《病毒星球》读书笔记

摘要：在《病毒星球》中，齐默以人们最早发现的病毒，即烟草花叶病毒为引子，介绍了引起感冒的鼻病毒、引起流感的流感病毒和引发增生和癌症的HPV。接着，齐默介绍了可用作药物的噬菌体病毒、数量巨大和种类繁多的海洋噬菌体病毒与包含在人类基因中的内源性逆转录病毒。然后，齐默介绍了使人体免疫系统崩溃的HIV、由蚊子作为传播媒介的西尼罗河病毒、可以带来新的瘟疫的埃博拉病毒、SARS病毒、MERS病毒以及被人类战胜的天花病毒。最后，齐默以体型和基因数都远大于一般病毒的巨型病毒以及对生命的定义的探讨作为全书的收尾。

一、有传染性的活液体——烟草花叶病毒

烟草花叶病毒

· 奈卡水晶山洞中的晶体是在2600万年之前火山活动造就奈卡山脉时形成的，萨特尔把从水晶洞里带回的水放在显微镜下，发现每滴水里都足有2亿个病毒。

· 威尔纳从人的痰里分离出了一些DNA片段，并把这些DNA片段同在线数据库里的上百万个现有序列进行比对；此前，科学家认为，健康人的肺里是没有病毒或细菌的，但威尔纳发现，人的肺里平均驻扎了174种之多的病毒，其中只有10%是已发现病毒的近亲，另外90%是陌生的。

· 直到19世纪晚期，“病毒”这个词才比较接近我们现在采用的意思，而这一转变还是因为一次农业的大灾难；荷兰的烟草农场上的作物遭一种疾病洗劫，它们在叶片上留下一片片死去的组织，所有植株的发育全都受到影响。

· 迈耶把摧毁烟草农场的疾病称为烟草花叶病，在研究中他没有发现染病的植株和健康的植株有什么不同，所以他推测，这些植物被一些不可见的病原体感染了。

· 迈耶取了一些染病植株的汁液，放在实验室里培养，结果长出一些细菌菌落，但是当迈耶把用生病组织培养出细菌涂抹到健康植株上时，并没有让健康植株出现相同的症状。

· 拜耶林克认为，在染病植株的研磨液里有比细菌还小的东西，它们能自我复制，能传染疾病；拜耶林克把它们称为“有传染性的活液”，后来又称之为病毒。

· 当时的科学家对病毒到底是什么并无定论：有些人认为病毒仅仅是一些化学物质，而另一些人认为病毒是长在细胞里面的寄生生物，科学家甚至对这些病毒究竟有无生命都未能达成共识。

· 晶体帮助科学家发现了酶的本质是蛋白质，斯坦利好奇病毒是否也是蛋白质；他选择了人们熟悉的烟草花叶病毒，并让病毒结晶；斯坦利把这些病毒晶体储存起来，数月不理，等再取一些溶进水里时，这些晶体仍然能恢复成不可见的病毒，并感染烟草。

· 皮里和鲍登发现，蛋白质占了病毒组成的95%，另外5%是一种神奇的长条状分子，即核酸；后来科学家发现，核酸就是构成基因的物质。

· 人类的细胞把基因的信息存储在双链核酸里，它们的全名叫脱氧核糖核酸，简称DNA；许多病毒的基因也是基于DNA的，但也有很多病毒利用的是单链的核酸，即核糖核酸，简称RNA，比如烟草花叶病毒。

· 病毒和人体细胞里都有核酸和蛋白质，但二者有很多区别：人的细胞内塞满了各种分子，细胞利用这些分子感知环境，吞噬营养物质，生长，并决定自己要一分为二，还是要为了细胞同伴的利益而舍弃生命；病毒通常比细胞要简单得多，大多数病毒只是蛋白外壳包裹着几个基因。

· 尽管病毒的遗传信息量非常小，但它们可以通过劫持其他生命体来自我复制，病毒把自己的基因和蛋白质注入宿主细胞，把它变成帮自己复制的“代工厂”；一粒病毒进入一个细胞，一天之内就有可能产出上千个病毒。

二、老朋友

1.并不普通的感冒——鼻病毒

鼻病毒

· 鼻病毒作为普通感冒和哮喘的罪魁祸首，是人类广泛存在的老朋友；据估计，每个人都会用他生命的整整一年和感冒搏斗。

· 古希腊医生希波克拉底认为，感冒是体液不平衡所致；20世纪的生理学家希尔宣称，感冒是早上去户外散步的时候，身体离开温暖的空气进入冷空气导致的。

· 1914年，德国微生物学家克鲁泽分析了他的助手感冒期间擤出来的鼻涕，把鼻腔分泌物溶解液滴入同事的鼻子；实验表明，感冒是由一些微小的病原体引起的。

· 美国医生杜契斯排除了病原体是细菌的可能性；在病毒混合液里最多的是鼻病毒，鼻病毒的结构非常简单，每个病毒只有10个基因（人类有大概2万个基因）。

· 鼻病毒能让细胞对它们打开一扇“小门”，继而入侵位于鼻腔内部、咽喉内部或肺脏内部的细胞；接下来鼻病毒利用宿主细胞，复制自己的遗传物质和包裹它们的蛋白外壳，这些复制产生的病毒会从宿主细胞内破壁而出。

· 遭到感染的细胞释放一种名为“细胞因子”的信号分子，把附近的免疫细胞都召唤过来，它们让我们的身体产生炎性反应，让嗓子产生一种刺痒的感觉，感染的部位就会分泌大量的黏液；要想从感冒中康复，我们不仅得等免疫系统除掉体内的病毒，还得等免疫系统自己平静下来。

· 直到今天，普通感冒还是“不治之症”；目前最好的办法是用锌，锌可以阻止鼻病毒增殖，如果在感冒出现的一天之内就开始服用锌，患者的病程就能缩短几天。

· 医生有时还会给感冒病人开抗生素，但是抗生素只对细菌感染有用，对病毒丝毫起不了作用；抗生素不仅无法治感冒，抗生素滥用还促使细菌在人体和环境中演化出越来越强的抗药性。

