深度科普｜病毒星球

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来源｜远读重洋（ID:readabroad）

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我们的地球，就是一个“病毒星球”

我曾经读过的一本书，叫做《病毒星球》（A Planet of Viruses），书的作者是美国耶鲁大学学者卡尔·齐默（Carl Zimmer）。

这本书的核心就是告诉我们：

我们生活的历史，其实就是一部病毒史；

病毒不仅从未离我们远去，也永远不会离我们远去；

而且，虽然它们的名字叫做“病毒”，但是它们的作用可远不止让人得病这么简单。

首先，我们可以这样说：我们这个地球上的病毒，数量多到“令人发指”。比如说，当你跳进海水里畅快游泳的时候，你其实是在一大堆病毒里钻来钻去。

根据科学家计算，在每升海水当中，含有1000亿个病毒颗粒；在地球的所有海洋里，大约存在着10的31次幂个病毒颗粒。

10的31次幂个病毒颗粒是什么概念呢？

这个数量是海里面所有鱼、虾、蟹及其他海洋生物数量加到一起的15倍；

这些病毒的总重量相当于7500万头蓝鲸；

如果把这些病毒挨个儿排成一排，它们的长度会是4200万光年，这比整个银河系还要大得多。

这就是海水，你看不到的海水。

为什么看不到呢？因为病毒这个东西，小到不可思议。

想象一下，首先抓一把厨房里的食盐撒在案板上；然后把每个食盐颗粒想象成一个小立方体。

就在这个小立方体的每条边缘上，可以肩并肩排下100个细菌；但是如果换成了病毒，竟然可以排下1000个之多。病毒就是这么小。

病毒的结构也很简单，大部分就是蛋白质外壳包裹着几个基因而已。

比如说引起普通感冒的“鼻病毒”，它身上只有10个基因（我们人类身上有20000个基因）。

但就是这么点儿基因，鼻病毒竟然能组合出神奇的遗传信息，骗过人类身体的免疫系统，入侵到身体当中，去复制自己。

△鼻病毒

而且，你肯定想不到，我们每个人的身体里，也到处都有病毒。

以前专家认为，人的肺部当中没有病毒，或者含有少量的病毒，但实际上，新的研究表明，我们肺部里的病毒一点也不少。

2014年，一项调查显示，103个健康人当中有71个人都携带有可以导致宫颈癌的HPV病毒；在美国，大约有3000万女性携带这种病毒，但是他们自己不知道，因为大多数情况下病毒并不会造成伤害。

△HPV病毒

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病毒，成就了我们每一个人

病毒的种类很多，其中有一类病毒，叫做“逆转录病毒”，你可以把它们理解成“基因快递员”。

当“逆转录病毒”侵入一种动物体内，它就会把遗传物质插入这种动物细胞的DNA当中。这样，它就完成了一次遗传物质“包裹”的“送货”服务。

有趣的是，这次“送货”还只是一个开始。当这种动物的细胞分类的时候，会同时把自己的DNA和入侵病毒的DNA都复制一遍，然后传递下去。

还有的时候，这些病毒的DNA还会稳定地待在细胞里面，从一代传给下一代。这就形成了“内源性逆转录病毒”。

实际上，像这样的“内源性逆转录病毒”一直在反复入侵我们人类的基因组。

我们每个人的基因组中都携带了将近10万个“内源性逆转录病毒”的DNA片段，这些片段占到人类DNA总量的8%。如果作为比较的话，那些负责蛋白质编码的基因，只占到了1.2%。

