diǎn)無能為力。唯一能努力改變一些的,,就是第三點(diǎn),。 通過改變一些環(huán)境因素去降低病毒向人類轉(zhuǎn)移的速度,比如不要讓那么多的野生哺乳動物出現(xiàn)在農(nóng)貿(mào)市場,。 幸運(yùn)的是,,我們還可以去做的是從科學(xué)的角度去了解病毒,并做出相應(yīng)的對策,。比如對應(yīng)一些變異得相對緩慢的病毒(比如一些DNA病毒:乙肝,、天花病毒等),我們可以開發(fā)疫苗,,疫苗的普及可以讓這些病毒消亡,。對于那些變異較快的病毒(比如RNA病毒:艾滋病毒、SARS病毒等),,開發(fā)疫苗的難度要大的多,因為它們的變化可能會讓疫苗無效,;但我們依然可以去采用藥物去治療病毒性的疾病,,比如采用抗病毒的藥物,還有調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的藥物,。 雖然從生物學(xué)上來看人類和其它物種并沒有高低,,但智慧讓我們與眾不同。利用日益增多的科學(xué)知識,,開發(fā)針對致病性病毒的藥物和疫苗,,這就是人類抵抗這些病毒的保障。 參考文獻(xiàn): 1.Nasir et al. Mobile Genetic Elements. 2(5): 247–252. 2.Krupovic ey al. Nature Reviews Microbiology. 17(7): 449–458. 3. Roossinck et al. Nat Rev Microbiol. 2011 Feb,;9(2):99-108. 4. Lander et al. Nature(2001)412:860–921. 5. Blond et al. J. Virol. 74:3321-3329. 6. Malik et al. PNAS February 14,,2012 109(7)2184-2185. |
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