作為病毒，我們?nèi)绾喂羧祟悾?/h1>
2020-04-16 12:39陳賽
視野 2020年7期
陳賽
有一個叫“瘟疫公司”的游戲，要求玩家站在傳染性病原體的立場上，從單一起點(diǎn)出發(fā)，將病原體散布到世界各地，從而制造一場超級瘟疫，最終目的是毀滅全人類。在病原體的傳播過程中，玩家必須不斷修正它的傳染性和抵抗力，以便應(yīng)對來自世界各國政府及科學(xué)家們的反擊措施。
想象一下你是一個病毒，在自己的棲息地——人類宿主，你已經(jīng)感染了一些細(xì)胞，成功地復(fù)制了不少后代，但宿主的免疫系統(tǒng)已經(jīng)盯上了你，正在設(shè)法抓住你、殺死你，加速發(fā)熱的環(huán)境不再適合居住。你怎么才能讓你的后代進(jìn)入一個更友好的環(huán)境（比如一個新的、未經(jīng)開發(fā)的人體）？
1
病毒是地球上最小、最古老的微生物——如果一個人可以膨脹到一座體育場那么大，那么一個典型的細(xì)菌就有場上一個足球大小，而一個典型的病毒則相當(dāng)于足球上一塊六角形花紋那么大。它們自身缺乏生長或繁殖機(jī)制，必須依靠所感染的細(xì)胞存活，但它們幾乎能以任何生物為宿主，從而能在地球上任何一個地方存活，無論是南極的層層冰川之下，還是撒哈拉沙漠的漫天沙塵之中。如果將海洋中所有的病毒加起來，相當(dāng)于7500萬頭藍(lán)鯨的重量。如果將這些病毒頭尾相連地排列起來，它們可以伸到60個銀河系之外。當(dāng)然，真正對人類有害的病毒只有極少數(shù)——據(jù)稱，我們一生大概會遭到500～1000種病毒的侵襲。
沒有腿、翅膀、鰭或者任何交通手段，你的后代靠自己的力量達(dá)到下一個宿主的可能性為零。但是，自然選擇已經(jīng)為病原體提供了大量的逃亡策略，比如通過唾沫傳播?？袢《驹跉⑺酪恢还?、蝙蝠或者其它溫血的動物宿主之前，會擾亂它們的中樞神經(jīng)，使它們陷入狂怒，同時從其神經(jīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到唾液里，以確保宿主只要一開口咬人，病毒就能進(jìn)入新的宿主體內(nèi)。
有些病毒通過蚊子傳播。比如在寒冷的地區(qū)，每年只有在昆蟲孵卵的短暫夏季里，間日瘧原蟲才能季節(jié)性地感染蚊子，所以它們不是全年都在消耗能量孕育子孫，而是大部分時間都蟄伏在人類肝臟內(nèi)，到了夏天才驟然蘇醒，積極生兒育女，并通過被感染者的血液進(jìn)行傳播。
還有一些病毒采取守株待兔的策略——在遇到新的宿主之前，它們能在宿主體外存活很長時間，比如天花病毒。
流感病毒有著更精妙的傳播機(jī)制——它們藏匿在病人的呼吸道里，刺激你的鼻子，迫使你打噴嚏或者咳嗽，從而幫助它從一個宿主跳到另一個宿主。還有一種假說，認(rèn)為流感病毒會激發(fā)人類宿主社交的欲望，這樣它們才能在舊宿主的癥狀出現(xiàn)之前找到新的宿主。
2
地球上但凡有冬季的地區(qū)都伴隨著季節(jié)性流感?？茖W(xué)家并不清楚背后的原因，但一種假設(shè)認(rèn)為，低溫讓病毒更加穩(wěn)定，再加上干燥、涼爽通風(fēng)，載滿病毒的飛沫可以在空中漂浮很長時間，從而增加它們遇到新宿主的機(jī)會。
人類往往低估流感病毒的危險性。我們總以為最大的危險來自那些尚未為人所知的神秘病毒，隱匿在某些非洲叢林里，比如埃博拉病毒，去年僅僅在非洲就殺死了好幾百人。埃博拉病毒致命性雖高，卻并不具備制造全球性流行病的能力，因為它必須通過體液的親密接觸才能傳播。如果不想感染埃博拉病毒，只要不接觸患者或者死者的汗液、血液或者身體就行了。