也就是说，我们的基因组，可以说是个“病毒泛滥”的地方。但恰恰是这些泛滥的病毒，成就了今天的我们。

科学家曾经惊讶地发现，某种病毒中的一个基因，能合成一种叫做“合胞素”的蛋白质，而这种蛋白质能形成一种东西，那就是胎盘。

这意味着，一种新型的生命形式——“哺乳动物”，有机会出现在地球上了。

△人类胎盘示意图

反过来，科学家在实验室里发现，如果把合胞素基因从哺乳动物母体中删除，就没有一个宝宝可以活着生出来。

于是，科学家慢慢为我们揭开了一幕宏大的“历史剧”，大致情节如下：

一亿年前，我们的远古祖先被一种病毒感染，获得了最早的合胞素蛋白，于是产生了最早的胎盘，变成了最早的哺乳动物；

在演化的过程中，又有新的“内源性逆转录病毒”入侵这些动物，有的新病毒带有新的合胞素基因，而且能产生更优质的蛋白质；

渐渐地，因为不同的动物不断被不同病毒感染，产生新的基因，于是动物们产生了不同的分支，有了后来的食草哺乳动物、食肉哺乳动物，以及最终的产物——我们人类。

没有病毒，就没有我们的祖先，更不会有我们。换句话说，我们大家之所以能诞生，其实是蒙受了那些小小病毒的大大恩泽。

· 03 ·

救命的病毒，可爱的病毒

病毒不仅促成了我们的诞生，还一直在改造我们生活的环境。

比如说，有一种病毒，叫做“噬菌体”；每种特定的噬菌体会入侵特定的细菌，并且杀死那些细菌。这可是意味深远的一件事。

还记得刚才说的海水里的病毒么？海水里就有不少噬菌体。在短短1秒钟之内，海洋中的这些噬菌体，就能对细菌之类的微生物发起10万次进攻。

结果是，每一天这些病毒能杀死海洋中15%~40%的细菌，让广阔的海洋不至于变成一汪“细菌水”。

△一群噬菌体在攻击一个细菌

正是由于这个特点，某些病毒还能抑制传染病的蔓延。比如霍乱病，就是由一种叫做“霍乱弧菌”的细菌导致的，这种细菌由水传播。

但是，当霍乱弧菌爆发，导致霍乱病流行的时候，病毒也会迅速增加。大量的病毒会对霍乱弧菌发起一次又一次迅猛的攻击，越来越快地杀死霍乱弧菌。

直到病毒杀死霍乱弧菌的速度超过了细菌繁殖的速度，这样，霍乱弧菌就“全线溃败”，霍乱病也就停止了。

刚才说了，病毒还是“基因快递员”，它们载着不同的基因，在物种之间穿梭来去，把新的基因“送”给不同的“收件人”。

正是由于病毒的这种特点，它们促成了光合作用，帮助我们的地球成为了一个“氧气星球”。

怎么回事呢？原来，全球四分之一的光合作用都要归功于一种海洋里的细菌，叫做“海洋聚球藻”。

海洋聚球藻之所以能进行光合作用，是因为它含有一种能捕捉光子（光的基本粒子）的蛋白质，而这种蛋白质的基因编码，正是来自于某种病毒。

正是这种在海洋里自由漂浮的病毒，把光合作用的基因“送”给了海洋聚球藻，海洋聚球藻才能进行光合作用，产生大量的氧气，改变了地球大气的组成成分。

科学家粗略估计，地球上10%的光合作用都是因为病毒所携带的基因而发生的。这就意味着，你每呼吸10次，就有一口氧气来自于那些无处不在的病毒。

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大规模疾病爆发的背后，原来就是这四个字

最常见的就是“流感”。几乎所有人都得过流感，出现过呼吸道的病症；但是你大概不知道，流感这种病其实跟人没什么关系，它们来自于鸟类，而且这种病本来跟呼吸道也没半点关系。

怎么回事呢？其实，流感病毒感染的是鸟类的消化道，而不是呼吸道。

但是，病毒是会“突变”的。一个鸟类流感病毒，只需要几个简单的突变，就能摇身一变，成为感染人类的新型病毒。

而且，人类呼吸道细胞表面的受体和鸟类消化道细胞的受体非常接近。于是，当这些从鸟类身上突变而来的新型病毒传到人身上的时候，它们在人类身上引起的就是呼吸道病症，也就是“流感”。

