楊中楷(大連理工大學(xué)科學(xué)學(xué)與科技管理研究所教授、博士生導(dǎo)師)
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病毒的起源
病毒是一種個(gè)體微小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、只含一種核酸(DNA或RNA)、必須在活細(xì)胞內(nèi)寄生并以復(fù)制方式增殖的非細(xì)胞型生物。關(guān)于病毒的來(lái)源,有三個(gè)假說(shuō)。第一種假說(shuō)認(rèn)為,地球生命演化的過(guò)程表現(xiàn)為:無(wú)機(jī)物→有機(jī)物→化學(xué)大分子→病毒→原核生物→真核生物,這意味著病毒是生物進(jìn)化過(guò)程中較為原始的生命物質(zhì)。第二種假說(shuō)認(rèn)為,細(xì)胞在生存過(guò)程中可能會(huì)丟失部分基因,或分裂成含有部分基因的碎片,這部分基因喪失了獨(dú)立的自我繁殖能力,淪落為寄生狀態(tài),久而久之便退化為病毒。第三種假說(shuō)認(rèn)為,病毒是由轉(zhuǎn)座子進(jìn)化而來(lái)。轉(zhuǎn)座子是存在于染色體DNA上可自主復(fù)制和位移的基本單位,其行為與病毒有諸多相似之處,因此可能與病毒有著密切聯(lián)系。
病毒種類繁多,可能所有病毒存在同一種起源方式,也可能各有不同。目前可以確定的是,歷史上第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的病毒是煙草花葉病病毒。1892年,蘇聯(lián)科學(xué)家伊萬(wàn)諾夫斯基在《關(guān)于煙草花葉病》一文中指出,煙草花葉病致病因子是一種體積遠(yuǎn)小于細(xì)菌的化學(xué)物質(zhì)。后來(lái)經(jīng)過(guò)美國(guó)科學(xué)家杜加爾、斯坦利以及德國(guó)科學(xué)家古斯塔夫等人的不斷努力,終于搞清楚這是一種具有傳染性的蛋白質(zhì)和RNA組成的復(fù)合體,是一種與細(xì)菌不相同的新型物質(zhì)。
病毒與細(xì)菌的區(qū)別與聯(lián)系
從人類的視角看,病毒和細(xì)菌都很微小,但兩者還是存在著明顯的行為方式上的不同。細(xì)菌至少是一個(gè)活體細(xì)胞,就像組成我們身體的細(xì)胞一樣。而病毒簡(jiǎn)單到由一段基因鏈(有DNA的也有RNA的)和蛋白質(zhì)膜組成,介于非生命體與生命體之間。或者說(shuō),病毒自身沒有新陳代謝的功能,只有進(jìn)入細(xì)胞中才具有生命力。
病毒(virus)在早期是與細(xì)菌(bacteria)互用的。病菌(germs)一詞,反映了早期對(duì)兩者混用的習(xí)慣。時(shí)至今日,我們已經(jīng)能夠明確區(qū)分“病”和“菌”。細(xì)菌是許多疾病的病原體,包括肺結(jié)核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、沙眼等疾病都是由細(xì)菌所引發(fā)。而我們所熟知的麻疹、艾滋、流感、天花等,則是由病毒所引發(fā)。病毒又可分為RNA病毒和DNA病毒。我們所熟知的麻疹病毒、埃博拉病毒、流感病毒以及今年流行的新冠病毒都是RNA病毒;天花病毒、噬菌體則是DNA病毒。
人類與病毒的抗?fàn)幨?/strong>
細(xì)菌感染在歷史上一度成為人類最大的敵人。1347年~1350年間,黑死病的一次爆發(fā)使歐洲人口減少了1/4。隨著青霉素等抗生素的出現(xiàn),細(xì)菌感染的問題得到控制。細(xì)菌擁有細(xì)胞壁,還有自己的核酸復(fù)制機(jī)器和核糖體,所以抗生素能保證殺傷細(xì)菌而對(duì)人類副作用很小。
