大家好,我是猫说。今天我们来聊一聊人类本身是一种病毒吗?
在漫长的历史进程中,病毒如影随形,给人类带来了无尽的痛苦与灾难。从古老的神秘疾病到如今的新冠疫情,病毒以其神秘、可怕和极具破坏性的特质,不断挑战着人类的生存。而关于病毒的起源以及它们是否有生命,一直是科学界争论不休的话题。在这个过程中,一个大胆的问题浮现出来:人类是一种病毒吗?
回顾历史,病毒的破坏力令人震惊。大约 5000 年前,一种神秘疾病在中国地区肆虐,房屋中堆满骷髅。公元前 430 年,雅典瘟疫导致 10 万人死亡,数量超过雅典与斯巴达战争的伤亡人数。罗马帝国时期的安东尼瘟疫夺走了 500 万人的生命。几个世纪后,查士丁尼瘟疫传遍已知世界,黑死病更是使 2 亿人丧生,占当时全球人口的 60%。16 世纪,欧洲人将瘟疫带到北美,致使 90% 的土著人口死亡,印加和阿兹特克文明因此崩溃。伦敦大瘟疫导致 10 万人死亡,还促成了伦敦大火。18 世纪末,俄罗斯的一场瘟疫爆发,在莫斯科夺走了 10 万人的生命。19 世纪,流感大流行造成数百万人死亡。纵观历史,天花已导致 5 亿人死亡,西班牙流感则夺走了 1 亿人的生命。20 世纪 50 年代末,中国出现由几种现存禽流感毒株结合而成的新病毒引发的大流行,造成 100 多万人死亡。自 20 世纪 80 年代以来,艾滋病疫情已导致 3500 万人死亡,此后还爆发了猪流感和西非的埃博拉疫情。新冠疫情也已导致 700 万人死亡。
病毒的发现可以追溯到 1879 年。当时,荷兰的烟草作物遭受一种疾病侵袭,植株枯萎,叶子上出现活死相间的马赛克图案。荷兰农民向年轻的农业化学家迈耶求助,迈耶将这种疾病命名为烟草花叶病,并开始寻找病因。他检查了土壤、温度、光照环境和植株本身等各种因素,但在健康和患病的植株之间没有发现差异。迈耶假设可能是一种看不见的感染源所致,并开始在烟草植株上寻找真菌或寄生蠕虫,但一无所获。然后,他从患病植株中提取汁液,并将其注入健康植株,这些植株很快就被感染了。迈耶意识到烟草幼苗中有病原体在繁殖,这是一种能够致病的微生物。
几年后,另一位荷兰科学家贝杰林克想知道,除了蠕虫、真菌或细菌之外,是否还有其他东西能引起疾病,一些更小的东西。他将患病植株粉碎,通过过滤器过滤。得到的是一种清澈的无细胞液体。当贝杰林克将其应用于健康植株时,它们患上了同样的烟草花叶病。1898 年,贝杰林克将他的发现描述为一种传染性的活体液,并传播疾病。他假设这种物质是有生命的,但与他已知的所有生命形式都不同。在 19 世纪末,科学家们毫无疑问地认为所有生物都是由细胞组成的,但他的液体中没有细胞。贝杰林克所确定的这种物质既非常持久又极其细微。他借用古罗马人的术语,将这种神秘的病原体命名为 “病毒”。
20 世纪 20 年代,化学家温德尔・斯坦利掌握了将分子排列成重复结构以形成晶体的技术。他将病毒转化为晶体,选择了烟草花叶病毒进行研究。他从患病的烟草植株中提取汁液,并像贝杰林克 40 年前那样进行过滤。在去除微小杂质后,斯坦利为结晶准备了液体。令他惊讶的是,微观的针状结构和薄膜开始形成,使病毒首次能被肉眼看到。斯坦利发现病毒晶体像矿物质一样坚硬,可以像食盐一样储存数月。当溶解在水中时,这些晶体又恢复了其传染性的活体状态,能够感染它们所接触的一切。
尽管斯坦利的研究具有开创性,但他的研究有一个重大疏忽:烟草花叶病毒并非仅由蛋白质组成。1936 年,英国科学家诺曼・皮里和弗雷德里克・鲍恩发现,该病毒质量的 5% 是一种神秘的放射性分子,后来被确定为核酸。这种现在已知储存遗传信息的物质对于理解病毒至关重要。
为了观察单个病毒,科学家需要新一代使用电子束研究极小物体的显微镜。1939 年,夸斯特・古斯塔夫和赫尔穆特・鲁斯卡将烟草花叶病毒晶体加入蒸馏水滴中,并将其置于新显微镜下。他们能够看到微小的杆状结构,每个约 300 纳米长,这是对如此微小的活体生物前所未有的观察。
到 20 世纪 50 年代,病毒学家已经确定了病毒行为的基本方面,但病毒学的发展并未止步于此。例如,科学对病毒导致疾病的各种方式几乎一无所知。在 20 世纪 50 年代,科学家不知道病毒如何逃避免疫防御或它们与其他生命形式相比的快速进化。他们也不知道一种病毒已经从黑猩猩和其他猿类转移到人类,成为了我们现在所认识的艾滋病病毒,这是历史上最致命的病毒之一。他们无法预测到 2020 年,一种新的病毒 —— 新冠病毒会出现并导致全球大流行,尽管最终它会被克服。当时,病毒的重要性不仅仅在于它们导致疾病,科学家们还尚未理解病毒在地球上所有生命的遗传多样性中起着关键作用。