还有可怕的艾滋病，也是由病毒引起的。艾滋病病毒大致可以分两种：一种叫HIV-1，一种叫HIV-2。

经过艰苦的研究，科学家发现：HIV-2型病毒来自于西非的一种猴子，叫做“白顶白眉猴”，这种猴子携带了一种SIV病毒，独立演化成了HIV-2艾滋病病毒。

西非的猎人经常捕杀这种猴子，卖它们的肉。当猴子咬了猎人，或者屠夫处理猴子尸体的时候，含有病毒的猴子血液进入了人体，就会感染这种病毒。

然后，这些病毒开始自我复制，逐渐适应新的宿主——也就是人类。

△白顶白眉猴

而HIV-1型病毒则有完全不同的来源。它们来自另一种动物：黑猩猩。

1989年，法国科学家偶然间在生活于喀麦隆和坦桑尼亚的黑猩猩粪便当中，检测出了跟HIV-1型病毒非常接近的病毒，坐实了这件事。

随着20世纪初非洲人口的膨胀（以及或许存在的当地人食用黑猩猩的情况），这种病毒伺机入侵到人类身上，导致了艾滋病。

这些，只是一个开始。

2012年，沙特阿拉伯的医生发现了一种怪病，后来命名为“中东呼吸综合征”。导致这种病的MERS病毒，最初是在一种非洲的蝙蝠身上。

但是，蝙蝠身上的病毒怎么会传到人身上呢？答案就是：骆驼。

△单峰驼

某些北非的单峰驼（只有一个驼峰的骆驼），偶然接触到了带有病毒的蝙蝠，感染了MERS病毒；随着北非到中东的贸易，单峰驼商队把这种病毒带到了中东地区；然后，这些得病的单峰驼又通过鼻子分泌物感染更多的骆驼，最终感染了人类，又在人类之间传播。

当然，我们还不得不提到2003年蔓延全中国的“非典型肺炎”SARS。

提到“非典”，又不得不说起另一种野生动物：果子狸。这个看起来“人畜无害”的小萌物，实际上却携带着大规模杀伤性“生化武器”。

△果子狸

这里我们可以看出，在近年来这些著名的大规模传染病的背后，都有着同样的四个字：野生动物。

加州大学洛杉矶分校医学院心血管科主任芭芭拉·纳特森—霍洛威茨（Barbara Natterson-Horowitz）曾经写过一本书，名叫《共病时代》。讲的就是动物和人之间“共享”的疾病。

她在书里说：“我们与动物的关系历史悠久且深刻，医生和患者都要让自己的思考跨越病床这个界限，延伸到农家院、丛林、海洋和天空。”

但是我觉得，即使这样的思考维度，仍然远远不够。从野生动物身上“掉落人间”的这些病毒，已经施展出它们的洪荒之力，裹挟着我们人类来到了一个新的历史时期。

这已经不是“医生和患者”才需要思考的问题，而是我们每个人都要思考的问题。

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尾声：我们到底有多脆弱

写到这里，我想起了这几天网上疯传的一组图片。我不想在这里再次分享武汉某个“野味”市场里那些剥皮削骨的图片，不想再分享那些将死或未死动物的惨状。

我想分享的是一句话。在《病毒星球》这本书的结尾，作者写下了这样一句话：

“下一次，再有某种病毒从野生动物身上转移到人类身体内，很可能还会引发大规模疫情，而我们完全可能对致病病毒一无所知。”

作者写下这句话的时候，时间是2015年。

很不幸，作者说的“下一次”已经到来了，就在我们面前，它的名字叫做“新型冠状病毒”，而我们目前真的对它“一无所知”。

一只小小的野生动物，就引发了一场全球的风暴和危机，这就是一次残酷的“蝴蝶效应”？

我们可以选择不去沉迷在“山珍海味”的炫耀性消费幻梦里。

我们可以选择更加尊重和敬畏大自然，以及其中的任何一种生物。

这事关每一个人，这事关每一个“下一次”。因为下一次早晚会来，而我们人类远比想象中脆弱。

希望“下一次”，我们至少可以有所准备——这就是在这个“病毒星球”上生存下来的终极逻辑。

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超级毒王：蝙蝠为啥这么厉害

公元一世纪的时候，希腊的普鲁塔克提出了一个问题：如果忒修斯船上的零件被逐渐替换，直到所有的零件都不是原来的零件，那么这艘船还是原来的那艘船吗？

这就是人类历史上的忒修斯悖论，其实里面有一个隐藏的彩蛋，那是永生的秘密。

天下武功唯快不破，一个人体内的衰老细胞只要更新的足够快，宛若新零件换旧零件一般，那么他就能躲过死神的杀猪刀，永远活下去。

然而，地球上的碳基猴子有个小小的问题，那就是细胞DNA分裂复制的时候，都会有出错的概率，虽然是极低的，但架不住细胞数量大，大约是十来次更新之后，也就是人类五六十岁的时候，DNA就出幺蛾子了，碱基对丢失或者错搭，最后表达出来的蛋白质都是歪瓜裂枣，这可就把人体细胞吓尿了。