在談到人類抗病毒的歷史時(shí),我們不可避免地要論及天花,它是人類第一個(gè)試圖預(yù)防的疾病,也是我們消滅的第一個(gè)傳染性疾病。約1000年左右,中國(guó)最早記錄了天花接種技術(shù)。早期種痘技術(shù)接種的是未減毒的病毒,多達(dá)0.5%~2%的人會(huì)因此死亡。
1796年,英國(guó)的愛德華·詹納醫(yī)生在自己的病人中偶然發(fā)現(xiàn)擠牛奶的女工似乎沒有感染天花的病例,他判斷是這些女工感染牛痘痊愈之后便對(duì)牛痘終生免疫,不會(huì)再患上同樣的疾病。他認(rèn)為牛痘病毒與天花病毒之間一定有某種關(guān)系,所以得過(guò)牛痘的女工們才剛好能對(duì)天花病毒也終生免疫。愛德華·詹納從此便致力于研發(fā)牛痘疫苗接種,他巧妙地運(yùn)用失活的病毒激發(fā)體內(nèi)免疫系統(tǒng)活躍,以達(dá)到預(yù)防疾病的效果。若干年后,天花被人類徹底滅絕。
但人類與病毒的抗?fàn)幨?,遠(yuǎn)非像天花案例這么幸運(yùn)。1918年春天,西班牙流感發(fā)生,由于正值一戰(zhàn),病毒迅速隨著士兵傳到了世界各國(guó),在約6個(gè)月內(nèi)奪去2500萬(wàn)到4000萬(wàn)人的生命,西班牙流感也成為第一次世界大戰(zhàn)提早結(jié)束的原因之一。自大流感之后,新的病毒便一個(gè)接一個(gè)地出現(xiàn)在人類的視野中,例如尼帕病毒、裂谷熱病毒、馬爾堡病毒、拉沙熱病毒等等。疫苗的研發(fā)速度常常趕不上病毒的變異速度,況且很多病毒導(dǎo)致的疾病都超出了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的治療能力。更可怕的是,病毒對(duì)人類宿主的適應(yīng)能力是匪夷所思的,它能不斷地發(fā)生基因突變,甚至能與另一種病毒進(jìn)行基因重組。更麻煩的是,當(dāng)古老的流行病因疫苗或者其他手段得到遏制后,艾滋病、埃博拉、SARS、MERS、新冠肺炎等新發(fā)傳染性疾病又開始流行,人類與病毒的糾纏史無(wú)休無(wú)止,共存共生。
為什么病毒能與人類共存
病毒之所以能與人類長(zhǎng)期糾纏,最起碼有兩個(gè)原因。第一,病毒需要人體做宿主。由于病毒的特殊體質(zhì),它需要寄生在活的宿主細(xì)胞之內(nèi)并依賴于宿主細(xì)胞提供病毒復(fù)制過(guò)程中所需要的原料體系、能量和場(chǎng)所。同時(shí),病毒也在朝著適應(yīng)宿主的方向快速進(jìn)化,甚至利用人的行為進(jìn)行傳播。人感染了流感,就會(huì)咳嗽、會(huì)打噴嚏,而病毒就會(huì)利用人類的飛沫進(jìn)行繁殖。人感染了霍亂,會(huì)腹瀉,而病毒恰好通過(guò)糞便和水源進(jìn)行傳播。那些具有較長(zhǎng)潛伏期的病毒,能夠在潛伏期內(nèi)不知不覺地進(jìn)行傳播,新冠病毒也是其中的一個(gè)。從目前的情況來(lái)看,新型冠狀病毒仍在演變中,其可能最終發(fā)展為一種低致病性、高傳染性的病毒。
第二,人類發(fā)展需要病毒。病毒并非一無(wú)是處,它在人類進(jìn)化發(fā)展的過(guò)程中已經(jīng)并將繼續(xù)發(fā)揮不可或缺的作用。我們知道,胎兒的血型、基因與母親可以是不一樣的,但母親的免疫系統(tǒng)卻不會(huì)攻擊胎兒。據(jù)考證這是因?yàn)椴溉閯?dòng)物的祖先感染過(guò)一種病毒,從而使胎盤擁有了欺騙免疫系統(tǒng)的能力。