病毒星球 - 卡爾·齊默

早在人類出現之前，病毒就占領了這顆星球，歷經高溫、酷寒或干旱等極端條件，到現在病毒仍然無處不在，抗生素或感冒糖漿等最近用來對付它們的小玩意，更是無法傷及病毒毫發。病毒在我們的DNA里留下了豐富的信息，人類DNA片段中8%來自病毒，說它們是我們親緣有點遠的祖先也不為過。但是要小心，這些休眠在人類DNA中的片段在特定條件下可以復蘇，重新組織成活躍的病毒。

距離墨西哥奇瓦瓦州東南80公里的沙漠里，有一條寸草不生的山脈，名叫奈卡山脈。2000年，幾位礦工在山底錯綜復雜的地下洞穴中作業。當他們挖到300米深的時候，一個奇異的世界豁然展現在他們眼前。這個空間大概9米寬，將近30米長，洞頂、四壁、地面，都排布著光滑透亮的石膏晶體。有礦物晶體的洞穴并不少見，但奈卡“水晶洞”與眾不同。洞里的晶體都有著驚人的體量，長度都在10米以上，最沉的有55噸重。這些晶體可不是我們通常理解的用在項鏈上的小水晶，而是像山一樣大，人都能往上爬。

山洞被發現以來，已經有不少科學家得到許可進入這個神奇的水晶洞，格拉納達大學的地質學家胡安·曼努埃爾·加西亞—魯伊斯（Juan Manuel Garcia-Ruiz）就是其中的一位。基于自己的研究，他確定了這些晶體的年代，它們是在2600萬年之前，火山活動造就奈卡山脈的同時形成的。那時山體中出現了一些空洞，里面充滿了含有礦物質的熱水。火山巖漿不斷釋放熱量，把水維持在灼熱的58攝氏度，這個溫度是礦物析出、形成晶體的理想溫度。山洞里的水就這樣在幾十萬年間神奇地維持在這個完美的溫度，讓晶體能長成今天的龐然大物。

2009年，加拿大不列顛哥倫比亞大學的科學家柯蒂斯·薩特爾（Curtis Suttle）到訪水晶洞。他和同事從洞穴的水洼里舀了一些水，帶回實驗室分析。如果你知道薩特爾的研究領域，一定會覺得他去分析洞里的水簡直是莫名其妙。薩特爾的學術研究和晶體、礦物，甚至和任何石頭都扯不上半點關系。他研究的是病毒。

水晶洞里從來也沒有人，又不會感染什么病毒，事實上，洞里甚至連一條魚也找不到。這個神奇的洞穴在幾千萬年間一直與世隔絕，仿佛是生物圈外一個獨立的存在。然而，薩特爾的那次拜訪的確不虛此行。他把從水晶洞里帶回的水放在顯微鏡下，大片大片的病毒展現在他眼前，每滴水里都足有2億個病毒。

同年，科學家達娜·威爾納（Dana Willner）也開展了她自己的病毒探尋之旅。不過這一次她沒有去什么洞穴，而是“潛入”了人體。威爾納和同事從人的痰里分離出了一些DNA片段。他們把這些DNA片段同在線數據庫里的上百萬個現有序列進行了比對。當然，片段中大部分DNA來自人體，但同時也有相當數量來自病毒。在此之前，科學家一直認為，健康人的肺里是沒有病毒或細菌的。但威爾納發現，人的肺里平均駐扎了174種之多的病毒，其中只有10%是已發現病毒的近親，另外90%就和水晶洞里躲藏的病毒一樣陌生。

病毒世界向科學家打開了大門。從深深的地下，到撒哈拉沙漠的沙里，再到南極冰蓋之下1英里深藏的湖水中——新發現的病毒無處不在，數量之巨令科學家措手不及，根本來不及逐一仔細研究。病毒學還是一門非常年輕的學科。幾千年來，我們對病毒的全部了解只是它們會讓人得病，甚至取人性命。而直到現在，我們盡管看到了病毒對人的影響，卻不知道它們是如何做到的。

