病毒助推生命進(jìn)化

彭永清

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海洋物種與病毒

說起病毒，人們總是習(xí)慣將之與疾病聯(lián)系在一起。病毒雖然能奪走我們的生命，但它的存在也對(duì)人類有益。例如，病毒可以消退危害漁業(yè)生產(chǎn)的赤潮。最近的研究結(jié)果顯示，病毒在保護(hù)海洋生物多樣性方面起著關(guān)鍵作用。

在日本高知縣，四名頭戴草帽、身穿救生衣的學(xué)生乘小船來到海灣盡頭，他們將一個(gè)類似挖掘機(jī)的小型器具慢慢放入海中，隨后從海底打撈出散發(fā)著惡臭、黏糊糊的黑泥。領(lǐng)隊(duì)的高知大學(xué)教授長崎慶三說，這些黑泥中含有許多病毒，雖然還不清楚里面具體含有哪些，但正是它們給人類帶來了各種各樣的好處。

在地形獨(dú)特的高知縣浦內(nèi)灣，零散分布著為當(dāng)?shù)靥峁┴S富海產(chǎn)品的真鯛和鰤?mèng)~養(yǎng)殖場(chǎng)。但那里赤潮頻發(fā)，令漁業(yè)從業(yè)者非?？鄲馈?/p>

病毒對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響很大，浮游生物感染病毒后會(huì)引發(fā)赤潮。1988年，浦內(nèi)灣發(fā)生赤潮，大量從未見過的浮游生物導(dǎo)致死亡的蛤蜊堆積如山，隨后，這種“新型赤潮”迅速擴(kuò)散至日本各地。就在同時(shí)，挪威某研究小組發(fā)表了關(guān)于海洋中存在數(shù)量龐大的病毒的論文，令世界海洋生物學(xué)者震驚。長崎認(rèn)為，赤潮的發(fā)生是由于某些病毒將浮游生物當(dāng)作了宿主，另外，他帶領(lǐng)的研究小組還發(fā)現(xiàn)，赤潮的消退也與各種病毒有關(guān)。

學(xué)生們從海底打撈出淤泥，以研究引發(fā)赤潮的病毒。

高知縣浦內(nèi)灣的赤潮。赤潮海水（左）與普通海水（右）

引發(fā)赤潮的浮游生物細(xì)胞內(nèi)增殖的病毒

大約十年前，日本正式提出用病毒來防止赤潮的設(shè)想。日本水產(chǎn)技術(shù)研究所稱，目前已經(jīng)在新潟縣佐渡島等海域進(jìn)行實(shí)證實(shí)驗(yàn)。研究人員冷凍了赤潮時(shí)含有病毒的淤泥，將里面的有害細(xì)菌和藻類種子等殺死，只剩下病毒。當(dāng)赤潮再次發(fā)生時(shí)，將這些冷凍的淤泥重新放入大海，里面的病毒可以殺死浮游生物，使赤潮更早消退。該研究所主任中山奈津子稱，病毒只殺滅特定的赤潮浮游物，對(duì)其他浮游生物和水產(chǎn)生物無害。而且，病毒的繁殖能力非常強(qiáng)，用少量的淤泥就可以取得消退赤潮的效果。

但長崎教授說，用病毒來消退赤潮并沒那么簡單。因?yàn)?，在?duì)赤潮的研究過程中，他發(fā)現(xiàn)“赤潮與病毒間有著更加復(fù)雜的機(jī)制”。雖然浮游生物感染病毒后幾乎全部被殺滅，但總有極少部分幸存下來。而且，這些幸存下來的浮游生物即使感染病毒，也能繼續(xù)繁殖，很快又會(huì)發(fā)展至能夠引發(fā)赤潮的狀態(tài)。

長崎認(rèn)為，原本海里就有各種各樣的浮游生物，它們各自的目標(biāo)是大量繁殖，成為一方霸主。而在某種條件下勝出的浮游生物就會(huì)引發(fā)赤潮。但是，生態(tài)系統(tǒng)似乎不允許某一特定物種一直占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在病毒的作用下，浮游生物被分解后會(huì)作為營養(yǎng)成分留在原來的海域，維持著該海域物種的多樣性。因此，病毒一方面可以殺滅浮游生物，另一方面又能使海洋變得豐饒。

病毒讓考拉在危機(jī)中進(jìn)化

作為澳大利亞象征的考拉正瀕臨滅絕。當(dāng)?shù)貙＜以A(yù)測(cè)，在未來幾十年內(nèi)，考拉會(huì)因感染某種病毒而減少24%。然而研究人員更關(guān)注的是，病毒是否也能促進(jìn)考拉進(jìn)化。