算了，管球他呢，只要能永生，管他洪水滔天，于是一小撮别有用心的细胞黑化了，开始无限复制，无限争夺养分，真的永生了，而这，便是癌细胞的前传。

如果有一天，灭世的核弹来临后，在核辐射里，昆虫和啮齿类动物一定能活下来，因为它们足够小，不挑食，屎都能吃，还特别能生孩子。

蝙蝠也一样会活的很好，因为它们是哺乳动物里唯一的空军，吃昆虫就能活下去，在夜空里有声呐这种外挂，夜战能力吊锤猫头鹰夜枭这种恐龙后裔，几乎没有什么天敌了。

它们占据了天空后，生活的是如此滋润，以至于种群数量高达地球胎生动物的五分之一，随便找个大点的山洞里，就能发现里面密密麻麻倒挂着上百万只蝙蝠，彻底碾压了碳基猴子们。

在这一刻，达尔文一脸欣慰的慈父笑，他说，只要蝙蝠的数量管够，就不怕变异，蝙蝠侠一定会在哥谭市出现的。

是的，大约是在五百万年前，蝙蝠真他妈的变异了，它们的飞行特性导致了超高的新陈代谢率，天天浑身发烧40度，搁人身上，早特么的烧成智障挂了，但它们不会，就像没事人一样过了五百万年。

这种超高的代谢率意味着，蝙蝠在进行着普通哺乳动物难以想象的细胞快速更新，但前面说过，细胞更新是有定数的，次数多了，一般生物体的DNA复制肯定会出错。

然而蝙蝠经过千百万年高烧不退的进化，它们奇迹般的拥有了DNA损伤修复超能力，几乎不会出错，这导致了蝙蝠们超常的寿命，还很少得癌。

同时千万年的持续高烧还带来了蝙蝠免疫系统对炎症的持续应答，它们的身体时刻准备御敌，不像人类，不感染细菌病毒，白细胞和t细胞根本不会上班。

这些年，无数人被广告里的氧化衰老吓怕了，不过说实话，氧气和线粒体的氧化的确是人体衰老的元凶之一，因为人的细胞零件更新慢，抵抗不了氧化的侵蚀。

但蝙蝠是个奇葩，它们的细胞根本不怕氧化，天天活蹦乱跳的躁，按比例来换算，比王八都活的好。

于是乎，大自然的筛选剃刀无意间选出了高烧不退还在夜空下蹦迪、氧化应激水平超高、DNA损伤修复能力超强、固有免疫应答系统24小时不关机的怪物，什么埃博拉、马尔堡、狂犬病、SARS等病毒，完全干不死蝙蝠。

地球上最恐怖的病毒罐子——超级毒王蝙蝠就此诞生了！！！多少病毒在蝙蝠身上平静的共生着，谁也不知道，反正我们这些碳基猴子们，就像土鳖战列舰一样，无奈的看着蝙蝠在全球飞，往下扔病毒炸弹。

是的，达尔文说对了，蝙蝠侠真的出现了，不过它已经跟恶魔墨菲斯托签订了灵魂契约，换来了永生不死的能力，最后连小丑的工作都抢了，在非洲，食果蝙蝠的粪便沾染了水果，后来当地一个小孩吃了那个水果，埃博拉的魔盒就此打开。

时间的杀猪刀在轮回桥上，如同菜刀砍电线一般，一路火花带闪电，到了2002年，云南的中华菊头蝠在果子狸头上来了一泡屎，随后，那一年的冠状病毒SARS给无数头铁的人上了终身难忘的一课。

