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人类与病毒的漫长斗争史，这些知识划重点

2022-12-21 17:24

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

原创小北北京大学出版社收录于合集 #病毒 1个

如果没有病毒，就不会有人类，也不会有其他物种。提到“病毒”一词，总让人联想到无形阴影带来的死亡恐怖。

实际上病毒会感染所有的生物——不仅仅是人类，而且，很多病毒根本就不致病。病毒，是地球上生命历程的一部分，至于它们在地球生命进化中究竟起到了什么作用，现在还是一个谜，不过这个谜团正在被慢慢解开。

说起有哪些病毒，大家可能历历数来：新型冠状病毒、SARS病毒、MERS（中东呼吸窘迫综合征）病毒、埃博拉病毒、狂犬病毒、天花病毒、艾滋病毒……这些病毒基本都是和人类疾病相关。

然而，实际上只有极少数的病毒，会把人类当作自己唯一的宿主，如天花病毒，以及小儿麻痹症的“元凶”——脊髓灰质炎病毒。

病毒能感染所有的生命形式，除了动植物，它还感染细菌、古菌，甚至病毒自身。病毒无处不在，而且数量惊人——每毫升海水中就有1000万个病毒。

人类在与病毒的漫长斗争中，也丰富了自身对病毒的认知。

你以为你知道什么是病毒，

实际上病毒很难定义……

病毒，在我们日常生活中似乎也是一个司空见惯的概念，但如果让病毒学家说来，“病毒”本身根本并不那么好定义。

在过去100 多年里，病毒学家一直在思考如何给病毒下一个滴水不漏的定义。但是，每次当他们觉得可能找到了适合的定义的时候，总有新发现的病毒不符合这个定义。

在牛津词典里，病毒的定义是“一个通常由蛋白质和包裹在其中的核酸组成的病原体，非常小，以至于在光学显微镜下看不到，只有在活的宿主细胞中才能繁殖”。

这个定义实际上也存在不少漏洞。比如，“非常小，以至于在光学显微镜下看不到”，但有些病毒大到在普通的光学显微镜下就能看到，典型的如发现于阿米巴原虫体内的巨大病毒。再比如，“只有在活的宿主细胞中才能繁殖”，这个特性并不排他，有些细菌也只能在活的宿主细胞中才能繁殖。

病毒就像一个狡猾的对象，每当我们对病毒的了解更深一步时，病毒的定义就得发生变化。

病毒和宿主其实是“相爱相杀”

如果认为这无处不在的病毒仅仅与致病有关，那是对病毒的巨大误解。实际上，把VIRUS翻译成“病毒”是一个极大的误会，因为很多VIRUS不但没有“毒”，而且有益于人类和其他生物。

病毒与其宿主之间实际上存在非常微妙的生态平衡。很多病毒是不致病的，绝大多数病毒可能与其宿主共生，也就是说，它们从宿主那里获得所需要的，但并不给宿主带来危害。有些病毒与宿主是互利的，它们给宿主带来生存所需的好处，同时也从宿主身上获利。

美国黄石国家公园中的地热土壤，本不利于植物生长；但是，在真菌以及寄生在真菌中的病毒的帮助下，植物能在比通常可以耐受的高得多的土壤温度下存活。

例如，老鼠携带有多种疱疹病毒，这些病毒可能有助于老鼠抵御细菌感染，包括鼠疫。一个更奇特的例子是一种真菌病毒，这种真菌寄生在植物体内，如果离开了病毒，无论是真菌还是植物，都不可能在美国黄石国家公园的地热土壤中生长。有些寄生蜂的卵，离开了病毒就不能发育；另外一种植物病毒，当蚜虫取食的植物上过于拥挤的时候，能让蚜虫长出翅膀。

事实上，引起疾病，对病毒而言，就像对其宿主而言一样，是不受欢迎的。病毒在一个生病的宿主体内，可能没有在一个健康的宿主体内复制得好，尤其是当生病的宿主不能与其他潜在的宿主进行交际时。如果病毒在传播之前，就导致了宿主的死亡，这对病毒而言，就像对宿主一样是不利的。

这种人类病毒，

全球90%的人身上都携带…

严重的疾病或死亡说明病毒与宿主的关系尚处于相互博弈的初期阶段。随着时间的推移，病毒一般会进化得不那么致命。

有一种奇特的病毒，90%的人都携带，却不引起任何疾病，它就是细环病毒。1997年，该病毒首次发现于一名日本肝炎患者体内，却从未被证实与任何疾病相关。研究结果显示，这是一种遍布世界各地，并感染各年龄段人群的病毒。是否携带病毒，与年龄、性别或者个人疾病史没有显著关联。

但是，人体内的细环病毒含量，与人们免疫系统的抑制水平之间存在相关性：在免疫抑制人体内，病毒的载量较高。因此，这种病毒可以作为免疫抑制的标志物。比如说，接受器官移植的病人，需要用药物抑制病人的免疫系统，以减少排异反应。此时，细环病毒就像一个灵敏的检测器，可以用来检测药物的有效性。

