科學松鼠會 ? 病毒的另一面

06-24

說到病毒，人們首先想到的是它們所帶來的致命疾病。的確，歷史上病毒曾多次給人類帶來沉重的打擊。1918年的大流感橫掃全球，死亡人數高達上千萬；2003年爆發的非典型肺炎（SARS）至今讓人心有餘悸；2013年在中國爆發的禽流感和2014年在西非爆發的埃博拉則進一步加劇了人們對於病毒的恐懼。

除了急性致死性疾病，病毒感染導致的慢性疾病也給人類帶來了巨大的傷害。目前，全球有超過5億人感染乙型或丙型肝炎病毒，感染艾滋病（人類免疫缺陷病毒）的人數超過3000萬。

在地球上，病毒的數量龐大得驚人，把一個普通玻璃杯中裝滿海水，你大約就握著上百億個病毒，而整個大海裡面病毒的數量更是多達10³⁰。如果把地球上所有的病毒首尾相接連成一條長鏈，那麼每秒能跑30萬公里的光也需要花費2億年才能從長鏈的一端跑到另一端。不過我們並不用擔心，在這個病毒的「海洋」里，能對人類造成危害的僅占極小一部分。

病毒在特定條件下具有一定的生命特徵，但自己卻無法完成任何生命過程，它們不能代謝養料，不能產生能量，也不能作為其他生物的食物。對於病毒本身來說，它們存在的唯一目的就是感染宿主，然後利用宿主細胞的資源不斷地擴增自己的數量，徹頭徹尾就是一群「懶惰」的寄生物。不過，我們卻絕對不能忽視它們的存在。

在病毒的「海洋」中，人類能夠保持健康要歸功於我們擁有一個完善的防衛系統，它不斷地監視和清除來襲的病毒等病原體，如果這個系統出現問題，人體就會變得弱不禁風，這個防衛系統就是免疫系統。在生命起源的初期，免疫系統還沒有完善地建立起來，免疫系統的進化是整個生命系統進化的重要基礎，而免疫系統的進化則是在病毒等各種病原體的刺激下完成的。

生命在進化過程中要經歷自然選擇，也就是達爾文提出的「適者生存」。病毒感染對於生命來說就是一種選擇壓力，在病毒面前弱不禁風的個體會被淘汰掉，病毒因而成了生物進化的強大驅動力，它們篩選和保留下免疫力強大的個體，由此推動生命的演化。

除了免疫系統和生存壓力，病毒還在不同物種之間擔任起了基因傳遞員的角色。據科學家估計，僅在海洋中，病毒每年就能在不同物種之間傳遞一萬萬億個基因，這些基因的傳遞也是生物系統進化的重要方式。有一些基因進入新宿主體內後，能夠給新宿主帶來有利的生物學功能，這樣的基因在進化過程中就有可能在新宿主的基因組內保存下來，並不斷地傳遞下去。病毒促進了不同物種之間的基因交流，而這正是生物進化的重要途徑之一。另外，病毒世界的基因多樣性遠遠大於所有其他生物的基因多樣性之和，病毒也因此成為地球上基因庫重要的保存者。在現代測序技術的發展下，人類基因組已經得到破譯，科學家驚奇地發現，在人類的基因組中竟然有高達10萬條片段來自病毒，這些病毒基因片段佔據了人類基因組的8%。

病毒在生態系統的平衡中也起著舉足輕重的作用。在海洋里，每秒鐘大約會發生10²³次病毒感染，這些感染是導致海洋生物死亡的主要原因之一。除了動物，細菌也是病毒感染的重要目標。據估計，病毒每天會殺死海洋中幾乎半數的細菌，釋放出數10億噸碳供其他生命體使用，這個過程也是大自然碳循環重要的組成部分。

另外，海洋中還生活著大量的聚球藻，它們承擔了地球上約1/4的光合作用，為地球製造大量的氧氣。科學家發現在這種藻類里，編碼進行光合作用蛋白質的基因中有一些來自於病毒。而據科學家估計，地球上10%的光合作用都有病毒基因編碼的蛋白參與。除此之外，地球上的藻類和細菌在維持地球大氣中氧氣和二氧化碳等氣體的平衡上起到重要的作用，通過控制它們的數量，病毒也在間接地影響著氣候。

對於我們自身來說，病毒所發揮的作用同樣不可小覷。在我們的腸道里大約棲居著超過10萬億個細菌，它們構成了人們常說的腸道菌群。這些細菌對人體的健康非常重要，它們不但幫助人體消化食物，參與能量代謝，還影響著人體免疫系統的功能。有研究表明，人類腸道里病毒的數量比細菌還要多，它們除了幫助人類控制腸道菌群的平衡，可能也具有直接的益生作用。

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本文首發於《時事報告》2015年01期

題圖出處：worxenvironmentalnews.com

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