物種進化，病毒一路相伴

在西班牙內華達山脈，一隻國際研究團隊在高山上放置了 4 只水桶。不過，他們的目標不是統計每天的降水量，也不是看有多少灰塵降落，而是收集從天而降的病毒雨。

科學家推測，在對流層和飛機飛行的高度之間，有大量病毒環繞著地球旅行。此前人們對這個問題知之甚少，這就是為什麼沉降在桶中的病毒數量令不列顛哥倫比亞大學的海洋病毒學家柯蒂斯·薩特爾帶領的研究團隊震驚不已。據計算，每平方米土地平均每一天都有 8 億隻病毒如瀑布般傾瀉而下。也就是說，每天降落在地表的病毒數量高達 1018 只。

這些全球傳播的病毒大多數是隨著浪花散播到大氣中的，還有一部分通過沙塵暴進入大氣。

「因為不受地球表面的摩擦阻礙，可以長途跋涉，所以洲際旅行對於病毒來說相當容易」，薩特爾舉例說，「我們不時會看到，從非洲捲入大氣的病毒最終沉降在北美。」

這項由薩特爾博士主導的研究於不久前發表在《國際微生物生態學協會期刊》（International Society of Microbial Ecology Journal）上，這也是第一項計算落在地球上的病毒數量的研究。不過，這項研究不是為了研究流感或其他疾病，而是為了更好地了解我們頭頂上方豐富多彩的「病毒圈」。

通常人們認為，這些病毒起源於地球表面並被海浪或沙塵卷向空中，但也有一些研究者認為病毒實際上可能起源於大氣層。（有一小部分研究者認為病毒甚至可能來自外太空，這種觀點被稱為「泛種論」。）

無論如何，病毒有著迄今為止地球上數量最多的個體。在一平方米的範圍內，除了數億個病毒，薩特爾團隊還發現了數千萬的細菌。

附著在細菌細胞壁殘片上的病毒（來源：Biophoto Associates）

改變生物演化軌跡

我們印象中的病毒往往是傳染性病原體，但它們的真實作用遠遠不僅於此。病毒在世界上扮演的中心角色怎麼誇大都不過分：它們對我們的免疫系統和腸道微生物群、陸地和海洋生態系統、氣候調節和所有物種的演化都至關重要。病毒包含非常多樣化的未知基因，並將它們傳播給其他物種。

去年，三位專家呼籲一項新舉措以更好地了解病毒生態學，尤其是隨著地球的變化。「病毒調節著所有生物的功能和演化，」俄亥俄州立大學的馬修·沙利文、喬治亞州理工學院的約書亞·韋茨和田納西大學的史蒂芬·威廉共同寫道，「但至於到什麼程度仍然是個謎。」

病毒是否符合生物的定義？這一問題始終存在爭議。雖然它們是微生物世界的頂級捕食者，但它們缺乏繁殖能力，所以必須佔領宿主細胞（即感染）並利用其細胞器進行複製。病毒將自己的 DNA 注入宿主，有時合成的新基因對宿主有益並成為其基因組的一部分。

研究人員最近發現，一種古老的病毒曾將其 DNA 插入到一類四肢動物的基因組中，這類動物曾是我們的祖先。該段名為 ARC 的遺傳密碼是現代人類神經系統的一部分，在人類意識中發揮重要作用——包括神經傳遞、記憶形成和高階思維。據估計，40%~80% 的人類基因組可能與古老病毒的侵襲有關。

病毒及其獵物也是全球生態系統的重要參與者。現在有許多研究旨在通過解讀病毒的這些行為過程，進一步理解地球生命的運轉方式。

「如果你能給海洋里的所有生命物質稱重，其中 95% 是你看不到的，它們負責供應地球上一半的氧氣。」薩特爾博士說。

在實驗室中，薩特爾博士過濾掉海水中的病毒、留下他們的獵物——細菌。在這種情況下，海水中的浮游生物會停止生長。因為病毒是非常特殊的捕食者，當正在捕食的病毒感染並消滅一種微生物時，它們會釋放體內的營養物質，比如氮，從而為其他細菌提供食物。這就和被狼殺死的麋鹿成為渡鴉、郊狼等動物的食物一樣。浮游生物生長的同時，會吸收二氧化碳併產生氧氣。

一項研究估計，海洋里的病毒每秒會造成 1024 次感染，每天破壞海洋中大約 20% 的細菌細胞。

重塑地球生態系統

病毒通過改變微生物群落的組成來維持生態系統的平衡。例如，當有毒的水藻爆發形成水華時，病毒可以攻擊水藻、致其分解並死亡，從而在一天之內結束水華。

雖然有些病毒和其他生命體已經共同演化並取得了一種平衡，但是一些病毒的入侵也可以造成迅速、廣泛的破壞甚至導致物種滅絕。

一些研究人員說，西尼羅病毒已經改變了美國大量地區鳥類群落的組成：它們在殺死烏鴉的同時助長渡鴉的繁殖。而在夏威夷的山區森林，這裡曾經因為氣溫太低而沒有蚊子生存，但隨著氣候變暖，蚊媒的禽痘病毒開始在這裡傳播，多種鳥類滅絕預計將會滅絕。

當物種消失時，這些變化可能波及整個生態系統。一種名為牛瘟的病毒性疾病就是教科書般的案例。

19 世紀，義大利軍隊將幾頭牛帶入北非。1887 年，牛瘟在非洲大陸蔓延，殺死了從厄利垂亞到南非大片區域的偶蹄類動物；在某些地區，甚至消滅了 95% 的獸群。

19 世紀的英國倫敦，出現牛瘟疫情時，檢查公牛健康的場景。（Universal History Archive）

「病毒感染了羚羊、角馬和整個生態系統中的其他大型食草動物。」國際非盈利機構生態健康聯盟的主席彼得·達斯扎克說。該聯盟正在開展一項全球項目，將可能由動物傳染給人類的病毒進行編目。

「病毒不僅僅只對動物有影響。因為它們是食草動物，大量死亡後植被會受到影響，樹木得以在原先放牧的地方生長，」達斯扎克說，「這些生態變化可以持續幾個世紀甚至數千年。」

隨著牛瘟的傳播，再加上乾旱，大量的人死於飢餓。在 1891 年，一位探險家估計有三分之二依靠牛生存的馬賽族人死去。「牛瘟幾乎瞬間將熱帶非洲的財富一掃而空。」約翰·里德在他的書《非洲：一個大陸的傳記》中寫道。

通過接種疫苗，在 2011 年不僅是非洲，全球的牛瘟都被徹底消滅。

病毒的有益作用鮮為人知，尤其是在植物中。例如，在黃石地熱區的高溫土壤中，科學家發現了一種依靠真菌在極端環境中生長的草，而這種真菌又是依靠病毒存活的。

藜麥植株上的微小病毒斑點對其生存也很重要。「這些斑點賦予植物耐旱性，但不會導致疾病，」賓夕法尼亞州立大學研究植物病毒生態學的瑪麗蓮·魯西克說，「它改變了整個植物的生理機能。」

「病毒不是我們的敵人，」薩特爾博士說，「某些討厭的病毒會讓你生病，但重要的是要認識到，病毒和其他微生物對生態系統是絕對不可或缺的。」

翻譯：楊雨 審校：吳非