人类与病毒之间存在各种恩恩怨怨。当你了解了病毒，你会知道，如果没有病毒，就不会有人类，也不会有其他物种。

人与病毒之间的“猫鼠”游戏

科学与自然界似乎不停地在玩着猫鼠游戏。病毒比人类更简单、更低等。然而存在即合理，和人类一样，它们似乎生来就注定能够在这个世界存活下去，并且具备极强的适应能力。因此，流感疫苗的研发与接种就像是在进行一场永无休止的追逐赛，因为流感病毒能够不停地变异，最终总有一些突变株能够成功抵抗目前现有的疫苗。不过或许值得欣慰的是，一般情况下病毒也不会轻易地“杀”死它的宿主，因为这样做也将消除它作为一个物种的繁殖和延续的手段。

相反，不少病毒只是引起咳嗽或腹泻，并借此通过空气或污水传播，感染更多人。这时，如果人们借助科学知识，利用疫苗或药物来应对这些病毒，它们就会进化、变异，需要新的疫苗才能治疗，而这又将导致新病毒继续进化、变异，如此循环往复。

有些疾病会给人类带来更为严重的问题。一直到我们能够依靠科学寻找到治疗良方之前，它们都是不治之症。当然，有赖于我们医学的不断发展，曾经的许多不治之症，例如艾滋病，现在虽无法完全治愈，但也能够得到有效控制，而不会让患者迅速死亡。

所谓“上医治未病”。小到服用维生素，大到接种疫苗，都是预防疾病的重要手段。好的身体很大程度上取决于良好的生活习惯，比如健康的饮食、定期的锻炼和充足的睡眠等，哪怕是最简单的勤洗手，都可以预防很多疾病的发生。

病原体并非只是在我们咳嗽或打喷嚏时通过空气传播，很多疾病可以通过各种各样的体液进行传播，比如我们呼出的气体，排出的血液和汗液等。“不讲卫生”实际上是很多疾病发生的原因，因此我们务必注重个人和环境卫生，养成良好习惯。水是生命之源，我们身体超过50%的重量都是水，因此在日常生活中，我们也应当保证每天摄入充足的水分，这对维持机体的新陈代谢至关重要。

人类病毒学发展的极简史

病毒学极简史18世纪末期发明的疫苗接种，为人类对付感染性疾病带来了重大变革。天花，是当时流行的众多致死性疾病之一，它不仅造成了成千上万人的死亡，而且给幸存者带来了可怕的形态改变。英国乡村医生爱德华·琴纳（Edward Jenner），发现有些人对天花有抵抗力——特别是那些得过牛痘（一种奶牛传染的温和疾病）的挤奶工。琴纳认为，牛痘可以保护人类免受天花的威胁，如果将牛痘脓疱中的提取物注射到人身上，也许人们就可以像挤奶工一样，获得对天花的免疫力。疫苗（vaccine）一词来源于牛痘（vaccinia），后者来源于拉丁语中“牛”这个词，被人们用来命名导致牛痘的病原。琴纳于1798发表了他的研究成果，但是，当时他根本就不知道天花或牛痘是由病毒所引起的。

显微镜下的天花

在人们还不知道病毒存在的时候，疫苗接种已经流行起来了，后来，又研制了不少其他疫苗。比如说，当时的法国科学家先驱路易·巴斯德（Louis Pasteur），就发明了狂犬疫苗。他用加热的方法“杀死”狂犬病原，这是第一次用死的病原做疫苗，来抵御后续活病原的感染。与琴纳不同，巴斯德是知道细菌的，他意识到狂犬病的病原比细菌还要小，但他还是不知道病毒到底是什么。

人类，并不是这一类神秘病原的唯一受害者。19世纪末期，在烟草上发现了一种传染病，它在植物叶片上形成深浅不一的花斑。1898年，荷兰科学家马亭乌斯·贝杰林克（Martinus Beijerinck）发现，该病可以通过植物的叶汁，从一株植物传染给另一株植物，而且叶汁经可去除细菌的陶瓷滤器过滤后，仍具有感染性。贝杰林克认为，这是由一种比细菌还小的新的感染原所引起的，他把它称为“活的传染性的液体”，后来，他开始用“病毒”一词，在拉丁语中，该词意味着“毒物”。

后来知道贝杰林克发现的是烟草花叶病毒，这就仿佛打开了一扇泄洪大门。同一年，弗利德里希·莱夫勒（Friedrich Loeffler）和保罗·弗罗施（Paul Frosch）发现，动物中流行的口蹄疫，是由可滤过性的病毒所引起的。仅3年之后的1901年，瓦尔特·里德（Walter Reed）证明，一种严重的人类疾病——黄热病，也是由病毒所引起的。1908年，威廉·埃勒曼（Vilhelm Ellerman）和奥拉夫·班（Oluf Bang）发现，一种可通过过滤器不含细胞的感染原，能使鸡感染白血病。1911年，佩顿·劳斯（Peyton Rous）揭示，一种类似的病原可以在鸡中引起实体瘤，由此发现病毒可导致肿瘤。

