如果所有的病毒都消失了呢?

2020-06-19 06:59:42

如果所有的病毒都消失了,世界将会大不相同--而且不一定会变得更好。但是到底会发生什么呢?

病毒的存在似乎只是为了给社会带来浩劫,给人类带来痛苦。几千年来,它们夺去了无数人的生命,经常击倒全球人口的很大一部分-从1918年导致5000万至1亿人死亡的流感疫情,到仅在20世纪就估计有2亿人死于天花。目前的新冠肺炎大流行只是一系列持续且永无止境的致命病毒攻击中的一起。

如果让他们选择魔术般地挥舞魔杖,让所有的病毒消失,大多数人可能会抓住这个机会,尤其是现在。然而,这将是一个致命的错误-事实上,比任何病毒都要致命。

威斯康星大学麦迪逊分校的流行病学家托尼·戈德伯格说:“如果所有的病毒突然消失,那么在大约一天半的时间里,世界将是一个美好的地方,然后我们都会死去--这是底线。”“他们在这个世界上做的所有必要的事情都远远超过了坏事。”

绝大多数病毒对人类没有致病性,许多病毒在支撑生态系统方面发挥着不可或缺的作用。另一些则维持个体有机体的健康--从真菌和植物到昆虫和人类,应有尽有。墨西哥国立自治大学的病毒学家Susana Lopez Charretón说,“我们生活在一个平衡、完美的平衡中”,病毒是其中的一部分。“我认为没有病毒我们就完了。”

大多数人没有意识到病毒在支持地球上大部分生命方面所起的作用,因为我们倾向于只关注那些给人类带来麻烦的病毒。几乎所有的病毒学家都只研究病原体;直到最近,才有几位勇敢的研究人员开始研究维持我们和地球生存的病毒,而不是杀死我们的病毒。

戈德伯格说:“这是一小群科学家,他们试图为病毒世界提供一个公平和平衡的观点,并证明存在好的病毒这样的东西。”

科学家们确定的是,如果没有病毒,生命和我们所知的地球将不复存在。即使我们想消灭,也很可能不可能消灭地球上的每一种病毒。但是,通过想象没有病毒的世界会是什么样子,我们不仅可以更好地理解它们对我们的生存是多么不可或缺,而且我们还有很多关于它们的知识需要了解。

首先,研究人员甚至不知道有多少病毒存在。数千人已被正式归类,但可能有数百万人逍遥法外。宾夕法尼亚州立大学的病毒生态学家Marilyn Roosinck说:“我们只发现了一小部分,因为人们没有看过太多。”“这只是一种偏见--科学一直都是关于病原体的。”

科学家也不知道总病毒中有多大比例对人类有问题。不列颠哥伦比亚大学的环境病毒学家柯蒂斯·萨特尔(Curtis Suttle)说:“如果你从数字上看,它在统计上会接近于零。”“几乎所有的病毒都对我们关心的东西没有致病性。”

我们所知道的是,噬菌体或感染细菌的病毒是极其重要的。它们的名字来自希腊语phagein,意思是“吞噬”--它们确实吞噬了。“它们是细菌世界的主要捕食者,”戈德伯格说。“没有他们,我们会有很大的麻烦。”

噬菌体是海洋中细菌数量的主要调节器,也可能在地球上的所有其他生态系统中都是如此。如果病毒突然消失,一些细菌种群可能会爆炸;另一些细菌可能会在竞争中处于劣势,完全停止生长。

这在海洋中尤其成问题,因为海洋中90%以上的活体物质(按重量计算)都是微生物。这些微生物产生了地球上大约一半的氧气-这一过程是由病毒促成的。

这些病毒每天杀死大约20%的海洋微生物和大约50%的海洋细菌。通过扑杀微生物,病毒确保产氧浮游生物有足够的营养物质进行高速率的光合作用,最终维持地球上的大部分生命。“如果我们没有死亡,那么我们就没有生命,因为生命完全依赖于材料的回收,”萨特尔说。“病毒在回收方面非常重要。”

研究害虫的研究人员还发现,病毒对物种数量控制至关重要。Roossinck说,如果某个物种变得过多,“病毒就会进来并消灭它们”。“这是生态系统中非常自然的一部分。”这一过程被称为“杀死赢家”,在许多其他物种中也很常见,包括我们自己的物种--大流行就证明了这一点。萨特尔说:“当种群变得非常丰富时,病毒往往会非常迅速地复制,并将种群击倒,为其他一切创造生存的空间。”如果病毒突然消失,竞争性物种很可能会蓬勃发展,损害其他物种。

萨特尔说:“我们会迅速失去地球上的大量生物多样性。”“我们会有几个物种接管它们,然后把其他所有物种都赶走。”

一些生物还依赖病毒生存,或者在竞争激烈的世界中获得优势。例如,科学家怀疑病毒在帮助奶牛和其他反刍动物将草中的纤维素转化为可以新陈代谢的糖,并最终转化为体重和牛奶方面发挥了重要作用。

研究人员同样认为,病毒对于维持人类和其他动物体内的健康微生物群是不可或缺的。萨特尔说:“这些事情还没有被很好地理解,但我们发现越来越多的例子表明,病毒的这种密切相互作用是生态系统的关键部分,无论是我们的人类生态系统还是环境。”