進(jìn)化生物學(xué)家認(rèn)為，病毒的殺傷力與傳播性之間是進(jìn)化的一種制衡策略。想象一下，一種病原體最大限度地利用宿主資源，制造最多的后代，乍一看是一種進(jìn)化優(yōu)勢，但到了一定程度就會適得其反，比如性傳播的病原體，如果宿主太早失去行動能力，就沒法找到新的性伴侶，傳遞病原體。這可能可以解釋為什么性傳播疾病一般曠日持久，而通過昆蟲傳播的病原體，比如瘧疾、黃熱病等，就沒有必要考慮宿主的死活，這可能也是它們一般都非常致命的原因。
自然進(jìn)化要在二者之間找到平衡，選擇那些毒性強(qiáng)到足以產(chǎn)生很多后代，但又不至于破壞它由當(dāng)前宿主傳播到新宿主的機(jī)會。流感病毒顯然找到了一個極佳的平衡點(diǎn)。它的殺傷力足夠強(qiáng)，傳播速度又快，范圍極廣，是世界上唯一一種沒有地域限制的病毒，而且，它還能從一個物種跳到另外一個物種。
事實上，所有人類流感病毒最初的傳染源頭無一例外是鳥類。很多鳥攜帶病毒，但并不生病。流感并不感染鳥類的呼吸道，而是它們的肝臟，病毒隨鳥的排泄物掉入水中，感染前來喝水的其他鳥類。
通過跨物種傳播來擴(kuò)大自己的根據(jù)地，這對于病毒維持自己在自然界的一席之地非常重要，但病毒感染一個新的宿主非常難。首先，病毒感染需要能夠結(jié)合宿主細(xì)胞膜表面的受體。不同宿主細(xì)胞表面的受體差別很大，病毒想要通過突變，獲得結(jié)合其他宿主細(xì)胞表面受體的能力并不容易。其次，病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后需要利用宿主細(xì)胞內(nèi)的原料來復(fù)制自己的基因組和生產(chǎn)病毒粒子所需要的包裝材料，這個過程會受到多種宿主因子的限制。最后，病毒感染新的宿主，對于新宿主來說往往是一場災(zāi)難。如果缺乏長時間的適應(yīng)過程，再加上宿主體內(nèi)往往沒有針對這種病毒的抗體，可能會在短時間內(nèi)導(dǎo)致宿主出現(xiàn)嚴(yán)重癥狀和死亡，這對于病毒來說也往往意味著終結(jié)。
但這些是會變化的。流感病毒在復(fù)制基因的時候經(jīng)常出錯，所以產(chǎn)生了大量的基因變異。有些變異對病毒沒有影響，有些會使它失去復(fù)制的能力，但也有一些變異會增強(qiáng)它們的生存優(yōu)勢，比如有些變異幫助病毒改變蛋白的形狀，更容易抓住宿主的人類的受體細(xì)胞，或者幫助病毒應(yīng)對體溫問題——人的體溫比鳥類要低很多……當(dāng)變異累積到一定程度，流感病毒株感染人的能力也不斷增強(qiáng)，還進(jìn)化出新的傳播路徑。在鳥類身上，病毒的路徑是肝臟—水—肝臟;在人類身上，病毒則從呼吸道到飛沫再到呼吸道。
當(dāng)兩種不同的流感病毒在同一個細(xì)胞內(nèi)相遇，它們會互相交換基因，產(chǎn)生全新的病毒，同時帶有兩種病毒的基因，科學(xué)家將這個過程比喻為病毒版本的“性交”。這種基因交換在流感病毒的進(jìn)化史上起到了關(guān)鍵作用。四分之一攜帶流感病毒的鳥類體內(nèi)有兩種或者兩種以上的病毒株。這些病毒通過基因交換，得以在不同的鳥類物種之間移動。偶爾，一個禽流感病毒還可能勾搭上人型流感病毒，這意味著真正災(zāi)難的發(fā)生——新的病毒株能輕易地在人與人之間傳播，而且人類的防御系統(tǒng)對新病毒毫無經(jīng)驗，更無法遏制它的擴(kuò)散。
2009年，人類痛苦地意識到，原來禽流感還可以感染豬，豬流感又從豬跳到了人身上，當(dāng)年爆發(fā)的豬流感（pH1N1），從墨西哥開始，短短數(shù)月內(nèi)擴(kuò)散到全球208個國家，累計導(dǎo)致1.8萬人死亡。
