探秘病毒王国

编译 林声

探秘病毒王国

编译 林声

随着病毒的神秘面纱被逐渐揭开，人们对病毒有了全新的认识。

蒂姆·罗博特姆是一位微生物学家，当他从生长在英格兰布拉德福德市的一座水塔中的阿米巴变形虫中分离出一种未知微生物时，他显得格外激动，他的神情就好像在看一部令人毛骨悚然的恐怖片。他惊讶万分，大张着嘴，却小声地叫道：“它是活着的！”他将这种未知微生物命名为“布拉德福德球菌”，这让他在阿米巴变形虫体内收集到的细菌种类又增加了一种。当时，他正在寻找困扰布拉德福德市民的肺炎爆发原因。后来经确认，罗博特姆发现的这种微生物其实不是细菌，而是一种体形巨大的病毒——米米病毒。

体形巨大的米米病毒，以及其他拥有各种奇特特征的病毒的发现，挑战着人们以往对生命的定义。

病毒对生命世界的“功”与“过”

长期以来，病毒一直被认为是无生命的实体：没有自身的代谢机制，需要通过宿主细胞来替它们完成复制繁殖；病毒还被认为几乎没有属于自己的遗传物质，它们就像“基因窃贼”，以有机生命体为目标，伺机窃取其遗传物质。

然而，随着病毒的神秘面纱被科学家逐渐揭开，人们对病毒有了全新的认识：病毒并非偷偷摸摸的“基因窃贼”，实际上，它们更像是“商品交易商”，在将基因从一个物种转移到另一个物种的过程中起着非常重要的作用，而新基因的获得对生物体来说，有可能明显改变其生活方式，例如适应新的环境、对抗食肉动物，等等。

病毒的重要意义还在于，它们不仅能将获得的基因保留下来，甚至还能将它们获得的“资产”捆绑在一起，比如科学家最近在一种海洋病毒中发现了多个光合作用基因。病毒对细胞生命的影响日益引起人们的重视。有科学家指出，病毒甚至有可能是细胞生命树之根，在真核细胞核的进化演变过程中，也有病毒的参与。

当然，病毒在很多时候都扮演着声名狼藉的“坏蛋”角色。从普通的感冒病毒到埃博拉病毒，病毒让人们谈虎色变，被视为疾病和死亡的象征。病毒感染遍及生命世界的各个领域，从植物到动物，从原生生物到细菌。事实上，被指为致病源的许多细菌背后都有病毒的潜伏在暗处的影子，例如一种细菌会引起白喉病，而事实是，只有当这种细菌带有病毒时，它才会让人感染白喉。

病毒惊人杀伤力的生态意义

长期以来，科学家对致命病毒的“邪恶”活动所知甚详，但今天他们开始认识到，病毒的可怕杀伤力对生命世界并非只有负面效应。病毒并不只是杀死植物和动物，它们还杀死食物链末端的微生物，而这种大规模杀戮行为对于生命世界有着重要的意义——随着这些有机体的死亡，大量养分被释放出来，供养着整个生命世界。

在海洋中估计有1030种病毒，数量庞大的病毒感染着海洋中的各类生物，从磷虾到鲸鱼，有时会产生令人担忧的影响，比如引发绿海龟生长肿瘤。病毒还感染着海洋中的浮游植物——包括海藻和能够进行光合作用的细菌等微生物。这些海洋中的微小生物是推动海洋营养和能量循环的主要力量，它们占到海洋生物量的大约90%，而海洋中的病毒每天杀死的微生物估计占到海洋生物量的大约20%。这听起来太可怕了！不过，你也不必为这些微生物的命运担忧，因为幸运的是，浮游植物在海洋中的繁殖之快和传播力之强同样也是十分惊人的。

病毒不仅是对海洋微生物群落的构成产生影响。经过漫长的地质时期，被病毒杀死的海洋有机体不断沉积，最终形成了地球的陆地。以单细胞浮游生物颗石藻为例。颗石藻在海洋中繁荣生长，有时它们甚至会令蔚蓝的大海呈现一片乳白色。之后，颗石藻迅速瓦解（其衰亡与海洋病毒密切相关）。当颗石藻死亡后，它们的钙质外壳微粒（球石粒）沉积到海底，形成白垩，最终形成白垩纪时期的白垩岩石层。英国东南部港口多佛的白色悬崖就是由海洋生物的碳酸钙骨骼形成的。

由病毒造成的颗石藻的大量死亡甚至还对地球化学循环产生了影响。死亡的海洋浮游植物不断沉淀到海床上，由此造成的每年的碳截留和碳封存估计达到30亿吨。病毒大量杀灭浮游植物的行为还对全球气候产生深远影响，这是因为病毒大量杀死浮游植物，导致产生更多的二甲基硫（这种海洋气体是空气中硫的主要天然来源），通过一系列反应，二甲基硫转换成在空气中传播的粒子，促使云层形成，对全球风暴循环周期产生直接影响。

病毒在基因转移中的重要作用

越来越多的证据表明，病毒很可能是生命王国中帮助完成基因交流的“经纪人”。下面以能够从阳光中吸收能量进行光合作用的海蛞蝓为例，来看看病毒在其中所起到的不可或缺的作用。

海洋里有一种学名为绿叶海蛞蝓（Elysia chlorotica）的海蛞蝓，它们通过食用一种叫做Vaucheria litorea的海藻，使身体呈现出鲜艳的绿色，并因此获得藻类植物进行光合作用的能力。在海蛞蝓消化海藻的过程中，海藻的“太阳能工厂”（也被叫做“光合作用工厂”）——叶绿体，被海蛞蝓体内一种特殊的细胞截留下来，存留在海蛞蝓体内并继续进行光合作用。通过吸收阳光提供足够的能量，海蛞蝓可以在数月不进食的情况下依然生存下去。另外，由于叶绿体基因组并不包含让“太阳能工厂”正常运行所需要的所有基因，海蛞蝓还必须获取海藻的细胞核基因。