· 鼻病毒的存在形态多种多样，病毒株分为A型、B型和C型；不同地域发现的病毒株的遗传差异并不大，这意味着它们几百年前才出现，然后迅速蔓延到全世界。

· 所有鼻病毒的核心遗传信息都一样，这些核心信息随时间变化并不多，但鼻病毒基因组中有些部分演化得非常快，这些基因序列能帮助病毒躲过我们免疫系统的截杀；即使人体制造出能抵抗一种病毒株的抗体，另一些病毒株也能攻入人体，因为先前生产的抗体并不能和它们表面的蛋白结合，所以无法对它们进行识别和攻击；通常每年人都会被几种不同的人鼻病毒株感染。

· 鼻病毒的多样性让它们特别不容易被制服，哪怕一株鼻病毒只突变出一点抗药性，自然选择也能帮这个新突变发扬光大，很快会出现更强的抗药性。

· 鼻病毒核心基因里，有一段遗传物质折叠成一个四叶苜蓿形环状结构，这个环状结构似乎在让宿主细胞更快地复制鼻病毒基因上，发挥了关键作用；如果科学家能找到办法，破坏苜蓿形结构，或许就能让感冒销声匿迹。

· 鼻病毒本身的影响相对来说比较温和，大多数感冒都会在一个星期内痊愈，甚至鼻病毒检测呈阳性的人中，有40%都不会有任何症状。

· 有证据显示，孩童时期感染一些相对无害的病毒和细菌，得点小病，年长之后因为免疫系统失调引起过敏和克罗恩病的概率反倒会减小；人鼻病毒可以训练我们的免疫系统，这样未来遇到一些小刺激时，免疫系统就不会过度反应，而可以养精蓄锐，去攻击那些真正的敌人。

2.祈求星星的照看——流感病毒

流感病毒：橙色的是病毒的包膜，灰白色表示的是衣壳，里面包着紫色的RNA片段

· 流感的英文名称可以追溯到中世纪，中世纪医生认为，天上的星星会影响病人的身体健康，有时还会引发莫名其妙的高烧，病症在欧洲大陆上迅速蔓延，每几十年就来一轮。

· 流感不断带给全球阶段性的大灾难——1918年一次严重的流感爆发，导致5亿人患病，这是当时1/3的世界人口，其中5000万人丧命；世界卫生组织（WHO）估计，每年流感会影响到全球5%-10%的成人及20%-30%的孩子，每年约有2500万-5000万人被流感夺去性命。

· 流感病毒的遗传信息很简单，只有13个基因；流感病毒随病人的咳嗽、喷嚏和鼻涕飞沫扩散；健康人感染了流感病毒，免疫系统在几天内就会展开反攻，因此流感会引起一系列的症状，包括头疼、发热、乏力，不过这些严重的反应通常会在一个星期内缓解。

· 正常情况下，人体组织最外面一层细胞都行使着天然屏障的作用，帮助我们抵御病原体，病原体会被黏液困住，接着细胞可以用表面的纤毛清除它们，并通知免疫系统有入侵者；然而，一旦流感病毒把保护层破坏，病原体就可以长驱直入，引发危险的肺部感染，甚至危及生命。

· 季节性流感对于那些免疫系统脆弱的人（孩子和老人）是最危险的，但是在1918年的大流感中，免疫系统最稳固的青年却最为脆弱；有人认为某些流感病毒株能刺激免疫系统做出过激反应，这不但不能清除病毒，反而摧毁了宿主；也有人认为1918年的流感病毒同1889年大流感期间的病毒相似，1918年大爆发时，老一代人携带了1889年获得的抗体，这些抗体保护了他们。

· 流感病毒的来源非常确凿，它们源自鸟类，鸟类还携带了更多不会感染人类的流感病毒；鸟被感染的不是呼吸道而是消化道，病毒藏匿在鸟屎里，健康的鸟喝了有病毒的水，就会被传染。

· 病毒从鸟类到人类的过渡并不简单，禽流感病毒在鸟类体内繁衍所需的基因和在人体中的基因不完全相同，比如人比鸟类的体温要低，这意味着病毒内的分子要想有效工作，需要采取不同的结构，因此从鸟类跨越到人类的病毒，往往由于无法进行人际传播而早夭。

· 大多数情况下，禽流感病毒可以适应我们的身体，它们每次复制，新病毒的遗传物质都会出点小错误，这些小错误叫作突变；自然选择了有利于病毒的突变，有些突变能改变锚定在病毒表面的蛋白的形状，让病毒更有效地攀附在人细胞表面，有些突变能帮助它们进行人际传播。

· 在美国，流感集中在冬季爆发；一个假说是，冬天空气干燥，含有病毒的飞沫可以在空气中飘浮数小时之久，增加了它们遇上新宿主的机会；其他时候，空气潮湿，飞沫就容易落到地上。

· 两种不同的病毒在一个细胞里生存和繁殖的时候，会产生基因混合的现象，这也叫基因重配；流感病毒的基因存储在8条DNA片段里，当宿主细胞同时复制来自两种病毒的DNA片段时，这些片段就可能混在一起。这样，产生的新一代病毒就会带上来自两种病毒的遗传物质。

· 科学家通过基因测序，追溯了2009年甲型H1N1流感病毒（猪流感）的源头，确定到4株病毒；最古老的一株从1918年流感大爆发就开始感染猪；第二株在20世纪70年代出现，一株禽流感病毒感染了欧或亚洲的猪；第三株在美国出现，病毒从鸟类转移到猪身上；20世纪90年代，这三株病毒合而为一，三次基因重配的产物又和另一个猪流感病毒发生重配，具备了感染人的能力。

3.长角的兔子——HPV

HPV

· 肖普找到了一只长“角”的兔子，想检验兔子头上的角会不会是由某种病毒导致的肿瘤；肖普把从角中提取的滤过液涂在健康兔子的头上，健康的兔子也长出角来了。

· 劳斯把含有鹿角兔携带的病毒的液体注射到兔子身体内部（而不是涂在表面），引发了可怕的癌症，接受注射的兔子全都死了。

· 人和哺乳动物身上的增生，全都是同一种病毒导致的，它叫作人类乳头瘤病毒（HPV）；豪森猜测，宫颈癌或许和这种病毒有关，并从宫颈的肿瘤组织里发现了乳头瘤病毒的遗传物质，接着在样本里确定了更多乳头瘤病毒株。

· 所有的宫颈癌都始于HPV感染，HPV尤其擅长感染上皮细胞，这种细胞构成了我们人体大部分的皮肤及黏膜；病毒的基因最终会跑到宿主细胞的细胞核里，这里装着细胞的DNA，细胞会把HPV的基因一起读取出来，并生产病毒的蛋白质，这些蛋白质就开始改变细胞了。

