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想象在太空中漂浮着一种外星生物,它没有自己的家,也不能依靠自己移动和生长,但它只要进入一个适合它的星球,就会迅速繁殖起来,过不了多久就占领了整个星球。

这听起来像科幻,但你只要把“星球”改换成“宿主”,这个描述基本上适用于我们身边的一种微生物——病*。

病*由两部分组成,外面是一层蛋白质外壳,里面是遗传物质DNA或RNA。严格说来,病*不算生命,因为它没有独立生存的能力,离开了宿主,什么都不是。但它是地球上最丰富的有机体。从海洋、森林到你身边的牲畜、人群,再到你自己的体表、体内,它无处不在。这个由病*组成的世界被称为“病*圈”。鉴于我们对病*的了解比任何其他生命形式都少,病*圈对于我们长期以来是一个神秘的世界。

但这种情况现在正在改变。我们检测病*的能力正指数级提高,在过去五年中,我们鉴定出的病*种类数量已经翻了20倍。更重要的是,我们对病*的看法也在改变:这些奇特多样的微生物不完全是杀人机器,它们在地球生命的进化过程中也扮演了重要角色。

病*星球

就数量而言,没有哪种生物能与病*相提并论。我们的星球名副其实是一个“病*星球”。一项研究估计,地球上的病*总数达到10^31个。病*的尺寸一般在纳米的量级。如果把所有这些病*首尾相连,长度差不多是1亿光年,远远超出了银河系的范围。在地球表面每平方米的面积上,每天都有大约8亿个病*附着在尘埃上降落,而我们对它们中的大多数几乎一无所知。

病*离开宿主,是完全惰性的。不过,病*在宿主以外存活的时间有长有短。短的只有几秒钟,长的则能活几十年。影响其存活时间的一个重要因素是温度,此外还有阳光、酸碱度等。在非常热的环境中,病*往往死得很快,这就是为什么加热能杀死病*的原因。这甚至可以解释我们的身体为什么会进化出发烧,作为对病*感染的一种反应。在较冷的温度下,离开宿主,病*可以存活数月甚至数年。天花病*可在4℃~5℃的温度下生存数十年。

一旦进入宿主体内,病*就开始行动。它劫持宿主的细胞,复制它自己的遗传物质。病*的宿主可以是任何一种生物,动物、植物、细菌,甚至是另一种病*。譬如,一种称为“斯普特尼克病*”的小病*就寄居在一种名为“妈妈病*”的巨型病*身上。病*复制非常迅速,在感染后几个小时内就开始;几天之内,它们的踪迹已遍布宿主的所有细胞。

尽管病*在宿主体外是不活跃的,但一旦进入宿主体内,它们的行为就变得异常复杂。有些病*(包括那些引起流感、麻疹和脊髓灰质炎的病*)进入宿主体内后会发出信号,以协调同伙的行动。譬如说,决定是攻击还是暂时蛰伏。不同种类的病*都有自己的秘密信号。此外,它们还能够感知宿主细胞或其他病*之间的交流信号。

我们可以利用这个发现来对抗疾病。事实上,研究人员已经设计出病*“奸细”,来感知其他微生物(包括大肠杆菌和沙门氏菌)特有的信号,然后将这些微生物锁定并摧毁。有朝一日,我们可以利用类似办法操纵噬菌体(一类专门感染细菌的病*),来杀死极难对付的耐药性细菌。

描绘病*圈

尽管我们有先入为主的观念,以为病*只会给宿主带来害处,但事实上,病*对某些宿主也会带来好处。以一种叫“破坏性假裸囊菌”的真菌为例。当这种真菌被病*感染后,会产生更多的孢子,所以病*反而帮助了它的传播。

病*与宿主之间的相互作用,是病*生态学的研究领域。鉴于它们的关系错综复杂,这是一项艰巨的工作,但是我们已经取得一些进展。年,病*生态学家绘制出第一张病*-宿主的相互作用图,涵盖了当时已知的所有病*种类。研究显示,大多数病*“择居”的对象相当专一,它们往往只感染一两种宿主。譬如,一种病*能感染狗,但对猫可能就无可奈何,除非发生变异。近年来,病*生态学的另一个进展是,将对病*圈的研究扩大到了一个更加神秘的领域——一个由专门感染古细菌的病*组成的世界。

不过,这只是冰山的一角。我们长期以来一直怀疑病*是地球上种类最多的微生物,但具体有多少种,我们只有模糊的概念。在过去20年中,被确认的病*种类超过了以往任何时候。譬如,我们知道了巨病*的存在。这种病*有0多个基因,相较而言,最小的病*只有10个基因。截至年4月,研究人员已鉴定出19.5万种病*。

但依然有大量的病*在我们的掌握之外。随着分析技术的提高,研究人员现在可以不必找出整个病*,就能够识别出病*的基因。用这种方法的时候,他们经常发现大量未知病*的基因片段。

当病*的宿主是人类自身时,研究病*生态学可以帮助我们及时发现潜在的威胁,预测哪些病*可能跳转宿主,来感染我们(见拓展阅读:下次疫情可能来自哪些病*?)。

病*也曾居功至伟

我们关于病*的印象,几乎都是负面的,但事实上,在地球生命的进化史上,病*居功至伟。

病*的进化速度比任何其他生物体都要快得多,比我们至少要快上百万倍。进化生物学家开始意识到,正是病*源源不断地提供的新的遗传物质,帮助了动物、植物和细菌等其他生物的进化。

病*是通过一个叫“水平基因转移”的过程,与宿主共享它们的基因的。你可以把水平基因转移想象成打牌中的换牌,玩家可以通过交换手上的牌来优化自己的牌组。如果两位联手的玩家中恰巧有一位的牌可以不断翻新(病*),那么他们通过换牌就可以建立一个更具竞争力的联盟。

科学家猜测,正是病*的快速进化能力,再加上交换基因的能力,使得地球上早期的单细胞生物能够快速适应几乎任何环境。考虑到地球早期的环境恶劣,这对最早的生命是至关重要的,而病*可能在它们的成功中扮演了重要角色。

因此,更多地了解病*、宿主及其环境之间的关系,能够让我们更好地了解生命的进化乃至生命的起源。

下次疫情可能来自哪些病*?

据估计,动物身上有多达80万种可能感染人类的病*。虽然识别它们是一项极其复杂的任务,但我们还是大致知道该去

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