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病毒是个什么玩意儿


[来源:《文苑·经典美文》] [作者:萝 卜] [日期:20-06-22] [热度:]

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病毒是个什么玩意儿

 

《文苑·经典美文》

病、毒,恐怖的两个字合体,更是让人类唯恐避之不及。所以,当生物学家说,每个人都自带380万亿个病毒时,瞬间明白了五雷轰顶的奥义。因为,一个70公斤重的人,全身细胞只有30万亿,其中84%还是血液红细胞。病毒比细胞还多,难道说明我们身体的大部分是病毒?

当然不是,数量并不代表体量。虽然人体细胞已经小到人眼看不见,但比细胞小得多的东西有的是,比如细菌。我们每个人体内,至少有38万亿个细菌,比人体细胞还多。但是,这些细菌的总重量只占我们体重的1%3%。这就是说,平均来讲,人体细菌比细胞小几十倍、上百倍。

而本文的主角——病毒,直径一般不超过100纳米。人体最小的细胞,淋巴细胞直径也有6000纳米;最大的细胞,卵细胞有100000纳米,根本不在一个数量级上。比大小,病毒之间的差距也相当大:最大的是潘多拉病毒,直径有1000纳米;最小的是口蹄疫病毒,直径只有10纳米。这次的新型冠状病毒,直径是60140纳米。

假如病毒的平均直径是100纳米,那么你身藏的380万亿个病毒,捏在一起只有0.38cm3,相当于两颗黄豆。说到这,个把月洗一次澡的你可能长舒了一口气:这不就是搓澡的量么?洗洗就干净啦。其实不然。这380万亿个病毒,会广泛分布在你的身体内外,皮肤表面只是一小部分而已。并且,就算刚洗过澡,病毒也无处不在。

不过别慌。每个人体,都是一个生态系统。细菌、病毒、我们的细胞,它们在多数情况下,就像一片森林里的花鸟虫鱼、虎狼鹿兔,能维持整体上的生态平衡,保持整片森林的勃勃生机。人类早就知道,人体离不开微生物。比如肠道菌群,可以为我们分解食物、合成氨基酸和维生素、调节代谢、对抗病原体、建立免疫系统……

那么病毒呢?我们似乎只知道它们的坏处。至于对人体有啥益处,我们的研究可以说万里长征还在编草鞋。2018年,《细菌学》一篇论文介绍:芝加哥洛约拉大学的凯瑟琳等人,分析181位女性患者的尿液病毒组,发现了人体尿道可能共有某些“功能性噬菌体”。这项研究,受到一些专家的点赞。曼彻斯特大学的微生物学家杰姆斯表示:它们可以将噬菌体序列与细菌宿主关联在一起。华盛顿大学人体微生物和病毒组专家克瑞斯汀认为:这是发现了微生物微环境中病毒群体所造成的潜在影响。

至于到底有什么用,克瑞斯汀说:了解作用前,我们得搞清楚到底有什么。也就是说,我们连自己都有啥病毒还没闹清,就别提作用了。不过,我们至少知道,那个叫“噬菌体”的病毒,铁定在我们体内无疑了。噬菌体是个啥东西?一看名字,就知道这家伙是专搞细菌的。对人类来讲,噬菌体就是名副其实的“纳米机器人”。它搞细菌的手段——就是站到细菌身上,给细菌打一针,把自己的DNA注射到细菌体内,好让细菌替自己造娃。

人类提出纳米技术多年,也造不出这么精巧的纳米机器人。所以,给我们的感觉是,噬菌体太高精尖了,充满未来感。但在生物界恰恰相反,病毒很低级。我不是针对噬菌体,而是说各种病毒都很低级。为啥这么说呢,难道就因为人家功能单一、结构简单?是的,结构决定功能。不要说长成噬菌体这样,就算长成法拉利,在一粒细胞面前,也属于简单结构。

把细胞放大,我们会发现,它就是一座城市。10万种蛋白质分子各司其职:进口商、边防海关、仓储集散、能源保障、仓储运输、加工制造、安保军警……应有尽有。并且,生产效率极高。比如能量ATP生产:每个细胞,每分钟大约可以形成1000万个ATP1000万个,什么概念呢?就拿这次举世瞩目的口罩来说吧,作为世界第一制造大国,全国口罩厂开足马力,每天可以制造口罩2000万只。

一个成年人,体内每天合成的ATP,可以相当于自身体重。而且材料是重复利用,细胞用掉ATP,拆成ADPPi后,很快就会被重新装成电池ATP,每天要被重复利用10001500次。

ATP只是细胞的基础能源而已,细胞以它为动力,执行DNA.exe程序,来制造几万种蛋白质,以及其他各种产品,维持生命运转。所以说,目前人类制造的任何骄傲,包括芯片、火星探测器……在细胞面前,都是简陋、低效的。