3
據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，1940至2004年共發(fā)現(xiàn)154種新型病毒性疾病，其中四分之三的傳染病是由動物傳播給人類的（或稱動物傳染病）。兩個物種的親緣關(guān)系越近，一種微生物在二者之間成功流動的可能性就越大。人類近20%的主要傳染疾病由靈長類動物傳播，其中包括艾滋病病毒。艾滋病病毒的歷史可以追溯到800萬年前一個相對簡單的生態(tài)互動：中非的黑猩猩捕食猴子，感染了猴子身上的兩種病毒——紅頂白眉猴SIV基因片段和大白鼻長尾猴SIV基因片段發(fā)生了重組，構(gòu)成了黑猩猩的SIV病毒，然后在19世紀(jì)晚期或者20世紀(jì)早期某個時候，又從黑猩猩身上跳到人類身上，變成了艾滋病病毒。
艾滋病病毒是通過血液和性行為傳播的，傳播能力趕不上流感病毒，但就狡猾程度而言，可能沒有比艾滋病更厲害的病毒了——它攻擊的目標(biāo)恰恰是偵查和阻止病毒進(jìn)入人體的免疫系統(tǒng)。它會抓住一種叫CD4T細(xì)胞的免疫系統(tǒng)，二者就像一對肥皂泡一樣融合在一起。艾滋病是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，它將自己的基因材料插入細(xì)胞的基因組之中，操控細(xì)胞為己所用，復(fù)制更多的艾滋病毒，從而感染更多的細(xì)胞。與流感病毒一樣，艾滋病病毒在自我復(fù)制過程中也經(jīng)常出錯，這些變異為自然選擇提供了素材，從而制造出更具有適應(yīng)性的病毒。在單一宿主體內(nèi)，自然進(jìn)化就能改善病毒逃脫免疫系統(tǒng)監(jiān)視的能力。免疫系統(tǒng)崩潰后，任何一個普通的感染對人體來說都是致命的。艾滋病的危險性不在于艾滋病本身，而是感染艾滋病后的各種感染所帶來的并發(fā)癥。
華盛頓大學(xué)的微生物學(xué)家厄休拉曾經(jīng)提出，人類免疫系統(tǒng)與傳染病病原體之間的戰(zhàn)爭是緩慢與曠日持久的，就像冷戰(zhàn)一樣。自從人類發(fā)明了抗生素，幾乎能夠?qū)顾械募?xì)菌，卻對病毒一籌莫展——抗生素的原理是干擾和破壞細(xì)菌的新陳代謝，但病毒寄生于活體細(xì)胞之內(nèi)，并不具備獨(dú)立的代謝功能。
在17世紀(jì)的英國，治療鼻病毒（造成普通感冒的最常見病毒）的藥物包括火藥、雞蛋和油炸的動物糞便和脂肪，今天科學(xué)家仍然沒有找到可以對抗這種病毒的方法。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)說，每個人一生平均要花一年的時間因為感冒而臥病在床。就這一點(diǎn)而言，鼻病毒也可算是相當(dāng)成功的贏家了。
在與人類的戰(zhàn)爭中，唯一遭遇真正慘敗的是天花病毒。天花曾經(jīng)是地球上最危險的疾病之一。在18世紀(jì)末，天花每年都會奪走大約40萬歐洲人的生命。僅在20世紀(jì)，全世界范圍內(nèi)就有約計3億人死于天花。這種病毒會讓患者身上出現(xiàn)可怕的癥狀——天花皰疹，皰疹表面覆蓋著一層堅硬的外殼，里面充滿不透明液體。這些皰疹會在幸存者皮膚上留下標(biāo)志性的皮損和結(jié)痂，讓人面目全非。
從1965年開始，世界衛(wèi)生組織展開了在世界范圍內(nèi)根除天花的計劃，并于1979年宣布天花作為一種疾病被剿滅。天花之所以被人類徹底打敗，一是因為人類制造出了高效的疫苗;二是它在人類中傳播太久，已經(jīng)失去了感染其他物種的能力。它唯一的宿主就是人類。只要免疫地球上所有的人，天花就無處存活。