为了解开海蛞蝓如何维持“太阳能工厂”之谜，科学家在它们的核DNA中进行搜寻，结果发现了原本属于藻类植物的进行光合作用的基因。显然，今天的海蛞蝓生来就拥有藻类植物的光合作用基因，但它们仍然需要补充一些叶绿体。

有趣的是，科学家在海蛞蝓“偷”来的叶绿体和细胞核中还发现了类似病毒的粒子。所有这些研究结果都表明，当初海蛞蝓很可能通过某种病毒的传递作用获得了光合作用的基因。

关于病毒的更多发现

病毒除了充当基因转移的“中间人”之外，显然它们也为自己积存了某些基因。最近，研究人员在感染海洋蓝藻菌的病毒基因组里发现了进行光合作用所需要的部分基因，一共有7个。在蓝藻菌里，这些基因被DNA片段分隔开来，但是在病毒里，这些基因似乎被“打包”在了一起，一个个互相紧挨着，因此这种病毒的光合作用比蓝藻菌更为高效。

科学家发现，病毒在土壤中可能比在海洋中更为普遍，其中就包括本文开头讲到的罗博特姆在布拉德福的水塔中发现的米米病毒。通常来说，病毒在光学显微镜下是看不到的，因为它们实在太小。但是，米米病毒（在英文中的意思是“假冒细菌的病毒”）不仅仅对于病毒来说大得出奇，它甚至比某些细菌还要大。DNA分析显示，它拥有比一般细菌更多的遗传物质，当然肯定也拥有比已发现的任何其他病毒更多的遗传物质。米米病毒基因组中含有超过900个基因，相比之下，在米米病毒被发现之前，人们所知最大型的病毒T4也只有大约77个基因。米米病毒的部分基因似乎还参与了被认为只有作为病毒宿主的细胞生物才拥有的机制，例如将信使核糖核酸转换为蛋白质。总之，米米病毒的发现，在极大程度上颠覆了人们以往对病毒王国的认知。

重新确立病毒在生命世界中的地位

比细菌还大的病毒的发现，再次引发了一场由来已久的争论，即关于生命的定义，关于病毒在生命进化壮丽画卷中所处的地位的争论。在米米病毒的基因中，有80%都与细胞基因不同，这表明我们不能简单地将米米病毒看作只是一个为所欲为的“基因窃贼”。

由于病毒能够感染各种生命形式，并可由一切形式的遗传物质构成，有科学家认为病毒的出现可能早于细胞生命。还有科学家认为，一种“原始病毒”也许是在海底热液喷口的小生境处形成的。甚至还有科学家认为，病毒可能与细胞核的起源有关。

病毒在地球生命发展史中所起的作用，以及病毒究竟是无生命的实体还是一种生命体，引起了科学家们的热烈讨论。无论人们如何定义病毒，对于病毒的最新研究成果都无可置疑地展现了病毒所拥有的强大生命力。

病毒与宿主共生共存

生物有机体的共生关系体现在多个层面上，最简单的一种是互相交换代谢物，如植物根系和菌根真菌之间的营养交换共生关系，就是一个很好的例子：菌根真菌为植物根系提供矿物质营养，而植物根系则为菌根真菌提供糖分营养。最为复杂的共生关系则体现在共生动植物的行为上，如鱼虾为大型海洋捕食动物“义务清洁口腔”的行为，就是一种非常典型的共生互利现象，鱼虾放心地在捕食动物的嘴里获取食物，而捕食动物则悠然自得地享受免费的“口腔清洁服务”。

共生现象还存在于遗传层次之上，即共生双方共享基因。如一种以阳光为能量的海蛞蝓，从所食的海藻中吸收叶绿体，在海蛞蝓的基因组里包含有从海藻获得的基因，没有这种基因，海蛞蝓将无法有效地将叶绿体转化为能量。因此，海蛞蝓与海藻共享了将叶绿体转换成能量的基因，在遗传层次上形成了一种共生体。

病毒与宿主之间也形成共生关系。病毒是一种“专性寄生物”，它们只能在宿主的细胞内繁殖，与宿主形成一种密切的伙伴关系。

对于许多病毒来说，比如流感病毒，与宿主的关系是一种寄生关系，同时也是一种短暂存在的关系。但是，有些病毒一直不离开宿主，从而引起持续的感染，这种在宿主体内长期逗留的行为改变了共生的性质，有可能朝着共生互利的方向进化，被称之为“侵略性共生”。一个典型的例子是上世纪50年代澳大利亚野兔群中爆发的疫病——多发黏液瘤病。欧洲兔子于1859年作为食物来源被引入澳大利亚，在澳大利亚的新环境中，由于没有了天敌的制约，“兔口”迅速膨胀，导致了一场农业生态灾难，大批牧草地被破坏。1950年，这些兔子感染了被人类故意释放到野外的黏液瘤病毒，短短几个月里，澳大利亚东南部地区荒野中的野兔中的99.8%被消灭。

黏液瘤病毒淘汰了绝大部分澳大利亚野兔，但还是有极小部分野兔通过遗传基因变异幸存了下来——疫病扫荡过后，进化产生了澳大利亚野兔和黏液瘤病毒的共生机制。也就是说，这种病毒和澳大利亚野兔成为共生伙伴。之前，黏液瘤病毒的天然宿主是巴西野兔，它们是巴西野兔的共生伙伴，但对其的影响至多也就是在皮肤上出现一些小小的皮疹色斑而已。如今，病毒在一种互利共生的状态下，与澳大利亚野兔相安无事地共生共存。