病毒挑战了对生命的传统理解。生物学家对病毒的真正本质有不同的观点。著名免疫学家、诺贝尔奖获得者彼得・梅达沃爵士曾幽默地将病毒描述为 “包裹在蛋白质里的坏消息”。一般来说,病毒被定义为生活在宿主细胞内的非细胞性病原体,它们是由蛋白质外壳和核酸组成的微小实体。虽然病毒在特征上有所不同,如包膜的形状、表面突起的存在和遗传物质的结构,但它们都有一个基本的重复结构。与细菌或真菌等其他病原体不同,病毒不具备生命的所有特征。它们缺乏新陈代谢,不能自行生长或变化,也不能独立繁殖。相反,它们必须劫持宿主细胞的机制来复制和产生新的病毒。
如果我们认为病毒是有生命的,为什么它们与其他生命形式如此不同?为什么它们必须寄生在健康细胞上,从而扰乱平衡,耗尽宿主生物体,有时甚至杀死它?但如果我们认为病毒是非生命的,为什么它们会繁殖和进化?关于病毒是否有生命这个问题,没有明确而简单的答案。
为了解决病毒起源的问题,科学家们提出了三个主要假说。流浪假说认为,一些内含子可能从基因组中逃逸出来,开始病毒的进化。但这个假说的缺点是不清楚逃逸的内含子是如何获得衣壳的。退化或简化假说认为,所有的病毒曾经都是普通细胞,在进化过程中转向寄生的细胞内生活方式,并失去了除了自身基因组和一个小蛋白质体之外的一切。但这个假说不能充分解释这种强烈的退化。影子假说认为,病毒在所有生命形式最古老的共同祖先 —— 最后的普遍祖先出现之前或同时出现,病毒代表了进化创造生命的一次尝试。这三种假说可能在不同方面都有其合理性。
除了病毒的起源,我们还对一个问题感兴趣:病毒能被认为是有生命的吗?一般来说,生命是什么?关于病毒是否有生命这个问题的难点在于,病毒并非完全没有生命的迹象。它们比由有机物组成的东西,如岩石或晶体,要有生命得多。将所有比病毒小的微生物都归类为无生命,而将比病毒大的归类为有生命,这种划分过于简单化。有机分子虽然是生命的基本组成部分,但它们本身并不构成生命。病毒处于生命和非生命之间的模糊地带,或者可能同时体现了这两种状态。
美国国家航空航天局在寻找地球以外的生命时,制定了一个更清晰的定义。生命是一个自我复制的系统,包含遗传信息并且能够进化。在这种情况下,根据 NASA 的定义,病毒是有生命的。
最近发现的被称为 “米米病毒” 的巨型病毒,具有蛋白质合成所必需的成分,类似于执行各种功能的生物机器人。这些巨型病毒与细菌非常相似,甚至能在它们内部容纳更小的病毒进行复制。米米病毒的发现挑战了经典病毒学家,因为这些病毒违背了关于病毒的传统定义和概念。
那么病毒如何与宿主细胞相互作用呢?这完全取决于宿主。病毒的生命周期可以描述为:病毒进入细胞感染它,然后留在细胞内整合、复制,并可能破坏细胞。例如,疱疹病毒可以在神经元中持续存在多年,而许多植物病毒则永远留在细胞内,不形成外壳,保持不活跃并与植物细胞一起复制。此外,逆转录病毒和一些 DNA 病毒会整合到宿主细胞的 DNA 中,引入新的基因。这种整合有时会产生遗传毒性或诱变效应,可能损害宿主细胞。
但为什么病毒经常杀死和破坏它们的宿主呢?对于病毒来说,过于致命的病毒不应该存活,毕竟它们只是消灭了自己的宿主,为自己烧毁了土壤。当宿主细胞稀缺时,病毒会适应新的宿主类型。
现在,让我们来探讨一个大胆的陈述:人类是一种病毒。叶形海蛞蝓是一种植物和动物杂交的例子,它通过将食用的藻类中负责光合作用的叶绿体整合到其消化道的特殊细胞中来实现光合作用。在其进化过程中,生产蛋白质所需的基因从藻类的 DNA 转移到海蛞蝓的 DNA,这一过程由栖息在海蛞蝓组织和细胞核中的病毒促进。这种现象表明了病毒的攻击,海蛞蝓最终被其自身的逆转录病毒杀死,而这些逆转录病毒在使其能够利用太阳能方面发挥了至关重要的作用。
病毒是出色的进化剂,擅长突变。它们的突变速度比细菌快数千倍,而细菌的突变速度比人类快数千倍。这种快速的突变率在医学中至关重要,因为它导致病毒和细菌产生耐药性。治疗艾滋病和结核病等疾病的挑战源于这种快速突变,这就需要联合用药来对抗迅速进化的病原体。病毒对地球上生命的进化产生了深远的影响,极大地促进了我们今天所看到的生物多样性。对于人类来说,病毒发挥了特别关键的作用。事实上,一种与 HIV 密切相关的病毒在导致人类出现的进化过程中起到了重要作用。
