制造麻烦的病毒，或许是地球上最成功的存在

原创 菲利普·德特玛 

新冠肺炎疫情反复，是我们不得不面对的处境。焦虑不安变为常态，除此之外我们还能做什么？答案或许是了解我们自身。

相信疫情爆发以来，大家已经见识了各种各样的伪科学谣言，真正耐心去了解病毒的传播与人体免疫机制的人可能还是少数，或许这不是一个好时候，却是我们回归科学的好时机。

知名科普作家卡尔·齐默（Carl Zimmer）把我们生活的星球称作“病毒星球”，的确，早在人类出现之前，病毒就已经占领了世界。在与人类共生的漫长时间里，人类一面与病毒战斗，一面又学着与它共处。

埃博拉、SARS、新冠等等病毒让我们措手不及，面对自然界的强大对手，除了依靠自身的免疫系统对抗它们，人类根据病毒的特性研制出药物与疫苗。

病毒如何入侵我们的身体？我们的身体有哪些防御机制？“核酸检测”究竟是怎么一回事儿？病毒对人类来讲真就“一无是处”了吗？在《战斗细胞》中，通过风趣幽默的语言，你将和科普怪人菲利普·德特玛一起经历一场奇异的身体之旅。

了解自身，更好地“战斗”

理想国丨《战斗细胞》

��本期划重点：

· 病毒不能自主生存，完全依赖其他真正的生物而“活”。

· 人体约有8%的DNA来自病毒DNA的残迹。

· 病毒不会攻击所有细胞，它有专长，专门攻击特定的猎物。

· 通常8到72小时后，细胞的物质就全部被变成了病毒的组件。

· 肺部有一套平衡的免疫系统：既能赶跑入侵者、清除污染，同时又不能阻碍气体交换。

· 大量能感染人的最常见、最致命的病毒，都是通过呼吸系统入侵的。

病毒是什么？

病毒是最简单的能自我复制的生物，不过关于病毒是不是生物还存在不同看法。我们知道，细胞没有思想意识，只是生化过程的复杂集合，被遗传编码，以及细胞组分间的化学反应所驱动。细菌也是如此，这种蛋白质机器人有各种神奇的行为，尽管某种意义上它们没有细胞那么复杂。

而病毒连这些都不是。病毒能给人类造成麻烦，这件事可谓既糟糕又神奇。病毒只是个壳子，里面装着少许几条遗传编码和一些蛋白分子而已。它们完全依赖其他真正的生物而“活”。

而且它们非常擅于此道。

我们不清楚病毒是何时或具体怎样出现的，不过它们很可能非常古老：几十亿年前，当所有生物的共同祖先还存在于地球上时，就已经有病毒了。有些科学家认为病毒是生命涌现的必经阶段，有些则认为约在15亿年前，某种远古细菌没有往复杂的方向演化，而是选取了变简单的路径，于是成了病毒。按后一种说法，病毒曾是生物，但选择退出了生存竞争：它们决定节省能量，减少麻烦，不再构建功能完整的细胞，转而依赖其他生物供养。

不管事实究竟如何，反正病毒取得了巨大的成功。事实上，病毒或许是地球上最成功的存在。据估计地球上有1031个病毒——100万亿亿亿，10后面跟31个零。

要是我们想办法集齐所有的病毒，一个挨一个排成一行，会有1亿光年那么长——相当于500个银河系相连。仅仅在海洋里，每秒钟就有1023个细胞被病毒感染。被感染的细胞数不胜数，实际上每天都有多达40%的细菌死于病毒感染。连人体最核心的部分都和病毒有关联：人体约有8%的DNA来自病毒DNA的残迹。

我们先不管这些庞大的数字，反正它们都大得令人无法想象。我们只需达成共识：地球上生活着数不清的病毒，而且应该说都活得很好。有些穿裤子的巨猿还在争论病毒究竟是不是活物，这都和病毒本身毫无关系。