现在回头看看噬菌体,是不是挺寒碜的?根本就谈不上高精尖。一个单细胞生物,可以自己生活、繁衍。给一片天地,它可以生出一个王国。所以说,细胞是生物体基本的结构和功能单位。而病毒,就没办法靠自己生活。它们不会动、不会吃,也不能繁殖,根本不像生命。但是,它们想复制自己、传宗接代,可以利用其他生物轻松实现这一伟大目的。所以,我们只能承认它是一种生物。

病毒,是一种非细胞生命形态。病毒实现繁殖,手段只有一个:靠细胞。具体手段,就是想办法把自己的DNA.exeRNA.exe植入细胞,让细胞执行自己的指令,指挥各种蛋白质机器,利用细胞里的资源来复制自己,最后造成细胞凋亡,病毒复制品冲出细胞壁,播向世界——这个鸡贼手法,是不是很眼熟?

是的,电脑病毒,这个名字就是借用病毒的名字,可谓神来之笔。简陋的它们,生活、繁衍,都仰仗一个比自己高级得多的操作系统。所以说,所有病毒都是靠入侵细胞、复制和传播自己而存在的。但是,如果细胞只默默承受这一切,那早就被病毒干灭了,也不会有什么人来研究病毒。

细胞复制自己会出错,这就是变异。有些细胞就变得让现有病毒没空子可钻。于是,容易感染病毒的细胞慢慢灭了,不容易感染病毒的细胞活了下去。复制病毒当然也会出错——也就是说,病毒也会变异。于是,能骗进新细胞的病毒,才可以继续传播。魔高一尺,道高一丈。在这场几十亿年的攻防战和军备竞赛中,双方不断升级改造,结果是:细胞的免疫功能越来越多、越来越强大;病毒变异种类越来复杂,入侵手段也越来越鸡贼。

病毒到底有多少种?人类肯定不知道。因为,病毒变异得太快,比如每年的流感病毒都不一样。这就是为什么病毒感染一般都“无药可治”的原因。杀灭病毒的主力,永远都是细胞免疫系统。我们人类治疗病毒感染的手段,主要是支持人体战胜病毒。

病毒变异这么快,不是因为它们危机感和创新意识强,而是因为它们基数太大、复制太快。一颗B型流感病毒,只要成功侵入人体的一个细胞,就能3D打印5000个副本。搞死这个细胞后,5000个病毒副本又会感染新的细胞——这个速度,从这颗病毒刚刚接触细胞壁时算起,大概一天可以感染50万个细胞。损失这50万个细胞,对你来讲不算事儿,所以你连咳嗽都还没开始呢。

但是病毒制造数已经达到了50万×5000=25亿。就算DNA复制的错误率只有亿分之一,这批副本也会有25个错误。幸亏这些错误,对基因领主来讲,绝大多数是不好的,或者无关紧要的。也就是说,出错的副本,要么没啥变化,要么多数是残次品。但,还是由于基数太庞大了,所以总有些错误误打误撞,会弄出某个新的攻克细胞的功能,从而被遗传了下来——技术积累,聚沙成塔。这就是病毒快速变异、迭代,欺骗手法看起来越来越刁钻、机智的原因。

病毒在变异中,不只骗术升级,还会分化成不同的兵种。最简单的,有的只感染植物,有的只感染动物。兵种不同,装备也不同。比如刚才那个噬菌体,它的主要结构就是一条DNA,装在一个蛋白质外壳里。还有的病毒,蛋白质外壳里装的不是DNA,而是RNADNARNA都是遗传信息,也就是生命工厂运行程序,至于区别:DNA相当于完整的软件,是脱氧核糖核酸。DNA病毒要侵入细胞核,取代细胞的DNA,来调动整个细胞城,为己所用。而RNA是从DNA上转录的片段,相当于软件中的组件,是核糖核酸。RNA病毒不用取代细胞DNA,它只要进入细胞,就能指挥蛋白质机器,来打造自己的副本。当年名噪一时的冠状病毒SARS,就是最大的一种RNA病毒。这次来势汹汹的新型冠状病毒,和SARS有一定亲缘关系。

正儿八经的病毒,一般都是这两种,蛋白质壳里,包着组装自己的指令:要么是DNA.exe,要么是RNA.exe。但是,生物界永远不会有那么明确的边界。有一种更简陋的病毒,叫类病毒,这玩意儿连蛋白质外壳都没有,只是一个环状的RNA链,它能让植物细胞拷贝自己。还有一种更奇葩的病毒,叫朊病毒。这家伙居然没有DNA,也没有RNA。也就是说,没有任何遗传信息。它只是一小团蛋白质,就可以入侵动物细胞,复制自己。那它拿什么指挥细胞机器,复制自己呢?答案居然是:目前还不知道!

对人类来讲,微生物世界,我们可能只是掀开了大幕的一角。即使如此,人类掌握的病毒知识还是非常丰富的,一篇短文无法言及万一。

 


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