今年，它又来了，带着新的冠状病毒，在东方的长江畔低声吟唱着进化的悲怆奏鸣曲。

我就想问问，超人啥时候才能从氪星回到地球啊，这些日子，蝙蝠侠见了我，就问我服不服？你还吃的下多少蝙蝠？

饕餮之后谁将主宰这个世界？

病毒笑而不语。

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晒太阳能否杀死新型冠状病毒？

权威解答来了

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全球瞩目！

新冠病毒疫苗研制赛“开跑”

来源｜中国科学报（ID：china_sci）

围绕2019-新型冠状病毒疫苗研制，国内外科学家正全力“开跑”。

各个团队之间你追我赶，同时他们共同的对手——2019-新型冠状病毒，这位“大boss”在赛跑中遥遥领先。

想跑赢病毒的传播速度，甚至被认为是“Mission: Impossible”。

但科学家们仍竭力奔跑。

因为这些努力还是有可能为我们带来巨大收益。

中外“选手”都有谁

“从我们对SARS，对这类病毒的认知，我可以拍着胸口讲，这个疫苗肯定会成功！”1月26日，中国疾控中心主任、中科院院士高福在国新办新闻发布会上如是说。

中国疾控中心已启动新型冠状病毒肺炎的疫苗研发，并且已经成功分离了病毒，正在筛选种子毒株。

另据媒体报道，同济大学附属东方医院转化医学平台与斯微（上海）生物科技有限公司合作，正快速推动新型冠状病毒mRNA疫苗研发。近期，该项目已紧急完成立项备案。

中国工程院院士、复旦大学上海医学院教授闻玉梅则在接受《中国科学报》采访时，推荐了军事医学研究院陈薇院士课题组。“因为埃博拉病毒肆虐时，他们也很快很好地研发出了疫苗。”

外国队也行动迅速。

流行病防疫创新联盟（CEPI，非营利组织）1月23日宣布，将给三家公司总计1250万美元的资金，用于开发2019-新型冠状病毒疫苗。

早在获得资助之前，1月10日中国研究者在公共数据库首次发布2019-新型冠状病毒序列后的数小时内，CEPI支持的这三家公司就开始了疫苗研发。

这三家公司包括：与美国国家过敏和传染病研究所合作的马萨诸塞州剑桥市疫苗生产商Moderna公司，费城疫苗生产商Inovio公司，澳大利亚昆士兰大学分子病毒学家Keith Chappel带领的团队。

“中外混合编队”也跑得很快。

复旦大学教授姜世勃和美国纽约血液中心、贝勒医学院及得州大学学者组成的合作团队，正全力测试SARS疫苗对于新病毒的预防效果。

此外，武汉博沃生物科技有限公司也在与总部位于美国亚特兰大的GeoVax Labs Inc.合作，共同研发新疫苗。

疫苗研发方法“殊途同归”

闻玉梅告诉《中国科学报》：制备疫苗有不同策略，有基因工程表达不同病毒蛋白的，有核酸型，也可以是全病毒的。免疫途径也可以不同，如注射、黏膜免疫、经消化道免疫等。

Moderna公司的策略是通过将病毒序列转化为信使RNA（mRNA）生产疫苗。当注入人体时，mRNA会使人体产生可触发所需免疫反应的病毒蛋白。

Moderna在临床试验中已有9种疫苗使用了mRNA“平台”。

这9种疫苗中，有一种是MERS（中东呼吸综合征，另一种冠状病毒）疫苗。目前，该MERS疫苗仅进行了动物测试，它依赖于病毒表面一种叫作“刺突”的蛋白质。

从理论上讲，该团队要做的是给其换上此次新冠状病毒“突刺”的基因序列，生产出新疫苗。

Inovio公司聚焦生产由DNA制成的疫苗。

昆士兰大学团队则专注通过细胞培养产生一种病毒蛋白，这是一种较传统的疫苗技术。

而对于将SARS疫苗用于新冠状病毒，姜世勃在接受《中国科学报》采访时介绍，该疫苗是基于病毒表面“刺突”（S）蛋白质中的受体结合域（RBD）而设计的，被认为是最为安全、有效的候选疫苗。