連“病毒”這個詞也是自相矛盾。它承自羅馬帝國，當時的意思是蛇的毒液或者人的精液。這一個詞被賦予了“毀滅”和“創造”兩層意思。

經歷幾個世紀，“病毒”這個詞逐漸呈現出另一層含義，它可以指代任何有傳染性的物質，比如傷口流出的膿液，或者能神秘地通過空氣傳播的物質，甚至有的“病毒”能滲透在紙張內部，只要用手指頭摸一下就會染病。

直到19世紀晚期，“病毒”這個詞才比較接近我們現在采用的意思，而這一轉變還要歸功于一次農業的大災難。荷蘭的煙草農場上的作物遭一種疾病洗劫，它們在曾經鮮活的葉片上留下一片片死去的組織，所有植株的發育全都受到影響，農場收成全無。

1879年，可憐的荷蘭農民向年輕的農業化學家阿道夫·邁耶（Adolph Mayer）求助。邁耶仔細地研究了這場大災難，他把摧毀煙草農場的疾病稱為煙草花葉病。這些植物生長的環境，包括土地、溫度及日照，都是邁耶的研究對象，但邁耶根本沒有發現染病的植株和健康的植株究竟有什么不同。他推測，或許這些植物被一些不可見的病原體感染了。之前，植物學家發現真菌可能感染土豆等植物，因此邁耶也在煙草上尋找有沒有真菌感染，卻一無所獲。他還查看了寄生蟲，仍然什么也沒有發現。

最后，邁耶從得病的植株里提取出汁液并注射到健康植株上，健康植株被感染了。邁耶意識到，一定有一些微小的病原體在植物體內繁殖。他再取了一些染病植株的汁液，放在實驗室里培養。結果真的長出一些細菌菌落來。這些菌落越長越大，到最后邁耶可以不借助顯微設備直接看到它們。邁耶用這些生病組織培養出細菌，把它們涂抹到健康植株上，并沒有讓健康植株出現相同的癥狀，他只好作罷。病毒世界繼續沉寂。

幾年后，另一位名叫馬丁努斯·拜耶林克（Martinus Beijerinck）的荷蘭科學家從邁耶止步的地方再次啟動了病原體尋找之旅。他想，會不會是什么比細菌小得多的病原體讓煙草染上了花葉病？他把染病植株磨碎，把得到的汁液用精細的過濾器過濾，去掉植物細胞和細菌，然后把得到的澄清液體注射到健康植株體內。這下，煙草得病了。

拜耶林克把新染病的植株再次磨碎，汁液過濾，得到的液體能繼續感染更多的健康植株。在染病植株的研磨液里一定有什么比細菌還小的東西，它們能自我復制，能傳染疾病。1898年，拜耶林克把它們稱為“有傳染性的活液”。

這些液體里含有的物質，是到那時為止所有生物學家前所未見的生命形式。這些物質不僅極其微小，也非常堅韌。酒精沒能讓濾出液失去傳染性，甚至把液體加熱到快沸騰了，這些物質似乎仍然毫發無傷。拜耶林克把濾紙泡在濾出液里，讓液體蒸發，直到濾紙徹底干燥。三個月后，他再把濾紙浸入水里，再用浸過濾紙的水去感染煙草，仍然能讓煙草染病。

拜耶林克將他的“有傳染性的活液”里的神奇物質稱為病毒，這是它第一次以我們如今熟悉的意義使用。然而，拜耶林克只是用這個詞來和之前人們所知的物質做出區分，從而標示這種物質不是動物、植物、真菌或細菌。它們究竟是什么，拜耶林克也沒有結論。

不久人們就發現，拜耶林克發現的，只是眾多病毒中的一種。20世紀初，其他科學家用類似的過濾后感染的方法，找到了其他疾病的致病病毒。他們甚至最終掌握了一種讓病毒增殖的方法，這種方法不依賴活體動植物，而只靠在培養皿或者燒瓶里培養的一些細胞。

但當時的科學家對病毒到底是什么仍然各執一詞。有些人認為，病毒僅僅是一些化學物質。還有一些科學家認為病毒是長在細胞里面的寄生生物。關于病毒的一切都爭議巨大，科學家甚至對這些病毒究竟有無生命都未能達成共識。1923年，英國病毒學家弗雷德里克·特沃特（Frederick Twort）甚至宣稱：“人類無法確定病毒的本質。”