· 许多病毒都会在宿主细胞里疯狂复制，它们不顾一切地制造出更多的个体，最终细胞会被撑破，也就死了；HPV的策略完全不同，它们并不急于杀死宿主细胞，而是让宿主细胞自我复制出更多宿主细胞，宿主细胞越多，生产的病毒就越多。

· 正常细胞分裂的过程极其复杂：首先，细胞接受到来自外界和内部的信号，决定开始分裂；然后，它们调动起一群数量庞大的分子，协同工作，重新排布所有的细胞内容物；通过细胞骨架的纤维结构重排，细胞内容物被推到细胞的两端；同时，细胞会复制出一套新的DNA，这一套DNA有多达32亿个字母（碱基），所有这些碱基被组织成46组，也就是46条染色体；细胞必须把这些染色体均等地拉到细胞两端，在细胞即将分裂的地方重新建一堵墙，把细胞一分为二。

· 人体的许多种细胞都是在孩童时期生长得最快，后来逐渐放慢节奏甚至完全停下来，但HPV所感染的上皮细胞并非如此，它们在人的一生中不停生长；随着分裂和上移，这些细胞变得越来越不像自己的前身，它们会合成更多硬度更高的蛋白质，也就是角蛋白

· HPV在靠近体表之前会让细胞更快地分裂，在靠近体表之后则发出指令，让宿主细胞制造更多的新病毒；等宿主细胞到达身体最表面，就会破裂并释放出大量HPV去感染新宿主。

· 在大多数HPV感染的案例中，病毒和宿主之间会维持和平，被感染的细胞快速生长，但因为它们相继死去，并不会给人体带来伤害；病毒把上皮细胞作为工厂，新病毒再通过皮肤接触和性接触，传染给新的宿主；人体的免疫系统把感染细胞不断清除出人体，从而维持微妙的平衡。

· 戈特施林根据这些病毒之间的联系推断，在3亿年前，陆地上最早的卵生脊椎动物（如今哺乳动物、鸟类和两栖类动物的祖先）身上就应该已经携带乳头瘤病毒了。

· 智人大约在20万年前起源于非洲，我们的祖先当时可能携带了几种不同的乳头瘤病毒，这几种病毒如今可以在世界各地找到。

· 一项研究调查了103个体格健康的人，其中71个人检测到了HPV病毒，但病毒对绝大多数携带者并未造成伤害；美国大约有3000万女性携带HPV，而其中每年只有1.3万人发展出宫颈癌。

· 舒利任科推测，当HPV的一部分遗传物质整合到宿主细胞的DNA中之后，HPV就会诱发癌症；被感染的细胞在增殖的同时产生新的突变，它们不会像正常细胞那样自然衰老和死亡，而会永葆青春；它们不太会从组织表面脱落，而是逐渐形成肿瘤，从组织表面隆起，挤压正常的组织。

· 对于大多数癌症，避免患病的最好方式是减少细胞发生危险突变的概率，比如戒烟、避免接触容易致癌的化学物质，以及吃健康食物，但宫颈癌能通过另一种方式避免，即HPV疫苗接种。

三、无处不在

1.敌人的敌人——噬菌体

噬菌体贴在宿主细胞（大肠杆菌）的表面

· 20世纪早期，常规的天花疫苗里都含有一种天花病毒的近亲，即更为温和的牛痘，但是牛痘病毒只能从免疫过的人或者牛体内分离出来；英国医生特沃特想看看能不能通过感染实验室培养皿里的细胞，用更快的方式生产牛痘病毒。

· 实验中，细菌污染了培养皿，细胞全军覆没，但特沃特发现一个亮斑里全是死去的细菌，这表明特沃特可能发现了一种能杀死细菌的病毒，这种想法在当时非常激进。

· 医生德雷勒独立观察到了相同的现象，他发现了类似的小亮斑，其中的痢疾杆菌被病毒杀死，德雷勒将这些病毒称为噬菌体病毒。

· 噬菌体有着小盒子一样的外壳，里面包裹着盘绕在一起的基因组，整个小盒子下面长着几条蜘蛛腿一样的爪；噬菌体会在细菌表面钻个洞，把自己的DNA喷射到细菌的细胞里。

· 溶菌性噬菌体在增殖的过程中就会杀死宿主，而温和性噬菌体感染宿主后，并不会使其爆开并释放新的噬菌体，这些噬菌体的基因组会整合到宿主自己的基因组里；在温和性噬菌体整合到细菌里之后，其他噬菌体就没法再入侵同一个细菌了，细菌就像免疫了一样。

· 在对自己进行人体实验后，德雷勒医生开始用噬菌体疗法为病人治病，欧莱雅公司也开始出售德雷勒医生研制的噬菌体药物。

· 把活病毒当成药物的做法让不少医生精神紧张，而且20世纪30年代发现了抗生素，抗生素不是活的生物，而是真菌或细菌合成的化学物质或蛋白质，因此医生们对抗生素的反应积极得多。

· 噬菌体疗法的拥护者认为，我们根本不必担心病毒用于医疗的安全性；噬菌体实际上广泛存在于最常见的食物中，包括酸奶、酸菜、萨拉米肠里都有，我们的身体里也到处都是噬菌体。

· 噬菌体疗法的另一个顾虑是它们的打击面太窄了，每种噬菌体只会针对一种细菌，但抗生素却能把多种细菌一网打尽；然而现在人们已经能用噬菌体疗法对抗多种细菌感染了，医生只需要把几种噬菌体混合在一起。

· 有人批评说，即使科学家能设计出有效的噬菌体疗法，演化的力量仍然会让它很快失效，噬菌体疗法恰恰可能助长了细菌对噬菌体产生抗性，感染同样可能卷土重来。

· 赞成派反驳说，在噬菌体自我复制的同时，也会不断产生新的突变，其中某些突变就可能帮助噬菌体突破细菌的抗性；在噬菌体同细菌的对战中，科学家也可以从数千种不同噬菌体中挑选对付某一种感染的最好武器，甚至可以主动改造噬菌体的DNA，让它们获得对付细菌的新方法。