姜世勃的合作者、贝勒医学院教授Peter Hotez告诉《中国科学报》，SARS病毒与武汉新冠状病毒有很大关系。“我们团队已经开发和生产了SARS疫苗，这是一种基因工程重组蛋白疫苗，现在需要确定它能否抵抗新冠状病毒。我们对此比较乐观，因为两种病毒与宿主结合的受体相同，而且基因组80%相似。”

“选手”们速度几何

Moderna公司和Inovio公司均表示，会在一个月内生产出足够疫苗，开始动物实验。

昆士兰大学团队的目标是在16周后为人体试验准备好候选疫苗。

Peter Hotez告诉《中国科学报》，SARS疫苗之前已通过了临床安全研究并量产，对于将其用于新冠状病毒，他们已经开始在动物体内做安全测试，并将马上在中国开展相关临床试验。

“中美两国科学家都知道冠状病毒有一天会回来。”Peter Hotez说，“现在也不算晚，只要确定我们的SARS疫苗对新冠状病毒的效果，我们就会全力推进这种疫苗。” 

高福则在1月26日的新闻发布会上表示，“17年前的‘非典’，这条路我们走了3个月。本次疫情中只用了一周，相信疫苗研究一定很快会成功。”

实现量产才是比赛终点线

无论国内还是国外，一旦候选疫苗可用，研究人员首先要在动物身上进行测试，检测它们是否安全，并产生免疫反应。

然后，相关公司必须获得监管部门的批准，才能启动第一阶段人体试验，在少数没有患病风险的志愿者身上测试其安全性和免疫反应。

以美国食品和药物管理局（FDA）为例，其审批一般需要一个月。

美国国家过敏和传染病研究所已经建立了疫苗试验网络，计划对Moderna公司的疫苗开展第一阶段研究。据预计，相关试验将在三个月内开始。

最乐观情况下，Moderna公司的疫苗如在第一阶段的研究中表现良好，会在夏季进行更大规模的、真实环境中的人体有效性测试。

但此前在流行病传播期间加速开发新疫苗的努力曾遭遇意想不到的障碍。“我对时间的安排更加谨慎。”流行病防疫创新联盟（CEPI）的Richard Hatchett说。

姜世勃也希望，这次不要再像2003年那样，大家一窝蜂地开展疫苗研究，而绝大部分的疫苗最后都因为安全性问题而下马，浪费了经费和时间。

即便实验性疫苗在临床试验中有效，快速量产也是一个巨大挑战。

Peter Hotez说，SARS风波之后，世界主要经济体都将注意力投向了能带来高额回报的药和疫苗，而未对能确保全球健康安全的药物给予充分重视。“我们虽然能量产SARS疫苗，但仍不能吸引足够投资。”

Moderna公司表示，如果该公司投入所有生产力生产一种疫苗，一年可制造1亿剂。

Inovio公司目前一年只能制造10万剂，但正在积极地与一家大型制造商商议，后者可将他们的生产能力提升到数百万剂。

昆士兰大学团队则表示可以在6个月内生产20万剂。

疫苗最终会派上用场吗

在描写传染病的大片中，科学家们总是成功拯救了世界。但在现实中，疫苗起到的作用仍然有限，《科学》杂志指出， “疫苗总是不能及时地制备好。”

“这次，”《科学》的报道说，“科学家们认为，他们比以往任何时候都更有准备，以好莱坞电影的速度生产疫苗。但2019-新型冠状病毒在当前的比赛中拥有牢固的领先地位，并且当疫苗在临床试验中证明其价值后制造商开始大量生产时，它的出现可能为时已晚，无法在流行病中起到积极影响。”

不过，科学家还是希望他们能有所作为。

若新冠状病毒像很多其他呼吸道病毒一样是季节性的，那么时间或许会在科学家和厂商这一边。

如果新冠状病毒跟流感有相似点，将存在季节性传播，先下降，然后秋季再次来临。在大规模患病前，甚至存在一年的下降期，这样疫苗有可能以季节性的方式发挥作用。

另外，武汉正在发生的大规模人群感染，也能导致许多人持续免疫，从而减少对疫苗的需求。

Moderna公司的Stéphane Bancel表示，准备疫苗最终是一种预防手段。“没人知道将会发生什么，我们希望永远不需要这些疫苗。”

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