Roossinck和她的同事发现了支持这一观点的具体证据。在一项研究中,他们检查了一种真菌,这种真菌生长在黄石国家公园的一种特定的草上。他们发现,感染这种真菌的病毒可以让这种草对地热土壤温度产生耐受性。Roossinck说:“当病毒、真菌和植物都在那里时,植物就可以在非常炎热的土壤中生长。”“单靠真菌是做不到这一点的。”

在另一个案例研究中,Roossinck发现一种病毒通过胡椒种子传播,使受感染的植物能够阻止蚜虫。“蚜虫更容易被没有病毒的植物所吸引,所以这绝对是有益的,”Roossinck说。

她和她的同事们发现,植物和真菌通常会将病毒代代相传。虽然他们还没有确定大多数病毒的功能,但他们认为这些病毒肯定以某种方式帮助了他们的宿主。“否则,植物为什么要粘在上面呢?”Roossinck说。如果所有这些有益的病毒都消失了,寄生它们的植物和其他有机体很可能会变得更虚弱,甚至死亡。

感染某些良性病毒甚至可以帮助人体抵御某些病原体。

GB病毒C是一种常见的血源性人类病毒,是西尼罗河病毒和登革热的非致病性远亲,与艾滋病毒阳性者向艾滋病的延迟进展有关。科学家还发现,GB病毒C似乎能降低感染埃博拉病毒的人死亡的可能性。

同样,疱疹使小鼠不太容易受到某些细菌感染,包括腺鼠疫和李斯特菌(一种常见的食物中毒)。让人们感染疱疹病毒、腺鼠疫和李斯特菌来复制老鼠实验是不道德的,但该研究的作者怀疑他们在啮齿动物身上的发现可能适用于人类。

他们写道,虽然终生感染疱疹病毒“通常被认为是唯一的致病因素”,但他们的数据表明,事实上,疱疹通过赋予免疫益处,与宿主进入了一种“共生关系”。如果没有病毒,我们和许多其他物种可能更容易死于其他疾病。

病毒也是治疗某些疾病最有希望的治疗剂。噬菌体疗法早在20世纪20年代就是苏联相当多科学研究的主题,它使用病毒来靶向细菌感染。它现在是一个快速增长的领域-不仅因为抗生素耐药性的增加,还因为有能力微调治疗,以消灭特定的细菌物种,而不是像抗生素那样不分青红皂白地清除我们的整个细菌种群。(阅读更多关于我们做了什么和不知道我们的微生物群的信息)。

“当抗生素失效时,通过使用病毒拯救了相当多的生命,”萨特尔说。溶瘤病毒,或那些选择性地感染和摧毁癌细胞的病毒,也越来越多地被探索为一种毒性更低、更有效的癌症治疗方法。戈德伯格说,无论是针对有害细菌还是针对癌细胞,治疗性病毒的作用“就像进入并炸毁我们不想要的细胞的微型制导导弹”。我们需要病毒来进行一系列研究和技术开发工作,这将引领我们进入下一代疗法。“。

因为病毒在不断地复制和变异,所以它们还拥有一个庞大的基因创新库,其他有机体也可以将其并入其中。病毒通过将自身插入宿主细胞并劫持它们的复制工具进行复制。如果这种情况发生在生殖系细胞(卵子和精子)中,病毒代码可以传递给下一代,并成为永久整合的。戈德伯格说:“所有可能被病毒感染的有机体都有机会吸收病毒基因,并将其用于自己的优势。”“将新的DNA插入基因组是一种主要的进化模式。”换句话说,病毒的消失将影响地球上所有生命-包括智人-的进化潜力。

据估计,病毒分子占人类基因组的8%,哺乳动物基因组中通常点缀着大约10万个来自病毒的基因残留物。病毒代码通常表现为惰性的DNA片段,但有时它会赋予新的、有用的-甚至是必要的-功能。例如,2018年,两个研究团队独立做出了一个令人着迷的发现。病毒起源的基因编码一种蛋白质,这种蛋白质通过在神经系统的细胞之间传递信息,在长期记忆的形成中发挥关键作用。

然而,最引人注目的例子与哺乳动物胎盘的进化和人类怀孕期间基因表达的时间有关。有证据表明,我们之所以能够活着出生,要归功于一些遗传密码,这些密码是从1.3亿多年前感染我们祖先的古老逆转录病毒中挑选出来的。正如2018年这一发现的作者在“公共科学图书馆·生物学”(PLOS Biology)上所写的那样:“人们很容易猜测,如果不是逆转录病毒大流行折磨着我们的进化祖先,人类怀孕会非常不同-甚至可能是不存在的。”

专家认为,这样的签名存在于所有形式的多细胞生命中。“可能有很多功能仍然未知,”萨特尔说。

科学家们才刚刚开始发现病毒帮助维持生命的方式,因为它们才刚刚开始出现。然而,最终,我们对所有病毒,而不仅仅是病原体了解得越多,我们就越有能力永远利用某些病毒,并开发出针对其他病毒的防御措施,从而可能导致下一次大流行。

不仅如此,了解更多关于病毒多样性的丰富知识将有助于我们更深入地了解我们的星球、生态系统和身体是如何工作的。正如萨特尔所说,“我们需要投入一些努力,试图弄清楚外面有什么,只是为了我们自己好。”

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