2019年下半年至2020年初，澳大利亞全境遭遇森林火災(zāi)，數(shù)萬只考拉被燒死。在當(dāng)?shù)匾患乙吧鷦?dòng)物康復(fù)中心，有些本就身體狀況不佳的考拉在被送到那里后不久便死亡了。在對(duì)它們的尸體進(jìn)行解剖后發(fā)現(xiàn)，死因是惡性腫瘤病毒轉(zhuǎn)移到了消化器官。

2000年，可引發(fā)白血病和惡性淋巴瘤等癌癥的逆轉(zhuǎn)錄病毒被確認(rèn)為這些考拉的死因。生活在昆士蘭州的考拉幾乎都攜帶這種病毒。澳大利亞博物館2014年發(fā)表的論文稱，過去的15～28年間，在境內(nèi)六家動(dòng)物醫(yī)院中，考拉因上述疾病死亡的比例占到了32%。病毒感染不僅會(huì)在考拉群中擴(kuò)散，還會(huì)改變考拉的基因結(jié)構(gòu)，并遺傳給下一代，這種現(xiàn)象被稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒的內(nèi)源性作用。這種病毒已經(jīng)受到了全世界科學(xué)家們的關(guān)注。

可引發(fā)白血病和惡性淋巴瘤等癌癥的逆轉(zhuǎn)錄病毒被認(rèn)為是考拉數(shù)量銳減的原因，但這種病毒最終會(huì)導(dǎo)致考拉的滅絕還是進(jìn)化，還需進(jìn)一步考證。

至于這種病毒最終會(huì)導(dǎo)致考拉的滅絕還是進(jìn)化，日本東海大學(xué)醫(yī)學(xué)部講師中川草說，按照目前的狀況，尚不知道會(huì)朝哪個(gè)方向發(fā)展，但據(jù)2019年公布的研究結(jié)果，病毒的內(nèi)源性作用可能會(huì)使考拉抗感染能力增強(qiáng)。

人類得益于病毒

哺乳類動(dòng)物腹中的胎盤是養(yǎng)育后代不可或缺的器官。近年的研究稱，這種鳥類和爬行類動(dòng)物都不具備的重要器官，是由病毒從外部帶來的基因制造出來的。說明病毒在動(dòng)物進(jìn)化史中起著非常重要的作用。

2003年，日本東京醫(yī)科齒科大學(xué)教授石野史敏接到東海大學(xué)教授石野知子的電話時(shí)，難掩內(nèi)心的激動(dòng)。石野知子在電話中告訴他，在人類的全基因組測(cè)序中，已經(jīng)確認(rèn)有一種與病毒有關(guān)的基因序列具備制造胎盤的功能。與此同時(shí)，其他研究小組也報(bào)告了人類和靈長類動(dòng)物都擁有具備制造胎盤功能病毒的基因。

病毒感染導(dǎo)致許多生物死亡，但生物也能利用它學(xué)會(huì)生存之術(shù)。

那么，哺乳類動(dòng)物是在何時(shí)有了胎盤呢？為了揭開這個(gè)謎團(tuán)，石野教授等人以追溯進(jìn)化史的方式對(duì)哺乳類動(dòng)物的遺傳基因作了研究。他們發(fā)現(xiàn)，與胎盤形成相關(guān)的遺傳印記基因“PEG10”，與卵生的鴨嘴獸等單孔類哺乳動(dòng)物的遺傳基因不同，與從單孔類中分支出來、通過母體生育后代的有袋類動(dòng)物和人類等有胎盤類哺乳動(dòng)物的遺傳基因有共同之處。這種基因序列可能是在恐龍尚未滅絕的約1.6億年前，通過病毒從外部帶入的。那時(shí)，哺乳類動(dòng)物的祖先還像老鼠那樣小。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒在哺乳動(dòng)物的胎盤進(jìn)化中發(fā)揮了非常重要的作用。

在進(jìn)化過程中，從外部帶入的基因具有急劇改變生物性質(zhì)的潛力。1990年啟動(dòng)的、試圖揭開人類基因圖譜的國際項(xiàng)目“人類基因組計(jì)劃”于2003年宣告完成基因組測(cè)序工作。研究人員發(fā)現(xiàn)，人體中大約有8%的基因來自遠(yuǎn)古時(shí)期逆轉(zhuǎn)錄病毒的殘留。那時(shí)，病毒首先感染了動(dòng)物，其中的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒會(huì)將自己的基因組整合在動(dòng)物的基因組中，動(dòng)物又利用這些基因組合成了一些有利于自己進(jìn)化的物質(zhì)。

病毒感染導(dǎo)致許多生物死亡，但生物也能利用它學(xué)會(huì)生存之術(shù)。石野史敏說，為了適應(yīng)多變的環(huán)境，生物也在經(jīng)常變化，其中有一部分原動(dòng)力就來自外部病毒進(jìn)入到體內(nèi)的基因。

[編譯自日本《朝日新聞》]

編輯：侯寅