· 柯林斯和卢冠达改造出来的新噬菌体对付细菌特别有效，因为它被改造成能直接攻击细菌的生物膜，生物膜是细菌合成的一层富有弹性的保护膜，保护细菌不受噬菌体和抗生素的伤害；他们发现细菌本身就编码了一些酶，能降解生物膜，这些酶原本的使命是在适当的时候把细菌从生物膜的保护中释放出来，去建立新的菌群，他们从这些能降解生物膜的酶中挑出一种，合成了它的编码基因，再把这段基因整合到噬菌体的基因组中。

2.感染的海洋——海洋噬菌体

能够感染海洋中藻类的赫氏圆石藻病毒

· 海洋生物学家西伯思曾发表过一张照片，展示了一颗海洋细菌释放出大量病毒的过程；研究生普罗克特根据她收集的海水样本中病毒的数量估算，每升海水中含有多达1000亿个病毒颗粒。

· 海洋病毒中只有极小部分会感染人类，也有的会感染鱼类和其他海洋动物，但它们最常见的目标是细菌和其他单细胞微生物；就像我们身体内的细菌会被噬菌体攻击一样，海洋中的微生物也会遭受海洋噬菌体的攻击。

· 海洋病毒的存在对整个地球都施加了巨大的影响，海洋中的噬菌体影响着全球的海洋生态系统，它们是所有其他生命仍然在世的母体。

· 海洋病毒的强大在于它们的传染性，在1秒钟之内，它们能对微生物发起10万亿次进攻；它们每天能杀死海洋中15%-40%的细菌，而宿主细菌的死亡意味着更多噬菌体被释放出来。

· 人类受益于海洋病毒，例如，霍乱由一种经水传播的弧菌所致，这种细菌是不少种噬菌体的宿主；当霍乱弧菌爆发并导致霍乱流行时，噬菌体跟着大肆繁殖，直到噬菌体超过了微生物繁殖的速度，细菌阵营就溃败下来，霍乱的流行也因此平息。

· 藻类和光合细菌生产了大约一半的氧气；藻类的代谢还会生成二甲基硫，这种气体释放到空气中，水汽围绕它们凝结，就形成了云，云层把来自外太空的阳光反射回去，使地表冷却；微生物还会吸收和释放出大量二氧化碳，这些二氧化碳通过捕获大气中的热量来调节大气温度。

· 当海洋微生物死去，它们之中蕴藏的碳会沉入海底，这一层层逐渐积累的微生物遗体，在数百万年的时间里让地球温度稳定下降；死去的微生物还会变成岩石。

· 海洋病毒的惊人之处还在于它们的遗传多样性，它们的基因与人的基因之间几乎没有任何相似性；从200升海水中，科学家一般可以找到5000种遗传背景完全不同的病毒。

· 造成如此丰富的多样性的其中一个原因是海洋病毒可以感染的宿主数量庞大，每种病毒都必须演化出新的性状，才能有效穿过宿主的防线。

· 温和噬菌体完美地融合在宿主的DNA中，当宿主繁殖时，在复制自身DNA的同时也会复制病毒的DNA；只要温和噬菌体的DNA在复制过程中能保持完整，它就保留了重获自由的机会，但是经过足够多的世代，温和噬菌体的基因组里总会出现一些突变，让它再也不能逃脱，这时它就成为了宿主基因组永恒的一部分。

· 当宿主细胞制造新病毒时，它有时会意外地加入一些自己的基因，这些新病毒就成了这些基因的载体；当病毒插入新宿主的基因组，旧宿主给它们的这段基因也就插入了新宿主的基因组。

· 有时这些外来基因能使新宿主在生长和繁殖方面更成功，有的病毒却给细菌提供了释放毒素的基因，人感染霍乱之后，正是这些毒素引起了腹泻，它们可能就是新霍乱流行的始作俑者。

· 世界上之所以有这么多氧气，可能和基因通过病毒的传递有关；海洋聚球藻是一种海洋中的细菌，它们包揽了全球约1/4的光合作用；科学家从海洋聚球藻的DNA中发现了捕捉光子的蛋白编码基因，而这种蛋白基因正来自病毒；粗略估算，地球上10%的光合作用都是病毒基因开展的。

· 科学家可以通过比较很久以前从共同祖先分道扬镳的物种的基因组，来确定某个基因的演化历史；所有现存生物的基因组中都有镶嵌的痕迹，正是病毒充当了载体的角色，在基因组中引入成百上千的新基因。

3.人体内的寄生者——内源性逆转录病毒

禽白血病病毒从人类白细胞释放出来

· 病毒学家做出了病毒致癌的重要发现；20世纪60年代，人们最深入研究的致癌病毒之一是禽白血病病毒，这是一种逆转录病毒；逆转录病毒能把遗传物质插入宿主细胞的DNA中，宿主细胞分裂的时候，会同时复制细胞和病毒的DNA，在特定的条件下，细胞会被迫生产出大量新病毒。

· 逆转录病毒带有一些特殊的基因“开关”，这些开关能作用于宿主细胞，让插入位置附近的基因开始合成蛋白质；有时这些开关会打开一些本来应该关闭的宿主基因，这就会导致癌症。

· 韦斯猜测，禽白血病病毒病毒已经成为了鸡DNA中永恒且无害的一部分；他从健康鸡只身上取了细胞，用能引发突变的化学物质和辐照来处理它们，突变的细胞果然释放出禽白血病病毒。

· 科学家逐渐归纳出一个相对合理的假说来解释病毒是怎么整合到鸡的基因组去的；在几千年前，病毒感染了家鸡和红原鸡（和家鸡亲缘关系最近的野生物种）的共同祖先，并引发了肿瘤，但其中至少一只鸡祖先不仅没有得癌症，它的免疫系统反而把病毒制服了；病毒在它体内扩散，最终移动到它的性器官，这只鸡祖先交配之后，受精卵的DNA里就含有病毒的DNA。

· 这种病毒镶嵌在宿主DNA内的病毒被称为内源性逆转录病毒，这类病毒潜伏在几乎所有脊椎动物类群里都有；一些最近发现的内源性逆转录病毒会致癌，但也有很多对宿主完全没有影响。

· 科学家一般认为人类基因组中没有活跃的内源性逆转录病毒。但海德曼却找到了让这些静默的病毒重新活化的方法；海德曼比较了一种内源性逆转录病毒（不死鸟病毒）的相关序列的不同变异类型，来确定最初的DNA序列，再参照算出的序列合成相应的DNA，并插入到培养的人类细胞中；被感染的一部分细胞真的生产出了很多病毒，还能再去感染其他细胞。