但是，最后一批天花病毒仍然保存在美國和俄羅斯被高度保護(hù)的實驗室冷凍環(huán)境中。2010年，當(dāng)世界衛(wèi)生組織再次就是否摧毀地球上最后一批活天花病毒樣本展開辯論時，事情已經(jīng)發(fā)生了戲劇化的轉(zhuǎn)折——科學(xué)家已經(jīng)破解了天花病毒的所有基因序列，具備了人工合成天花病毒的所有技術(shù)手段。人類的知識給了天花最后的不死之身，確保了它永遠(yuǎn)不可能被“根除”。
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還有一些病毒采取守株待兔的策略——在遇到新的宿主之前，它們能在宿主體外存活很長時間，比如天花病毒。
流感病毒有著更精妙的傳播機(jī)制——它們藏匿在病人的呼吸道里，刺激你的鼻子，迫使你打噴嚏或者咳嗽，從而幫助它從一個宿主跳到另一個宿主。還有一種假說，認(rèn)為流感病毒會激發(fā)人類宿主社交的欲望，這樣它們才能在舊宿主的癥狀出現(xiàn)之前找到新的宿主。
2
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人類往往低估流感病毒的危險性。我們總以為最大的危險來自那些尚未為人所知的神秘病毒，隱匿在某些非洲叢林里，比如埃博拉病毒，去年僅僅在非洲就殺死了好幾百人。埃博拉病毒致命性雖高，卻并不具備制造全球性流行病的能力，因為它必須通過體液的親密接觸才能傳播。如果不想感染埃博拉病毒，只要不接觸患者或者死者的汗液、血液或者身體就行了。
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自然進(jìn)化要在二者之間找到平衡，選擇那些毒性強(qiáng)到足以產(chǎn)生很多后代，但又不至于破壞它由當(dāng)前宿主傳播到新宿主的機(jī)會。流感病毒顯然找到了一個極佳的平衡點(diǎn)。它的殺傷力足夠強(qiáng)，傳播速度又快，范圍極廣，是世界上唯一一種沒有地域限制的病毒，而且，它還能從一個物種跳到另外一個物種。
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但這些是會變化的。流感病毒在復(fù)制基因的時候經(jīng)常出錯，所以產(chǎn)生了大量的基因變異。有些變異對病毒沒有影響，有些會使它失去復(fù)制的能力，但也有一些變異會增強(qiáng)它們的生存優(yōu)勢，比如有些變異幫助病毒改變蛋白的形狀，更容易抓住宿主的人類的受體細(xì)胞，或者幫助病毒應(yīng)對體溫問題——人的體溫比鳥類要低很多……當(dāng)變異累積到一定程度，流感病毒株感染人的能力也不斷增強(qiáng)，還進(jìn)化出新的傳播路徑。在鳥類身上，病毒的路徑是肝臟—水—肝臟;在人類身上，病毒則從呼吸道到飛沫再到呼吸道。
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但是，最后一批天花病毒仍然保存在美國和俄羅斯被高度保護(hù)的實驗室冷凍環(huán)境中。2010年，當(dāng)世界衛(wèi)生組織再次就是否摧毀地球上最后一批活天花病毒樣本展開辯論時，事情已經(jīng)發(fā)生了戲劇化的轉(zhuǎn)折——科學(xué)家已經(jīng)破解了天花病毒的所有基因序列，具備了人工合成天花病毒的所有技術(shù)手段。人類的知識給了天花最后的不死之身，確保了它永遠(yuǎn)不可能被“根除”。
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