2001 年 2 月,人类基因组的完整测序被公开揭示。我们的基因组相对较小,包含约 20000 个基因。然而,我们的基因组中近 9% 由内源性逆转录病毒组成。这呈现出一个悖论:虽然我们基因组的核心组成部分相对较小,但我们的大部分遗传物质是由古代病毒感染的残余组成。
在人类基因组解码的时候,科学家们还没有完全意识到他们的发现所带来的影响。每一刻,生物体都在与病毒进行无数次的相互作用,包括在进化树的不同分支之间进行复杂的遗传物质交换。病毒能够整合并操纵宿主的基因组,有时会侵入生殖细胞并传递给后代。这种基因整合形式为进化开辟了重要的可能性,因为它允许基因在代际之间以非传统的方式共享,即水平基因转移。
从传统的达尔文主义观点来看,任何病毒对宿主基因组的入侵都可以被解释为该病毒为了生存而进行的自私的基因行为,自然选择很可能会以一种很大程度上个体化的方式对病毒和宿主起作用。然而,在艾滋病的严重流行中,我们可以观察到选择在很大程度上是在共生的层面上起作用。共生导致病毒和宿主之间建立新的伙伴关系,物种的剩余成员再次繁殖,这些与病毒相互作用的剩余成员获得进化优势。
古代的哲学家、日本人和印度教徒认为,世界上的一切都是由四种基本元素组成:土、水、火和空气。火具有破坏性,但也可以用于创造。从进化的角度来看,病毒也具有同样的二元性。人类基因组的 8% 由化石病毒组成。我们在其中看到具有病毒特征的序列,例如在它们编码的蛋白质类型中。然而,与病毒基因组不同,这些序列对身体无害。
大约 1 亿到 1.5 亿年前,一种祖先哺乳动物受到了一种内源性逆转录病毒的攻击。它帮助形成了第一种合成蛋白质,最终使胎盘得以形成。在哺乳动物的各种谱系中,它们继续受到内源性逆转录病毒的感染。在新生命诞生的最亲密时刻,病毒对我们的生存至关重要。这表明我们不能与其他生命甚至病毒孤立存在。
我们与细菌有着非常密切的关系,实际上我们体内的细菌数量是我们自身细胞的 10 倍。噬菌体,实际上是细菌的警察,在调节我们体内细菌的生命方面发挥作用。正是细菌与病毒的合作提供了内部平衡。
当我们深入研究生命时,我们发现了无数的因果关系,这使我们思考所有生命物质的统一本质。从外部看,我们的城市看起来像是地球身体上的肿瘤。人类占领了地球上的每一个角落,甚至开始关注邻近的行星。只有人类有能力如此显著地改变地球的参数。人类正在污染世界海洋,剥夺了自己和其他生命获得清洁安全用水的机会。
全球化的进程是多方面的。我们对地球的每一个角落都感兴趣,资源、利益、食物、有用的应用,人类一下子全都需要。我们学会从周围世界提取化学物质并自己合成它们。由于科学,我们有了一个坐标系,其中包括对我们周围从星系到我们自身身体的一切的详细描述。我们学会相互竞争、销售、改进,并利用减轻战争痛苦和为自己生存的艺术。
18 世纪末,英国医生爱德华・安东尼・詹纳发明了疫苗接种。随着其他发现、工业化和军事医学的新进展,我们在地球上的行进以及人口增长开始稳步加速。我们与疾病的斗争将使人类生活更加坚韧,生命将被宣布为最高价值,其权利将被纳入各国宪法所确立的基本权利和自由清单。我们将开始系统地摧毁一切阻碍我们生存和繁殖的东西,在传播的速度和效率上与我们自己物种的种群竞争。
人类获得了一种新的特征,它将自己置于其他生物和非生物之上,在与它们的关系中成为一种传染性的因素,并获得了病毒领域的特征。任何细胞本身就是一个生态系统。当病毒入侵细胞时,它开始利用细胞,从细胞中抽取所有可能的资源,将生态系统变成生产自身同类的工厂。从外部看,地球惊人地类似于这样一个被病毒感染的细胞。
然而,我们每个人都不应忘记,生命的意义在于抵抗熵增,能够逆流而上,对抗普遍的毁灭。创造的道路对我们每个人都是可行的,这不是盲目增殖和掠夺的道路,而是构建影响、创造新组合、开启新视野的道路,一个可以探索的新视野。
综上所述,虽然人类与病毒在某些方面存在相似之处,但不能简单地将人类定义为一种病毒。人类具有意识、情感和道德观念,这些是病毒所不具备的。然而,病毒在人类的进化过程中发挥了重要作用,我们不能忽视它们与我们的紧密联系。在思考人类与病毒的关系时,我们应该更加深入地理解生命的本质和意义,以及我们在地球上的责任。