· 病毒学家李在人体内发现了一种名为ERV-L的内源性逆转录病毒，同时他们也在许多其他物种中发现了同样的病毒，这其中不乏马和食蚁兽这样和人差别巨大的生物；科学家画出的病毒演化树同它们宿主的演化树完美重合。

· 每个人的基因组中携带了近10万个内源性逆转录病毒的DNA片段，而人类基因组中2万个负责蛋白质编码的基因，也只不过占到1.2%。

· 布隆发现了一种名为HERV-W的人类内源性逆转录病毒，这种逆转录病毒中的一个基因能合成出一种名为合胞素的蛋白质；胎盘外层的细胞产生合胞素，这样细胞就能黏着在一起，从而让分子在细胞之间顺畅地流通，合胞素对胚胎的生存至关重要。

· 海德曼发现了许多种合胞素蛋白，他提出一种假说，一亿年前，哺乳动物的祖先被一种内源性逆转录病毒感染，从而获得了最早的合胞素蛋白，同时产生了最早的胎盘；几百万年来，有胎盘类哺乳动物祖在演化的过程中又被其他内源性逆转录病毒感染，有的新病毒也带有合胞素基因，而且编码的蛋白质性状更佳，因此哺乳动物的不同分支体内的合胞素蛋白得以更新换代。

四、与病毒共赴未来

1.新的灾难——HIV

附着在CD4细胞表面的HIV

· 1980年10月至1981年5月期间，洛杉矶有五名男子因患有罕见的卡氏肺囊虫肺炎而入院治疗；卡氏肺囊虫孢子无处不在，但大多数人的免疫系统都会对这些真菌产生抗体，除非一个人的免疫系统比较弱，卡氏肺囊虫才会失控。

· 五位洛杉矶男性患者确实有细胞层面的免疫功能障碍，始作俑者就是人类免疫缺陷病毒（HIV），即艾滋病毒。

· 人其实并不会很容易感染艾滋病，艾滋病毒只能通过特定种类的体液，比如血液和精液进行传播，主要有血液传播、性传播和母婴传播三种方式。

· 一旦艾滋病毒进入人体，它就会攻击人体免疫系统，它的目标非常专一，是一种名叫CD4的T细胞，这是一种免疫细胞，艾滋病毒能让这些细胞的细胞膜像肥皂泡一样彼此融合在一起。

· 艾滋病毒能将自己的遗传物质插入细胞自身的基因组，病毒的基因和蛋白质马上开始操纵并逐渐接管整个宿主细胞，接着就能利用这些细胞复制出更多的HIV病毒，去感染更多的细胞。

· 一旦免疫系统识别了感染细胞，就会把感染的细胞摧毁，病毒数量随之下降，病人会觉得自己只是得了一场轻微的流感。

· 免疫系统能成功剿灭大多数HIV病毒，但是一小部分病毒会低调地存活下来，在它们藏匿其中的CD4细胞里继续生长、分裂，大多数时间平静如常，偶尔重新唤醒，释放出一波病毒，感染更多细胞；免疫系统忙不迭地把突发的小进攻镇压下去，但多次反复下来最终会筋疲力尽，全面崩溃。

· 美国各个灵长类研究中心的病理学家都注意到，手头许多灵长类动物患上了怪病，症状和人类的艾滋病相似，他们猜测或许猴子也感染了类似HIV的病毒。

· 1985年，新英格兰灵长类动物研究中心的科学家尝试将HIV抗体加入病猴的血清，结果发现一种新病毒，并将其命名为猴免疫缺陷病毒（SIV）；科学家推断，HIV可能就是从其中某一种SIV病毒演化来的。

· 科学家根据艾滋病毒的遗传背景，很巧妙地将之分成两种类型，分别命名为HIV-1和HIV-2；HIV-1在世界各地都很常见，HIV-2只出现在西非的某些地区，而且攻击性比HIV-1要差很多。

· 马克斯的研究表明，艾滋病毒并不是单一起源的，HIV-2是从白顶白眉猴携带的SIV病毒独立演化而来；后来科学家发现了几种SIV病毒株，这些不同的SIV病毒都只和某一支HIV-2更接近，和其他HIV-2的关系都比较远，所以在演化历史中白顶白眉猴所携带的SIV病毒曾多次完成跨物种跳跃，迁移到人类群体，并分别演变成不同的HIV-2病毒株，这个过程多达9次。

· 彼得斯在非洲加蓬的豢养黑猩猩身上发现了一种类似HIV-1（艾滋病主要的罪魁祸首）的病毒，其中喀麦隆南部黑猩猩体内的病毒和HIV-1亲缘关系最近，HIV-1也是多起源的。

· 相关研究人员把世界上所有的HIV-1病毒分成了四组，其中90%的艾滋病都是由M组病毒导致的，其他病毒株分别属于N、O、P组，数量较少；彼得斯发现，一种来源于喀麦隆黑猩猩体内的SIV病毒与M组病毒亲缘关系最近，其他黑猩猩病毒和N组相似；在喀麦隆大猩猩携带的SIV病毒株中，两个病毒株被发现是HIV-1病毒O组和P组的祖先。

· 在艾滋病毒的演化树中，SIV病毒反复向人类跳跃，一共13次，其中9次演化成HIV-2，4次成了HIV-1。

· 病毒复制时，会以相对固定的速度积累突变，通过测量突变堆积的高度，科学家可以估算这些病毒基因一共演化了多长时间；用这个方法，科学家发现HIV-1型M组和O组起源于20世纪初。

· 和HIV-1同源的SIV病毒一直在非洲的黑猩猩群体中不断传播，一次偶然的机会让它们感染了一只大猩猩；喀麦隆的猎人在捕杀黑猩猩和大猩猩的过程中时不时被猿类的SIV病毒感染。

· 人体细胞能制造一种叫作束缚蛋白的蛋白质，它会抓住病毒并把它们固定在原本的细胞表面，而HIV-1病毒的M组和O组各自演化出了不同的绝招，让自身能不受束缚蛋白的约束。