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病毒的“成功学”

病毒怎么会这么成功，它们怎么做到的？也许可以说，答案就是它们什么都不做。它们没有新陈代谢，不会对刺激做出反应，也不能自我增殖。病毒太基本、太简单了，不可能主动去做任何事。它们其实就是飘在环境中的微粒，完全靠运气等着撞到倒霉的宿主身上。

如果所有其他生命形式都灭绝了，病毒也会随之消亡。它们需要细胞、真正的活细胞，来为它们做那些算得上“活着”的事情。甚至有些科学家建议把病毒微粒只看作是处于复制阶段的结构，就像精子细胞一样，而被病毒感染后的细胞才是真正的生命形式。

不管怎样，病毒都是鬼鬼祟祟、不怀好意的入侵者，专为寄生而存在，因为很明显细胞不想被它们感染。为了自己的繁荣昌盛，病毒要做的就是钻进细胞内部。为达到这一目的，它们利用了一个所有细胞共有、生物绝无可能护卫周全的弱点：它们攻击受体。

受体是细胞用来识别蛋白质的部分，覆盖了细胞约一半的表面。但受体的功能还不仅于此，它们还可以和环境相互作用，协助细胞内外物质的转运，是细胞必不可少的成分。病毒的外壳上长着特殊的蛋白质刺突，可以和宿主细胞表面的某类受体结合。

这意味着病毒不是任何细胞都能黏附，这些细胞必须有它们可以黏附的受体才行。可以说，每个病毒上都有许多不同的蛋白拼图块，它只能和恰好有匹配受体的细胞结合。

病毒不会攻击所有细胞，它有专长，专门攻击特定的猎物。这对人类来说是个好消息，因为就像前面说过的，病毒实在是太多了——但能感染人类的病毒只有200左右种。

病毒感染目标细胞后，会无声无息地接管细胞。不同种类病毒感染的机制有很大差异，不过大体上是病毒把遗传物质注入宿主细胞内，让宿主细胞不再生成细胞自身的东西，转而开始生产大量的病毒。有些病毒并不会导致宿主细胞死亡，而是把它变成持续制造活体病毒的工厂；另一些病毒则会迅速将宿主细胞消耗殆尽。

通常8到72小时后，细胞的物质就全部被变成了病毒的组件，进而被组装成新的病毒，直到整个细胞被几百到几万个新生病毒占据。

有了外壳的病毒会通过出芽的方式离开宿主细胞，也就是说它会“掐下”一点细胞膜，作为自己的另一重保护壳。还有的病毒会导致感染细胞解体，释放出细胞内容物，这其中就包括细胞被“洗脑”后制造的大量新病毒，这些病毒随后会去感染更多的细胞。

致病的病毒非常擅长躲避免疫系统，因为它们有绝招：繁殖得无比快。这也意味着，没有什么变异或突变能快过病毒。在这方面，病毒可以说没有对手，因为它大大咧咧，毫不在乎。病毒结构非常简单，基本没有细胞那些复杂机制来防止突变，所以它时时刻刻都在突变。

总的来说，生物发生不利突变的概率比有利突变要高。不过病毒不在乎：它有着惊人的增殖率，每个增殖周期生成的病毒数量也极大，因此，在每个被感染的细胞中，几千次病毒突变中出现一个大大有利于该病毒生存的突变，概率都相当高。这是老式的演化策略：蛮力尝试，撞对为止。但特别有效。

病毒和细菌不同，二者的手段也大相径庭，所以，免疫系统不能用对付细菌的那套武器来对付病毒。病毒个头更小，自身没有新陈代谢，不会释放化学废物供免疫细胞识别，所以比细菌更难发现。在病毒的生命周期里，它大部分时间都藏在细胞之内，并努力操纵被感染的细胞，好骗免疫系统卸下防备。病毒的变化比细菌快得多，一个病毒一天之内就能变成上万个，实现指数级增长。致病病毒可是极度危险的敌人。