從基因?qū)哟蝸?lái)看,在人類的基因組中竟然有高達(dá)10萬(wàn)條片段來(lái)自病毒,這些病毒基因片段占據(jù)了人類基因組的8%,而編碼人類細(xì)胞所有蛋白質(zhì)的序列僅占據(jù)了基因組的1.2%~1.5%。沒有這些病毒基因片段,人類細(xì)胞也許無(wú)法正常工作。病毒在生態(tài)系統(tǒng)的平衡中也起著舉足輕重的作用。在海洋里,每秒鐘大約會(huì)發(fā)生1023次病毒感染,無(wú)論是小蝦還是鯨魚,都難逃病毒的攻擊,它們?cè)谒篮笏尫懦龅奈镔|(zhì)和能量會(huì)成為其他生物的養(yǎng)料,有助于為動(dòng)植物建立適宜的生存環(huán)境。
最終是否可以戰(zhàn)勝病毒
由于部分病毒對(duì)人類造成的重大傷害,一個(gè)不能回避的問題就是最終是否可以戰(zhàn)勝病毒。這個(gè)問題需要區(qū)分對(duì)待。人類體內(nèi)不僅有有益菌群的共生與伴生,也有正常病毒群的共生。這類病毒因?qū)θ梭w細(xì)胞沒有毒力,因此感染率很高,甚至達(dá)到普遍感染的水平。此類病毒無(wú)需特殊關(guān)注,人類的免疫系統(tǒng)會(huì)對(duì)其酌情處理。
而有一些病毒可能使人類致死或致殘,疫苗的發(fā)明和應(yīng)用使人類擺脫了在病毒面前的被動(dòng)挨打局面,在防止這類病毒性疾病中起了決定性作用,如牛痘疫苗、麻疹疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗等等。鑒于疫苗本身就是一種病毒,因此戰(zhàn)勝病毒與否就成了偽命題。除疫苗之外,科學(xué)家們已經(jīng)開辟了利用病毒來(lái)攻擊癌細(xì)胞、殺死細(xì)菌的途徑,變“害”為“利”。
從病毒的屬性來(lái)看,高致命性和高流行性一般不會(huì)成對(duì)出現(xiàn),只要對(duì)其屬性認(rèn)識(shí)到位、醫(yī)療體系應(yīng)對(duì)得當(dāng),對(duì)人類的影響是大致可控的。經(jīng)歷過(guò)諸多戰(zhàn)勝自然、人定勝天的教訓(xùn)之后,能夠研制出疫苗“以毒攻毒”固然理想,但想方設(shè)法與無(wú)法完全戰(zhàn)勝的病毒“長(zhǎng)期共存”,恐怕是未來(lái)不得不做的一種并非最優(yōu)卻能夠接受的選擇。但需要強(qiáng)調(diào)的是,長(zhǎng)期共存絕對(duì)不意味著放任“群體免疫”。道金斯在《自私的基因》中所描述的“自私”只能作為行為結(jié)果而不能作為主觀意識(shí)。正確的做法是全世界人類團(tuán)結(jié)起來(lái),站在“人類命運(yùn)共同體”的高度齊心協(xié)力應(yīng)對(duì)新冠肺炎以及未來(lái)可能出現(xiàn)的其他大流行疾病,以人類的高超智慧和精密的社會(huì)管理在與病毒和細(xì)菌的相處中取得主動(dòng)地位,保障人類繼續(xù)安全繁衍生存,推動(dòng)人類繼續(xù)全面而自由發(fā)展。
最后需要提醒的是,本來(lái)部分病毒已經(jīng)與動(dòng)物宿主之間達(dá)成了默契,但由于人類的不恰當(dāng)行為,最終導(dǎo)致了難以遏制的后果,也帶來(lái)了巨大的社會(huì)成本。從這個(gè)角度看,與其將責(zé)任推到病毒和動(dòng)物身上,不如認(rèn)真反思自己,與自然界和諧共處。畢竟,無(wú)論是人類,還是病毒乃至細(xì)菌,本質(zhì)上都是遺傳物質(zhì)的不同表現(xiàn)形式而已。
[注:本文數(shù)據(jù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)大部分來(lái)自科學(xué)網(wǎng)(www.sciencenet.cn),特此說(shuō)明并致謝。]