1915年，弗雷德里克·图尔特（Frederick Twort）发现细菌中也存在病毒，此后，病毒的研究得以快速发展。与许多伟大的发现一样，这个发现也属偶然。图尔特想找到一种培养牛痘病毒的方法，他认为细菌也许可以提供病毒赖以生长的必需物质。他用培养皿培养细菌，结果发现，培养皿中有些地方变得清亮，细菌在这些地方长不起来，有什么东西将它们都杀死了。与之前的病毒学家一样，图尔特揭示，这种病原即使经过最细的陶瓷滤器过滤后，仍然能感染细菌。

几乎与此同时，法裔加拿大科学家费利克斯·德赫雷尔（Félix d’Herelle）发现了一种“微生物”可以杀死引起痢疾的细菌，他把这种病原微生物称为“噬菌体”，意思是“吃细菌的”。他还发现了其他的一些“吃细菌的”，这些发现，为当时带来了一种希望，也许可以发明一种对付细菌感染的治疗方法。噬菌体和病毒一样，都可以通过最细的滤器，到今天，细菌病毒仍可以被称为噬菌体。用噬菌体治疗细菌感染的想法，后来因为抗生素的出现而黯然失色，然而直到今天，人们仍在讨论这种方法。实际上，在农业上这种方法已经得到运用，有时候，在人类皮肤病治疗中也在试验这种方法。随着一些严重的病原性细菌出现抗生素耐药性，噬菌体治疗也许在抗击细菌中仍会提供一些好的策略。

噬菌体和其他病毒的自然本质，直到20世纪30年代电子显微镜发明之前，还不清楚。烟草花叶病毒的第一张电镜照片于1939年发表。1940年 “噬菌体研究组”成立了，这是一个由研究噬菌体的美国科学家组成的非正式临时学术圈，也是分子生物学的开创者。

电子显微镜下的烟草花叶病毒

1935年，美国科学家温德尔·斯坦利（Wendell Stanley）成功地获得了高纯度的烟草花叶病毒的结晶。在这之前，病毒一直被认为是一种更小的活的生命体，而能够结晶，提示它们与盐和其他无机物类似，具有一种惰性的、化学的本质。这引发了一个持续到今天的争论：病毒到底有没有生命？斯坦利还揭示，病毒由蛋白质和核酸（RNA）组成。当时，还没有人知道基本的遗传物质是由DNA分子所构成的，多数科学家还认为遗传物质是蛋白质。20世纪50年代，罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）用X-光衍射技术研究烟草花叶病毒晶体的精细结构，她也用同样的技术研究了DNA的结构，而她的研究，被詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）用于发现DNA双螺旋结构。

20世纪中叶，发现DNA是编码基因的遗传物质，这导致弗朗西斯·克里克提出了“中心法则”，即DNA指导合成互补链的RNA，RNA再指导蛋白质的合成。病毒，又一次修改了程序：20世纪70年代发现的逆转录病毒，其基因是由RNA所编码的，而且这些RNA会指导DNA的合成，与中心法则正好相反。逆转录病毒中包括造成艾滋病的人免疫缺陷型病毒（Human immunodeficiency virus，HIV-1），科学家们认为，逆转录病毒对我们人类的遗传进化曾经起到了深远的影响。

人类如何看见“看不见”的病毒

光学显微镜图像是由传统的光学显微镜生成的图像。光学显微镜是16世纪发明的一种传统的显微镜，它通过透镜把标本在自然光或人造光下进行放大。当光线照射到物体上时，光线会因物体颜色、纹理和角度等状况的不同而发生不同的反射。而这些被反射的光线进入我们的眼睛或者（在一些情况下）再次通过透镜射入我们眼球并在视网膜的感光细胞上产生刺激信号。大脑处理这些细胞收集到的关于形状、大小以及颜色和纹理的信息，这就是我们最熟悉不过的感觉之一——视觉的成像过程。实际上，光学显微镜显示的和我们肉眼能看到的差不多，它只是起到了一个放大的作用。

17世纪晚期，显微镜成为科学研究的重要工具。显微镜是观察微观事物最简单的低技术、低成本的工具。显微镜自被发明的400多年以来，它的本质几乎没有什么变化。而其最主要的一些革新在于观察标本的光线。例如，将偏振光照射到标本上，就能像偏光太阳镜一样，显示出标本特定的颜色和结构图案。

偏振光显微镜下的可卡因

20世纪初，科学家们研发出了一种技术含量极高的新型显微镜来替代传统的光学显微镜。第一台电子显微镜于20世纪30年代问世，它不使用光束而是使用电子枪发出的电子流来“照射”目标。传统显微镜利用透镜来改变光的传播方向，而电子显微镜则用电磁体来改变电子束方向。如果电子束密度足够大，我们就有机会看到更多光学显微镜下不可见的细节——换句话说，人类第一次有机会看到我们肉眼不可能看到的东西。