不要別的,只要科學

一切會有何不同?


  來源:BBC

  作者:雷切爾·努爾(Rachel

  翻譯:任天

如果地球上的所有病毒都消失不見,一切將會大有不同,但不一定會變得更好。如果有某種方法能使地球上所有病毒消失,應該會有許多人想要付諸實施,尤其是現在這種特殊時期。

事實上,這將是一個致命的錯誤,其危害將超過任何病毒所帶來的已知危害。

在一般人看來,病毒的存在似乎只是為了給社會造成災難,給人類帶來痛苦。當下大流行的新冠肺炎只是人類曆史中一系列持續不斷、永無止境的致命病毒攻擊中最新的一個例子。

為預防新冠病毒感染,消殺工作人員正在進行消毒殺菌防疫工作。

數千年間,病毒奪去了無數人的生命,有些時期甚至導致世界範圍內的高比例人口傷亡。例如,1918年的流感大流行就奪去了5000萬到1億人的生命;僅在20世紀,就約有2億人死於天花。

然而,大多數人都沒有意識到的是,病毒在支持地球生命方面起到了關鍵作用。我們往往只關注那些給人類帶來麻煩的病毒,因此幾乎所有病毒學家都只研究病原體;直到最近,一些勇敢的研究人員才開始了解那些讓地球生命存活下來的病毒,而不是殺死人類的病毒。

  研究偏見

一小群科學家試圖為我們提供一個公平、平衡的視角去看待這個充滿病毒的世界——世界上也存在好的病毒。

可以確定的是,如果沒有病毒,生命以及我們所知道的地球將不複存在。但是,通過想象沒有病毒的世界會是什麼樣子,我們不僅可以更好地理解它們對於人類生存有多麼重要,也能更加了解還有多少未知的謎題等待解答。

首先,研究人員現在甚至不知道世界上存在多少病毒。目前已有數千種被正式分類,但可能還有數百萬種病毒等待發現。有科學家認為關於病毒的研究範圍如此狹窄,是因為人們只觀察這門學科中關於病原體的部分,造成了一種偏見。

科學家也不清楚所有病毒中對人類有害的部分占多少比例。由於病毒種類基數龐大,有數百萬種之多,因此如果僅從數字上看,病毒中對人類有害的部分所占比例在統計上接近於零。

而且絕大多數病毒對人類沒有致病性,甚至許多病毒在支撐生態系統方面發揮著不可或缺的作用。還有一些病毒則維持著各種有機體的健康,包括真菌、植物、昆蟲和人類等,這可以形容為一種完美的平衡。我們生活於其中,而病毒就是其中的重要部分。

一些病毒能夠維持真菌和植物生命

當然,想要消滅地球上的每一種病毒也是不可能的。但在這個星球上,病毒承擔了許多必不可少的工作,其好處遠遠超過了壞處。流行病學家並不看好沒有病毒的世界:「如果所有的病毒都突然消失,或許一開始世界會變得美好,但只能維持大約一天半的時間,然後我們都將死亡——這是最基本的事實。」

沒有病毒,我們認知中的地球將全然不同

  生態系統的關鍵組成

病毒對於生態系統重要職能的其中一個就是調節。以海洋中細菌種群的主要調節者噬菌體為例,噬菌體每天殺死約20%的海洋微生物和50%的海洋細菌。通過淘汰微生物,病毒確保了產氧浮遊生物有足夠的營養供給,並進行高速率的光合作用,最終維持地球上大部分生命的存活。

海洋中90%的生命體都是海洋微生物

如果它們突然消失,可能會在海洋生態系統中造成嚴重後果,因為海洋中90%以上的生物質量都由微生物組成。這些微生物產生了地球上大約一半的氧氣,而這一過程正是由病毒參與完成的。

噬菌體是一種能在細菌和古菌中感染並複制的病毒,具有極其重要的作用。它們的名字來源於希臘語的「phagein」,意思是「吞噬」。科學家將它們形容為細菌世界的主要捕食者,如果沒有它們,我們就會陷入大麻煩。

科學家認為,如果沒有病毒我們將會面臨生態系統失衡

噬菌體在地球的其他生態系統中可能也是如此。如果病毒突然消失,一些細菌種群可能就會爆發,而其他的細菌可能就會因競爭失敗而完全停止生長。生命完全依賴於物質的循環,病毒則是物質循環方面非常重要的一環。

研究有害昆蟲的科學家也發現,病毒對種群數量的控制至關重要。如果某一物種的數量過多,就會出現一種病毒來消滅它們,這是生態系統中非常自然的一部分。這一過程被稱為「殺死贏家假說」,在許多其他物種中也十分常見,包括我們自身——大流行病就是明證。

當種群數量變得非常豐富時,病毒傾向於快速複制並摧毀種群,為其他物種創造生存空間,如果病毒突然消失,有競爭力的物種可能就會損害其他物種,使自己的數量急劇增加。這時會有一些物種占據上風,把其他物種都趕盡殺絕。我們會迅速失去地球上的許多生物多樣性。

還有一些生物體則是在依賴病毒生存,或者依賴病毒在競爭中獲得優勢。例如,科學家推測病毒在奶牛和其他反芻動物的消化過程中發揮著重要作用,它們能將草葉中的纖維素轉化為可代謝的糖,並最終轉化為體質量和牛奶。

在維持人和其他動物體內健康的微生物群方面,病毒同樣是不可或缺的。盡管研究人員還沒有很詳細地了解這些機制,但他們已經發現了越來越多的例子,能夠說明無論是人體內的生態系統還是其他環境,病毒和其他生物之間密切的相互作用是生態系統的重要組成部分。