· 为了使艾滋病的流行得到了控制，公共卫生工作者尝试了一系列的公共卫生政策，例如控制针头的使用，发放避孕套等。

· 数百万艾滋病患者在接受鸡尾酒疗法，此项疗法是利用一系列药物来干扰艾滋病毒感染免疫细胞，目的是避免病毒利用免疫细胞进行复制。

· 理论上来说，我们可以让这个艾滋病死亡人数变成零，艾滋病疫苗仍然是实现这一目标的最大希望；最近的研究又让人们重新燃起了希望，有效的疫苗可能指日可待。

2.融入美国——西尼罗河病毒

西尼罗河病毒

· 1999年，美国纽约布朗克斯动物园中的鸟类大量死亡，同时纽约皇后区出现了若干脑炎病例，数量之多令人担忧。

· 病理学家麦克纳马拉将死去鸟类的组织送给美国国家兽医服务实验室，并得到了实验室培养出的病毒，这些病毒叫作西尼罗河病毒（它们在西半球的鸟类身上从来没有出现过），同圣路易斯脑炎病毒有些相似。

· 一个来自CDC的研究小组和由利普金率领的研究小组成功从感染人类的病毒里分离出遗传物质，并确认了病毒种类也是西尼罗河病毒（在南北美洲从来没有人感染过这种病毒）。

· 人类首次发现西尼罗河病毒是在1937年，当时乌干达西尼罗河地区的一名妇女开始离奇发热，医生从她的血液中分离出了一种新病毒，并以发现地区命名；在接下来的几十年里，科学家在地中海东部沿岸、亚洲和澳大利亚的许多病人身上发现了同样的病毒。

· 西尼罗河病毒通过蚊子在人和人，鸟和鸟，以及鸟和人之间传播；蚊子吸血时，也会把自己的唾液注射到创口里，同时就注入了西尼罗河病毒。

· 病毒最先攻击的是鸟的皮肤细胞，包括免疫系统细胞，满载病毒的免疫细胞潜入淋巴结，让更多的免疫细胞遭受感染；这些免疫细胞从淋巴结扩散到血液和脾脏、肾脏等器官。

· 若要从感染的鸟体内出逃，西尼罗河病毒需要依靠蚊子这一媒介；病毒随血液进入蚊子体内，接着侵入蚊子的中肠细胞，再入侵它的唾液腺，随时准备注射到新的鸟体内。

· 虫媒病毒需要有一种特殊的能力来完成它们的生命周期，蚊子和鸟类的亲缘关系很远，体温、免疫系统机制和解剖结构截然不同，西尼罗河病毒需要在两种不同的环境中都能旺盛生长。

· 西尼罗河病毒已经感染了数百万人，其中只有约25%的感染者会出现发热的症状；1999年至2013年，超过78万人感染了西尼罗河病毒，其中16196人发展成脑炎，1549例死亡。

· 2013年12月，一种名为基孔肯雅热病毒的新虫媒病毒在同处于美洲的加勒比海地区出现，这种病毒之前一直只出现在东半球，它会导致痛苦的、类似关节炎的症状。

· 来到美洲之后仅仅一年，基孔肯雅热病毒就感染了100多万人，到2014年底，它已经扩散到加勒比海地区的众多岛屿；从加勒比海沿岸地区到美洲内陆地区的飞机和船只络绎不绝，病毒携带者会不断把病毒带到新的区域，让它们积累到能爆发新流行病只是时间问题。

· 对2001年至2005年发生的1.6万例西尼罗河病毒感染进行回顾后，索伟罗发现，降雨量较大、湿度和温度较高时，疫情更容易爆发；温暖、多雨和闷热的天气让蚊子繁殖得更快，也使其繁殖季节加长，而且这种天气还能加速蚊子体内病毒的生长。

3.预测下一场瘟疫——埃博拉、SARS、MERS

埃博拉病毒

SARS病毒

MERS病毒

· 2013年底，在几内亚发现一种病毒，这种病毒极为致命，70%的感染者最后都会丧生，病毒很快从病毒几内亚传播到了塞拉利昂和利比里亚，这就是埃博拉病毒。

· 人们第一次发现埃博拉病毒是在1976年，在扎伊尔境内一片偏远的地区，人们开始发烧并呕吐，有的病人身上像口鼻等所有开孔都流血不止，甚至双眼也在出血。

· 病毒学家皮奥在患者的血液样本中发现了一大群蛇形的病毒，病毒学家当时只知道另一种蛇形的病毒，那就是危险的马尔堡病毒，但这种病毒不是马尔堡病毒。

· 皮奥发现，这种病毒借助受害者的体液传播，尽管埃博拉病毒极为致命，但它的传播却也比较容易切断；只要追踪病人的行踪，并适当隔离，就能阻止新的感染，但他们还没找到合适的疫苗，也没有研发出相应的抗病毒药物。

· 像麻疹或水痘这样的病毒，一旦发作，就不会从我们的身体中彻底消失，它只是低调地潜藏起来，不温不火地传播；埃博拉病毒不一样，一场瘟疫平息下去，似乎埃博拉病毒就此消失，但几年后又会突然出现，重新发起疯狂的进攻。

· 科学家发现大猩猩和黑猩猩也会感染埃博拉病毒且死亡率很高，他们还在蝙蝠身上发现了埃博拉病毒的抗体，这种抗体似乎能帮助蝙蝠同病毒和平共处。

· 尽管我们对埃博拉病毒完全陌生，但它们是一种古老的病毒，演化生物学家在仓鼠和田鼠的基因组中发现了类似埃博拉病毒的基因；仓鼠和田鼠在1600万年前有共同祖先，这意味着埃博拉病毒至少在这么久之前就同马尔堡病毒分道扬镳了。

· 在几内亚、利比里亚和塞拉利昂等国，公共卫生事业的发展远远没有跟上快速的城镇化，这使得埃博拉病毒得到了更好的传播条件。

· 尽管民众如此恐慌，埃博拉病毒并没有在美国大规模爆发，其他地方也没有；有些国家在同埃博拉的对抗中占据上风，是因为他们得到了预警。

· 牛津大学的生态学家和流行病学家预测，总共有2200万人生活在埃博拉风险地带，尽管这2200万人中实际有人被动物传染埃博拉病毒的几率很低，但一旦发生传染，危险将是巨大的。

· 2002年，在中国发现一种病毒，这种病毒夺人性命通常只需要几天，医生称它为严重急性呼吸系统综合征（SARS）；SARS病毒属于冠状病毒类群，此类群包括导致感冒和病毒性胃炎的病毒。

