病毒:生命的奧秘與挑戰(zhàn)
一場全球性的病毒大流行,幾乎顛覆了人們之前的生活方式,也讓病毒這種特殊的生命體,在我們的生活中刷足了“存在感”。盡管病毒是生命不可避免的一部分,但是大多數(shù)人仍對它知之甚少,今天,就讓我們一起來了解一下吧!
比星星還多的病毒
說起生活中遇到過,或是聽說過的病毒,每個人都能列舉出幾種。但要問世界上一共有多少病毒?很多人卻沒有明確的概念。
那么,在我們生活的藍色星球上,究竟有多少病毒存在呢?
科學(xué)家們估算得出,地球上至少有1031個病毒顆粒,遠超宇宙中恒星的數(shù)量(約為1024)。正如世界著名的科普作家,卡爾·齊默在他的科普作品《病毒星球》中描述的那樣,“地球就是一顆病毒星球”。
千呼萬喚始出來
病毒不僅存在于每一個角落,還是一種非常古老的生命體,早在東漢時期的典籍中,就已經(jīng)有了對天花病毒感染病例的記載。然而,人類認識病毒的歷史卻只有一百多年的時間。
1892年,俄國生物學(xué)家伊凡諾夫斯基在對煙草花葉病進行研究時發(fā)現(xiàn),染病的煙草葉提取液在過濾后仍然具有感染能力。然而,受當(dāng)時細菌致病論的主流氛圍影響,他并沒有意識到病毒的存在,而是認為這一現(xiàn)象是由細菌分泌的毒素引起的。
1898年,荷蘭微生物學(xué)家貝杰林克在經(jīng)過反復(fù)實驗驗證后指出,煙草花葉病是由一種細小到無法用普通顯微鏡觀察,有別于細菌的有機體導(dǎo)致的,并將其命名為病毒(Virus)。有了正式的命名之后,研究者們陸續(xù)分離發(fā)現(xiàn)了多種病毒,但由于缺乏能夠觀察病毒的技術(shù)手段,人們依然不知道病毒究竟是一種怎樣的生物。甚至有學(xué)者認為,病毒的本質(zhì)就是一種蛋白質(zhì)。
之后,英國學(xué)者鮑登和皮里在煙草花葉病毒的提取液中發(fā)現(xiàn)了核酸的存在,至此,科學(xué)界終于得出統(tǒng)一的結(jié)論:病毒是由蛋白質(zhì)和核酸共同構(gòu)成的,而核酸是病毒具有感染性的主要原因。
而直到電子顯微鏡誕生后,德國科學(xué)家考施才第一次在電鏡下直接觀察到了煙草花葉病毒的“真容”——一種直徑15納米,長300納米的長桿狀顆粒。
病毒由蛋白質(zhì)外殼和里面包裹的一種核酸(DNA或RNA)組成,不具有細胞結(jié)構(gòu),更沒有功能復(fù)雜的器官和系統(tǒng),與其他生物相比,更像一種結(jié)構(gòu)簡單的拼接玩具,卻能在入侵活細胞后進行增殖、進化等生命特有的活動。可以說,這一發(fā)現(xiàn)顛覆了當(dāng)時教科書對生命的定義。
不是所有的病毒都會感染人類
不管是每年“定期騷擾”的流感病毒,讓人聞之變色的艾滋病病毒,感染后發(fā)病就必死無疑的狂犬病毒,還是依然在不停為我們的生活增加麻煩的新冠病毒……細數(shù)起來,我們似乎生活在一個充滿病毒的世界里。
但是,并不是所有的病毒都會感染人類,實際上,病毒對于自己感染的細胞十分“挑剔”,每種病毒的蛋白質(zhì)外殼表面都有一種特別的受體結(jié)合蛋白,只有當(dāng)細胞表面長有能與這種結(jié)合蛋白相結(jié)合的受體時,病毒才能感染宿主細胞,將遺傳物質(zhì)釋放到細胞內(nèi)部進行復(fù)制。根據(jù)宿主的不同,病毒可以被分為動物病毒,植物病毒,以及專門感染微生物的微生物病毒。
而且,不是所有的病毒都對人體有害,有研究指出,人體表面和體內(nèi)的病毒數(shù)量約為細菌數(shù)量的10倍,光是腸道中就生活著超過14萬種病毒,不過其中大多數(shù)都能在不致病的情況下與人類共存。不僅如此,病毒在生物防治和基因工程等領(lǐng)域也發(fā)揮了不可替代的作用。
每個人體內(nèi)都有“病毒”
更讓人想不到的是,即使一直生活在完全沒有病毒的環(huán)境中,我們體內(nèi)也有著無法抹除的病毒痕跡,這是來自古老病毒基因組的殘余,約占人體基因組DNA的8%,隨著研究的深入,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),這些來自病毒的基因殘余,對于人體肝細胞的多能性及發(fā)育有著十分重要的作用。
而許多病毒在感染不同物種的同時,也把DNA片段在不同的物種間進行傳遞,為生物進化提供了新的遺傳物質(zhì)。