《進擊的病毒》是“文津圖書獎”得主史鈞博士的最新力作,講述病毒與人類“相愛相殺”的故事。作者以生動有趣的文筆,從進化論的視角講述了病毒驅動人類進化的歷程,以及人類與病毒的抗爭史,幫助讀者了解人類與病毒相伴共生的歷史??茖W解釋病毒的起源和演變,重新定義病毒與人類的關系。病毒帶給我們疾病與死亡,也帶給我們生命與文明。病毒是人類最致命的敵人,同時也是我們最可貴的盟友。人類約有8%的基因來自病毒,其中有不少都是關鍵基因。如果沒有胎盤病毒合成合胞素,人類胎兒就無法存活下來。這本病毒科普讀物,能夠幫助我們全面了解病毒真相,面對疫情時不再恐慌。
《進擊的病毒》
布拉德福德市位于英國西約克郡,早期以紡織業(yè)和羊毛生產聞名,號稱世界羊毛之都。這里雖然地處英倫中部,建筑風格卻有著濃郁的德國風情,除了高高的尖頂教堂,許多建筑屋頂都安裝有巨大的冷卻塔,主要給熱水降溫,并將冷水循環(huán)再利用。一般來說,除了維修工人外,很少有人會鉆進冷卻塔中去尋找什么東西,但科學家是個例外。
1992年,布拉德福德市意外暴發(fā)了肺炎疫情,當?shù)卮髮W的微生物學專家羅博特姆開始著手調查病原體的來源,他異想天開地想要看看當?shù)蒯t(yī)院樓頂?shù)睦鋮s塔中是不是藏有什么貓膩。醫(yī)院是患者集散地,如果病原體污染了冷卻塔,就可能隨著循環(huán)水流向更多的人。于是,羅博特姆選擇了一家醫(yī)院,在冷卻塔中取了一些水樣。他原本估計冷卻塔中缺少足夠的營養(yǎng),應該不會有多少微生物。結果卻讓他大吃一驚,顯微鏡檢測發(fā)現(xiàn),水樣中居然含有大量細菌,以及靠捕食細菌為生的阿米巴原蟲和其他原生動物。這些小東西在冷卻塔中形成了一個隱蔽的生態(tài)系統(tǒng),長期過著與世隔絕的生活,對紛紛擾擾的外部世界漠不關心。羅博特姆是第一個仔細觀察它們的學者,卻并沒有發(fā)現(xiàn)肺炎球菌。正當羅博特姆想要放棄的時候,在顯微鏡下他又有了意外的收獲。他在一種阿米巴原蟲內部發(fā)現(xiàn)了一個小球,像是球形的細菌,不過要比普通的球菌略小一些。羅博特姆一時弄不清那到底是什么,干脆認為自己發(fā)現(xiàn)了一種新型細菌,遂將其命名為布拉德福德球菌。羅博特姆當時懷疑,正是這種小小的球菌導致了本地的肺炎疫情,于是他開始分析這種球菌的DNA序列,看看它們和肺炎球菌有沒有相似基因。出乎意料的是,這種小東西跟肺炎球菌沒有任何關系。這一結果讓羅博特姆非常沮喪。由于缺少科研經費,他不得不于1998年關閉了實驗室,對布拉德福德球菌的研究也告一段落。但羅博特姆并不甘心,他把樣本保存了起來,輾轉交到了法國馬賽大學的微生物學同行拉斯科拉手上。
拉斯科拉起初對于老生常談的球菌并沒有什么興趣,他的研究重點是病毒,而不是細菌,更不是原蟲。巧在有一天,他正在顯微鏡下觀察樣本,突然想起了老朋友羅博特姆送來的禮物,于是順手將羅博特姆的樣本也放到了顯微鏡下,只是看了一眼,他就大吃了一驚。他憑直覺認識到,這根本不是什么球菌,而是一種未知的東西。因為它居然擁有20面體的拼裝結構,就像一個迷你足球,而這是典型的病毒特征。讓拉斯科拉感到困惑的是,要說它是病毒吧,體積又太大了,比普通病毒大了一百多倍,在光學顯微鏡下就能看得清楚。根據(jù)當時的經驗,病毒只能在電子顯微鏡下觀察,光學顯微鏡下只能看到細菌。所以拉斯科拉的第一直覺與羅博特姆相同,仍然認為自己看到的是一種未知的球菌。但隨后的發(fā)現(xiàn)卻令拉斯科拉完全摸不著頭腦,那個像足球一樣的家伙居然沒有核糖體。核糖體原本是所有細菌的標配,否則它們就無法合成蛋白質,因而無法展開生命活動。既然沒有核糖體,它就不應該是細菌。
不是細菌,難道真的是病毒么?