肺部如何防御病毒

呼吸道黏膜，则是大部分致病病毒的主要入侵点。这合情合理，对想要入侵人体细胞的病毒来说，皮肤实在不是个好地方，这里有层层的死细胞堆叠出的屏障。相反，如果是肺部的黏膜，病毒要进入就“比较”容易——这并不是说“绝对”容易。和皮肤一样，呼吸道黏膜也有强大的防御力量。

把肺比作气球是很有趣，但事实上，肺并不是两个大气球，而更像是两块有很多坑洼空隙的厚海绵。肺部负责气体交换的部分有很大的表面积，超过120平方米——是皮肤表面积的60多倍。

而这一大片区域都会和环境不停接触，因为人每天都会吸入十几、二十立方米的空气。因此，肺是全身暴露最多的器官。人每次的吸气量约为500毫升，里面不但有人体所需的氧气，还有其他一些无用气体和各种微粒。

肺的内皮细胞时刻面临着大量有毒化学物、颗粒和微生物的侵袭。身体其他部位的免疫系统在遇到这么多东西时，会做出大规模的反应，不在乎造成组织的损伤；可是在肺脏，这样不太行。因为无论如何，你不能停止呼吸。

肺部的免疫系统必须更谨慎，不能太粗暴。它必须演化成一套平衡的系统：既能赶跑入侵者、清除污染，同时又不能阻碍气体交换。

鼻腔是呼吸系统的第一道防线。鼻子里有大型过滤装置——鼻毛——它们尽管不能阻挡太小的东西，但可以把较大的异物，如大颗的灰尘、花粉等挡在外面。另外，和其他黏膜一样，呼吸道表面也有一层黏液，打喷嚏的时候会一下子喷出来。

黏液都会被不停地排出体外或吞进肚子。但这种机制在肺脏深处发挥不了作用，因为储存气体的“小袋子”肺泡表面不能有黏液，否则人就无法呼吸。因此，在肺的最深处，同时也是最脆弱的地方，仅仅有一层上皮细胞，把身体内部和外界隔开。它暴露在外，是各种病原体的完美目标。

为了守护肺泡，这里生活着一种非常特殊的巨噬细胞：肺泡巨噬细胞。它的主要职责就是在肺部巡逻，清理垃圾。大多数的残骸和其他有害物质都被上呼吸道黏膜困住了，但还是有一些抵达了下呼吸道。肺泡巨噬细胞非常沉着冷静，和皮肤上的巨噬细胞相比，要激活它们可难得多。在呼吸道，它们会下调中性粒细胞等免疫细胞的敏感度，让免疫系统更平和。更重要的是，肺泡巨噬细胞会缓和所有的炎症——你可不想肺里有液体对吧。

有证据表明，肺部可能具有微生物组，或者起码有生物群落短暂生活并与人相安无事。不过与肠道微生物组不同，我们对肺部微生物组了解得还非常之少。这有多方面的原因。首先，对微生物来说，人的呼吸就像持续不断的飓风，它们要在肺里安家，比在宁静的肠道中困难得多。另外，肺部的资源也少得多，对人体有益的细菌在这里谋生也更加艰难。

而最大的阻碍是，我们很难对肺部深处的微生物组进行取样。相比之下，真是要庆幸从肠道采集样本之容易：肠道又长又宽，每天都有粪便排出，这就是肠道所有内容物的绝佳样本。肺就远远没有这么合作了，而且要从肺部深处取样，要在拿出来的一路上避免污染，这有很大的难度。因此，关于肺部微生物组及其与肺的相互作用，还需要大量的研究。

不过我们确切地知道，大量能感染人的最常见、最致命的病毒，都是通过呼吸系统入侵的。

延伸阅读

原标题：《制造麻烦的病毒，或许是地球上最成功的存在》

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