在黃石國家公園中,一種特殊的植物因感染某種病毒而對高溫有更強的耐受能力

病毒生態學家們已經發現一些具體的證據,支持了這一觀點。在一項研究中,他們檢測了一種真菌,專門寄生於黃石國家公園的一種草本植物,這種感染該真菌的病毒會使這種草對地熱土壤的溫度更具有耐受性。當病毒、真菌和植物三者都存在時,植物就能夠在相當高溫的土壤中生長,光靠真菌是做不到的。

在另一個案例研究中,研究人員發現一種通過墨西哥胡椒種子傳播的病毒可以使被感染的植物抵抗蚜蟲,觀察發現蚜蟲更喜歡不攜帶病毒的植物,因此這對植物而言絕對是有益的。

植物和真菌通常會將病毒代代相傳。盡管目前尚未確定大多數病毒的功能,但研究人員認為,這些病毒一定是在以某種方式幫助它們的宿主。否則,植物為什麼要一直保留著它們呢?如果所有這些有益的病毒都消失了,它們所寄生的植物和其他生物體很可能就會變得虛弱,甚至死亡。

  保護人類

如同真菌、昆蟲和植物等有機體一樣,也存在很多站在人類一邊的良性病毒。一些良性病毒的感染甚至可以幫助人類抵禦某些病原體。例如,GB病毒C(GBV-C)是一種常見的人類血液病毒,是西尼羅河病毒和登革熱病毒的非致病性遠親,通常與HIV陽性人群的艾滋病延遲發展有關。

換言之,這種病毒似乎能減緩艾滋病毒的複制,感染該病毒的艾滋病患者的存活時間明顯比未感染患者更長。科學家還發現,GB病毒C似乎可以降低埃博拉病毒感染者的死亡率。

皰疹使老鼠甚至是人類,對某些細菌感染不那麼敏感

同樣地,皰疹病毒會使小鼠不易受到某些細菌感染,包括鼠疫杆菌和常造成食物中毒的李斯特菌。雖然不會通過讓人體感染皰疹病毒、鼠疫杆菌和李斯特菌來複制以上的小鼠實驗。但該研究的作者推測,這些在齧齒動物身上取得的發現可能也適用於人類。

研究人員寫道,盡管終生感染皰疹病毒「通常只會被認為是致病性的」,但數據表明,皰疹病毒實際上提供了一種免疫上的好處,與宿主形成了某種「共生關系」。沒有病毒,人類和其他許多物種可能更容易死於其他疾病。

病毒也是治療某些疾病最有希望的藥物之一。早在20世紀20年代,蘇聯就有過大量的噬菌體療法研究,嘗試使用病毒來進行靶向細菌感染。現在這已經成為一個快速發展的領域,不僅有望解決抗生素耐藥性不斷提高的問題,還可能通過微調療法消滅特定的細菌種類,而不是像抗生素那樣不加選擇地消滅全部的細菌種群。

當抗生素不起作用時,有科學家將病毒看做相當一部分人的救命良藥。以選擇性感染和摧毀癌細胞的一類病毒——溶瘤病毒為例,目前已經有越來越多的癌症治療方案選擇溶瘤病毒作為一種毒性更小且更有效的癌症治療方法。

對於科學家而言,無論是針對有害細菌還是癌細胞,治療性病毒的作用「就像微型制導導彈,能夠進入並炸毀我們不想要的細胞」。因此我們也許可以通過病毒來進行一系列的研究和技術開發,引領我們進入下一個治療學時代。

由於病毒不斷地複制和變異,因此它們也擁有大量的新基因,可以被其他生物吸收。所有能被病毒感染的生物體都有機會吸收病毒基因並加以利用,病毒進入宿主細胞後,會劫持後者的複制工具進行複制。將新的DNA插入基因組是演化的主要模式之一。如果這種情況發生在生殖細胞,也就是卵子和精子中,則病毒基因就可以傳遞給宿主的下一代,並永久結合。

換句話說,病毒的消失將影響地球上所有生命的演化潛力,智人也不例外。

據估計,病毒成分占人類基因組的8%,而哺乳動物基因組中通常散布著大約10萬個源自病毒的殘餘基因。病毒的基因編碼通常表現為無效的DNA片段,但有時會產生出有用的,甚至是必要的新功能。

例如,在2018年,有兩個研究團隊各自獨立取得了一項令人著迷的發現。一種源自病毒的基因編碼了一種蛋白質,而這種蛋白質可以在神經系統的細胞間傳遞信息,在長期記憶的形成中發揮著關鍵作用。

感染古逆轉錄病毒很可能是人類有可能活著出生的原因

最引人注目的例子則與哺乳動物胎盤的演化,以及人類懷孕時基因表達的時間有關。有證據表明,人類之所以能活著出生,是因為我們有一小段遺傳密碼來自於1.3億年前感染人類祖先的古逆轉錄病毒。

2018年,研究人員在發表於《公共科學圖書館·生物學》雜志的論文中寫道:「不難想象,如果不是遠古的逆轉錄病毒大流行一遍遍的折磨了我們演化自樹上的祖先,人類的懷孕過程將會非常不同,甚至可能不存在。」這樣的特征在所有形式的多細胞生命中都存在,病毒很可能還有許多功能尚不為人所知。

科學家才剛剛開始了解病毒在維持生命功能方面的作用,該領域的研究也剛剛起步。只有將目光從病原體上拓展開來,對所有病毒都加深研究。了解越多,我們駕馭某些病毒的可能越高,這樣也能更好地預防可能導致下一次大流行的其他病毒。

更重要的是,研究病毒多樣性將有助於我們對地球、生態系統和人體的運作方式有更深入的了解,為了人類自身的利益,我們需要更多的投入,更進一步了解病毒對地球上的一切意味著什麼。