拉斯科拉舉棋不定,他只能繼續(xù)觀察。既然羅博特姆說他在阿米巴原蟲的細胞中發(fā)現(xiàn)了那玩意兒,拉斯科拉就準備親自看看,阿米巴原蟲是如何將它吞下去的。但觀察結果卻與預測完全相反,那個小圓球根本不是被阿米巴原蟲吞下去的,而是主動侵入了阿米巴原蟲細胞,并且劫持了阿米巴原蟲的生化體系,為自己復制了許多拷貝??吹竭@一幕時,拉斯科拉徹底明白了,那確實不是什么球菌,倒像是典型的病毒。只有病毒才會采用復制的增殖方式,細菌只會用一分為二的分裂方式繁殖。兩者的區(qū)別在于,病毒增殖就像是工廠生產手表,先將各種零件制作好,然后統(tǒng)一裝配成完整的手表,只要零件數(shù)量充足,就可以一次性組裝很多手表。病毒通過細胞生產自己的基因和蛋白質,然后統(tǒng)一組裝出成千上萬完整的病毒顆粒。細菌則不然,它們只能由一個細菌分裂為兩個細菌,再由兩個細菌分裂為四個,依此類推。凡是會分裂的,不是細胞就是細菌,只有病毒才會用裝配的方式增殖。
拉斯科拉確信自己發(fā)現(xiàn)了一種新型病毒,由于個頭兒比較大,因此命名為巨型病毒(mimivirus),英文的原意是模擬病毒,就是模仿細菌的病毒。對巨型病毒的基因分析表明,它們確實是不折不扣的病毒,因為其中含有許多病毒特有的基因。難怪當初羅博特姆沒有從基因對比中看出什么名堂,它們和球菌根本就是兩類東西。
巨型病毒的概念一經提出,立即在科學界引發(fā)了不小的震動??茖W家喜歡湊熱鬧,許多研究人員馬上開始轉行關注巨型病毒,很快有了更多的發(fā)現(xiàn)。他們相繼在海洋、河流、冰川、湖泊、噴泉等水體中找到了大量巨型病毒,而且個頭兒更大、基因更復雜、看起來也更像是細菌。但各種證據(jù)表明,它們無疑仍然屬于病毒。
此前發(fā)現(xiàn)的病毒大小都在10至100納米之間,即便是較大的病毒,比如天花病毒,也只有300納米左右。而巨型病毒的直徑可以達到400納米甚至更大,它們能攜帶1000多個基因,遠超一般病毒的基因數(shù)量。
除了結構以外,巨型病毒的生化表現(xiàn)也與其他病毒不同,倒是與細菌差不多。比如有一種媽媽病毒,會在阿米巴原蟲細胞內形成一個相對獨立的復制結構,就像是在大型工廠內部組建的小型工廠。小型工廠的前后開了兩個小門,它們通過前門從細胞內偷取原材料,再從后門運出合成好的零件,然后組裝成完整的巨型病毒。
螳螂捕蟬,黃雀在后,當媽媽病毒竊取阿米巴原蟲的資源時,它們也被其他病毒盯上了,那就是寄生在媽媽病毒內部的更小的迷你病毒。迷你病毒利用媽媽病毒的小型工廠大量復制自己的基因,從而成為病毒的病毒,研究人員稱之為噬病毒體。
這時我們會發(fā)現(xiàn),巨型病毒夾在迷你病毒和阿米巴原蟲之間,更像是病毒向細胞進化的過渡形態(tài)。與普通病毒相比,它們更像是細菌;但與普通細菌相比時,它們又更像是病毒??傮w而言,它們像細菌的成分更多一些,否則不足以養(yǎng)活更小的病毒。如果真是這樣,巨型病毒就等于填補了病毒與細菌之間的缺環(huán),使生命進化的鏈條更加完整而清晰。如此說來,巨型病毒簡直就是病毒起源研究的寶貝。
但問題并沒有那么簡單。
研究病毒起源不同于研究歷史,病毒不會留下文字。研究病毒起源也不同于考古,病毒不會留下化石。遠古的病毒只留下了一串串亂七八糟的基因序列,而這些序列都被反復涂改過,可能早已面目全非。
關于病毒的起源問題,充分體現(xiàn)了科學家的猜謎水平,他們幾乎把所有可能的謎底全部討論了一遍??偟膩碚f,這些猜測可以分為兩大類:第一類認為,既然病毒必須寄生在活細胞內部,當然要在細胞出現(xiàn)之后才有可能起源,病毒只能是細胞退化的結果,這就是退化起源假說;第二類認為,病毒的結構遠比細胞簡單,而簡單的事物有理由率先出現(xiàn),所以病毒應該在細胞之前起源,代表理論為自主起源假說。
一般來講,這兩種邏輯必然有一種是正確的。就像你在廚房炒菜,要么先放油,要么先放鹽,總得分出個先后來。其實不然,在這兩類觀點之外,還有許多其他的觀點,他們根本不考慮先放油還是先放鹽的問題,反倒直接抓了一把沙子扔進去,把鍋里攪得亂七八糟。病毒起源的問題不在于理論太少,而是太多。
正是在如此復雜的背景下,巨型病毒突然出現(xiàn)了,如同傳說中的英雄披著霞光閃亮登場,引得各派人馬都很興奮。他們以山呼海嘯般的熱情迎接巨型病毒,都把巨型病毒當作自己人,并希望巨型病毒能夠主持公道,支持自己的學術觀點。然而,不同的巨型病毒居然懷揣著不同的證據(jù),不但沒有讓事情變得更加清晰,反而把水攪得更渾,讓病毒學家倒吸了一口涼氣。原本就很混亂的病毒起源問題,因為巨型病毒的出現(xiàn)而變得更加混亂。