· 这种病毒可能起源于中国的蝙蝠，其中的一株扩散到一种哺乳动物果子狸；与埃博拉病毒不同，SARS病毒能附着在细小的气溶胶颗粒上在空气中传播。

· 阻止埃博拉早期流行的公共卫生措施，也成功制服了SARS，在这场瘟疫中，8000人被传染，900人死亡；与之相比，流感每年大概会导致25万人死亡。

· 2012年，沙特阿拉伯出现了另一种冠状病毒，其中一些病人患上了病因不明的呼吸系统疾病，其中近1/3因病去世，这种疾病被称为中东呼吸综合征（MERS）。

· 对MERS起源的一个较为合理的解释是，蝙蝠可能将病毒传染给北非的骆驼；北非到中东的骆驼贸易频繁开展，一只生病的骆驼可能把病毒带到了它的新家。

· 一旦MERS爆发，疫情可能比SARS还要可怕；每年超过200万穆斯林前往沙特阿拉伯进行一年一度的麦加朝觐活动，MERS病毒能在密集的人群中迅速传播，然后和朝圣者一起前往世界各地。

· 截至2015年2月，几乎所有病例都发生在沙特阿拉伯，尤其集中在医院，可能MERS最擅长的还是攻击免疫系统因病削弱的人。

4.漫长的告别——天花病毒

天花病毒

· 人类不擅长清除病毒，尽管有疫苗、抗病毒药物和公共卫生策略的联合夹击，病毒仍然能狡猾逃脱；对于人类来说，比较可控的是减少病毒造成的危害。

· 现代医学还真的曾经从自然界中完全消灭了一种人类病毒，它就是天花病毒；在过去的3000年里，天花可能比地球上任何其他疾病杀死的人都多。

· 天花症状清晰，与众不同；天花病毒通过进攻呼吸道感染受害者，大约一周后，感染引起寒颤、发烧和难忍的疼痛；发烧几天后就消退，然后病人先是口腔中出现红斑，逐渐蔓延到全身，斑点里充满了脓液，给人带来难以忍受的刺痛；大约1/3的天花患者会丧命，哪怕幸存下来，脓疱也会覆上厚痂，在病人身上留下永不消褪的深疤。

· 人们第一次发现天花是在3500年前的古埃及；公元前430年，一场天花疫情席卷雅典，杀死了1/4的雅典军人和城市中大量普通人；中世纪，十字军从中东归来，也把天花带回了欧洲。

· 城市化的进程给病毒传播提供了捷径，天花在亚欧非大陆如鱼得水；1400—1800年，仅在欧洲，每百年就有大约5亿人死于天花；15世纪初西班牙征服者抵达中美洲后的几十年里，超过90%的土著死于天花。

· 世界上第一种有效预防天花传播的方法可能出现在公元900年的中国，医生会从天花患者的伤疤上蹭一下，然后摩擦到健康人皮肤上的切口里（有时他们也把伤疤做成可以吸入的粉末）；这种过程称为“人痘”接种，通常会在接种者的手臂上形成一个小脓疱，脓疱脱落后，接种者就对天花免疫了；接种有2%的死亡率。但2%的风险也比感染天花之后30%的死亡率强多了。

· 18世纪末，英国医生詹纳发明了一种更安全的天花疫苗，他听说农场的挤牛奶女工从来不会得天花，牛会感染牛痘，而牛痘的表现和天花很像；他从一个叫挤牛奶女工手上取出脓液，接种到一个男孩的胳膊里，这个男孩长出了几个小脓疱；6个星期后，他让男孩暴露在真正的人类天花面前，结果完全没有新的脓疱长出来。

· 詹纳把他发明的方法称为“种痘”，此后3内，英国有逾10万人进行了牛痘接种，种牛痘的技术进而又在世界各地传播开来；其他科学家让詹纳的技术继续发扬光大，他们用同样的方法又发明出了对抗其他病毒的疫苗。

· 随着疫苗的发展和普及，天花不断丢失它们的城池，20世纪初，一个又一个国家报告了他们最后一例天花；公共卫生领域的科学家开始谋划一个大胆的目标：从地球上彻底消灭天花。

· 天花只感染人类而不感染其他动物，只要能系统地除掉所有人类身上的天花病毒就可以了；天花是一种症状很明显的疾病，所以公共卫生工作者能很准确地识别疫情并跟踪疫情的发展。

· WHO于1965年启动了加强根除天花规划，这次工作人员使用了一种新型的分叉针注射器，它能更高效地把天花疫苗注射到人体内，因此有限的疫苗就能持续供应更长的时间。

· 为整个国家所有人接种疫苗还是超出了根除天花规划的能力范畴，因此公共卫生工作者采取的办法是及时发现疫情并迅速剿灭，即第一时间隔离受害，再给周围村庄和城镇的人接种疫苗。

· 1977年，埃塞俄比亚记录了世界上最后一例天花，整个世界彻底告别了天花；对抗天花的战役胜利了，这证明了至少某些病原体可以被彻底消灭；人们相继开展了其他几项消灭流行病的运动，但迄今为止也只有另一种病毒被成功根除，那就是牛瘟病毒。

· 有些消灭其他流行病的运动也接近胜利，比如，2014年，只有3个国家还能找到骨髓灰质炎的踪影，它们是阿富汗、尼日利亚和巴基斯坦。

· WHO决定，所有实验室库存的天花病毒最终必须销毁，在完全销毁之前，科学家仍然能对病毒进行研究，但必须严格遵循WHO的规定；研究天花的科学家要么毁掉全部病毒，要么把它们送到世卫组织批准的实验室，这样的实验室全世界只有两个，其中一个位于苏联西伯利亚地区的诺沃西比尔斯克（如今俄罗斯的新西伯利亚），另一个是位于美国佐治亚州亚特兰大的CDC。

· 20世纪70年代，科学家首次发明了对生物体中的遗传物质进行测序的方法，DNA是一种双链结构，每一条链都是由一系列的碱基排列而成，而RNA则是一条单链；基因中有4种不同的碱基，人类细胞中的所有DNA（人类基因组）加起来一共是32亿个碱基对。

· 科学家陆续发表了其他病毒的基因组数据，包括在1993年发表的天花病毒基因组数据；通过和其他病毒基因组的对比，科学家获得了天花病毒蛋白质运作机制的线索，这非常重要，为未来迎战新的天花爆发提供了非常重要的线索。

· 基因测序技术又启发了另一项意义重大的研究领域，科学家从零开始利用碱基合成基因；病毒学家维默尔意识到，病毒的基因组就恰好是一段足够小的DNA，完全可以人为合成。

五、冷却塔中的外来客——巨型病毒

拟菌病毒

妈妈病毒

· 微生物学家罗博特姆为了寻找英国布拉德福德市爆发肺炎的原因，从市里的一座医院冷却塔中取了一些水，在水中等微生物中，最大的疑凶是一种存在于变形虫内部、细菌大小的球形生物，它被命名为布拉德福德球菌。

· 罗博特姆用其他细菌物种的已知DNA片段在布拉德福德球菌基因组中寻找相匹配的片段，结果什么发现都没得到。

· 法国科学家拉斯科拉发现，布拉德福德球菌没有细菌那种常见的光滑表面，它由许多小平面镶嵌在一起，在这个外壳表面，还能看到一些细长的蛋白质像细毛一样伸展出来；自然界中唯一已知有这种外壳和表面细毛结构的就是病毒，但布拉德福德球菌的大小看上去比病毒大100倍。

· 布拉德福德球菌确实是病毒，这种新病毒会入侵变形虫，迫使变形虫帮它们复制出无数新个体，只有病毒才用这种方式繁殖；拉斯科拉将其命名为拟菌病毒（米米病毒）。

· 法国科学家在拟菌病毒中发现了很多的病毒基因，病毒中一般只有几个基因，但拟菌病毒足有1018个病毒基因，拟菌病毒的基因甚至比某些细菌的基因还多；在体型和基因数量上，拟菌病毒都打破了病毒的基本规则。

· 拉斯科拉在法国本地的冷却塔里发现了另一种巨大的病毒，它们并不是拟菌病毒，而是一种拥有1059个基因的新种，创造了病毒基因组数量的新纪录，它们被称为妈妈病毒。

· 2014年，法国研究人员解冻了冻结三万年之久的西伯利亚冻土，在其中也发现了巨型病毒，这些病毒足有1.5微米长，是目前发现的最大的巨型病毒。

· 科学家在猴子和牛身上发现了巨型病毒抗体，甚至还从人体内分离出巨型病毒，然而目前科学家还不清楚巨型病毒对我们的健康有什么影响。

· 在发现病毒之前，科学家对生命其实有一个基本统一的定义：生命体能通过自身的新陈代谢来生存、生长和繁殖。

· 1935年，斯坦利首次得到了烟草花叶病毒的结晶，完美打破了生命和非生命的界限；这些病毒凝结成晶体之后，从各方面看都像一块冰或者钻石，但当你把这些病毒放在烟草上，它们立马像其他生命体一样开始增殖。

· 许多科学家倾向认为病毒只是类似生物的一种存在形式，而并不是一种真正的生命体；病毒缺失了作为一个完整生命所需要的一些重要基因，比如，它们没有制造核糖体（依据RNA合成蛋白质的分子工厂）的指令，也没有分解食物的酶的编码基因。

· 一般的病毒只携带很少的几个基因，因此病毒和细菌之间还存在巨大的遗传鸿沟；然而，这么少的基因已经可以让病毒具有最基本的增殖能力，包括入侵细胞，把自己的基因插入细胞原本的“生化工厂”等等。

· 理论上来说病毒完全可能获得这些遗传信息，成为真正的生命体，；随时随地发生的突变很可能意外复制已有基因，并在此基础上造出新的功能，有很多方式能让病毒的基因组丰富起来，直到能自主进食、生长，最后借助自己的力量分裂增殖。

· 拥有庞大基因组的生物都需要一些机制来保证复制是精确控制的，随着基因组增大，积累危险突变的几率也随之增加。人类和其他生物的细胞中有一类酶，专门对复制中的DNA进行纠错，这种纠错机制可以保护巨大的基因组能比较稳定地复制，而病毒则没有专门修复DNA错误的酶。

· 假如基因组变大了，病毒就比人更可能产生致命突变，所以是自然选择成就了病毒的微型基因组；在病毒有限的基因容量里，已经装不下那些负责从原材料合成新基因和蛋白质的基因了，因此病毒不能生长，不能主动排出废物，不能抵御炎热和寒冷，也不能通过分裂而增殖。

· 微生物学家利沃夫曾宣称，生物是由细胞构成的；病毒显然不是细胞，只是能在细胞内自我复制；国际病毒分类委员会也曾表态支持这个说法，并宣称，病毒不是活的生物。

· 巨型病毒的发现使人们开始质疑这种观点，有人猜测巨型病毒的巨大基因组能行使不少生物的功能，例如巨型病毒的基因编码了一些酶，能起到修复DNA的功能。

· 巨型病毒入侵变形虫时，并不会融入宿主的无数分子团中，它们会组织形成大量叫作“病毒工厂”的复杂结构；病毒工厂通过一个入口吸收原料，然后通过另外两个出口输出新的DNA和蛋白质大分子，巨型病毒起码能用自己的病毒基因开展此过程中部分的生物化学工作。

· 拉斯科拉发现，巨型病毒甚至可能被同类的其他病毒感染，这种入侵的新病毒被命名为噬病毒体，它们潜入病毒工厂，欺骗本应复制巨型病毒的工厂制造出更多噬病毒体。

· 有的科学家认为，巨型病毒最初可能也是普通的病毒，后来从宿主细胞里窃取了一些额外基因，才成了今天的样子；也有科学家认为，巨型病毒在演化的早期是以活细胞的形式存在的，并不依附于其他生物而生存，在其后数十亿年间逐渐蜕变，成为了今天这种更像病毒的样子。

· 严格区分生命和非生命的做法不仅让病毒变得更难理解，也让生命的起源更匪夷所思；生命随着糖类和磷酸盐等原料在早期地球上聚合并发生越来越复杂的反应，慢慢演变出来，想在生命的演化之路上找到一个具体的生命无中生有的时刻，无疑会让我们忽视生命逐渐过渡的事实。

· 法国病毒学家福泰尔提出假说：双链DNA分子有可能就是RNA病毒发明出来的，双链有不同的结构，能保护基因免受攻击；这些病毒的宿主最终接管了DNA分子，接着接管了整个世界，现在所知的生命可能全起源于病毒。

参考文献

齐默，《病毒星球》