由于化學家溫德爾·斯坦利（Wendell Stanley）的工作，越來越多人了解到病毒帶來的種種困惑。20世紀20年代，斯坦利還是一個學生，他在學校里學到了結晶的手段：分子可以聚合成重復的結構，從而形成晶體。晶體能夠展現出這種物質在一般情況下不會表現出的性質。比如，科學家用X射線照射晶體，通過觀察射線的反射方向，就能推斷晶體中分子的排布規律。

20世紀初，晶體幫助解決了生物學領域最大的謎團之一——酶到底是什么。科學家早就知道動物和其他生物會合成酶，酶能行使不同的功能，例如分解我們吃下去的食物。科學家想辦法讓酶結晶，從而發現了酶的本質是蛋白質。病毒會不會也是一種蛋白質？斯坦利感到好奇。

他選擇了人們熟悉的煙草花葉病毒，開始嘗試讓病毒結晶。斯坦利效仿了拜耶林克四十年前的做法，從受感染的煙草植株中獲得汁液，用精細的過濾器過濾。為了讓病毒結晶盡量沒有雜質，斯坦利從“有傳染性的活液”里盡力去除了蛋白質以外的所有化合物。

在經過重重凈化的液體里，斯坦利觀察到微小的細針形晶體開始生長。它們又慢慢長成乳白色的薄片。這是人類歷史上第一次有人不借助任何工具，僅用肉眼觀察到了病毒。

病毒晶體立馬變得如同礦物一樣堅硬，卻也像微生物一樣鮮活了。斯坦利把這些病毒晶體像廚房里的食鹽一樣儲存起來，數月不理。等再取一些溶進水里時，這些晶體仍然能恢復成不可見的病毒，再次感染煙草，其兇猛程度絲毫不減從前。

斯坦利于1935年發表了自己的實驗結果，他的發現震驚了世界。《紐約時報》評價這一發現“動搖了人們對生與死的區辨”。

不過，斯坦利還是犯了個不能忽略的小錯誤。1936年，英國科學家諾曼·皮里（Norman Pirie）和弗雷德·鮑登（Fred Bawden）發現病毒并不僅僅是由蛋白質構成的，事實上，蛋白質占了病毒組成的95%，另外5%是另一種神奇的長條狀分子，也就是核酸。在很多年以后，科學家會發現，核酸就是構成基因的物質，也正是在核酸的指導下，細胞才得以合成蛋白質和其他分子。我們人類的細胞，把基因的信息存儲在雙鏈核酸里，它們的全名叫脫氧核糖核酸，簡稱DNA。許多病毒的基因也是基于DNA的，但同時也有很多病毒，利用的是單鏈的核酸，也就是核糖核酸，簡稱RNA，前面提到的煙草花葉病毒就是這樣的病毒。

斯坦利結晶出煙草花葉病毒之后的四年，一個德國科研團隊終于成功看到了單個病毒。20世紀30年代有工程師發明了新一代顯微鏡，在新技術的幫助下，人們可以觀察比之前小得多的對象。古斯塔夫·考舍（Gustav Kausche），埃德加·普凡庫赫（Edgar Pfannkuch）和赫爾穆特·魯斯卡（Helmut Ruska）三位科學家把煙草花葉病毒晶體滴到純凈水里，放到新儀器下觀察。1939年，他們發表了觀察結果，描述了他們在顯微鏡下看到的一些300納米長的微小桿狀結構。在此之前，沒有人看到過如此微小的活物。讓我們來做個比較，假如你把一粒鹽撒在桌上，現在看著這個小顆粒，它的一條邊上可以挨個排下10個表皮細胞，或者100個細菌。如果你用煙草花葉病毒，則可以排下1000個。

在隨后的數十年里，病毒學家繼續深入地“拆解”病毒，希望全面了解它們的分子構成。科學家發現，病毒和人體細胞里都有核酸和蛋白質，但二者有很多區別。人的細胞內塞滿了上百萬不同種類的分子，細胞利用這些分子來感知環境，在環境中爬來爬去，把營養物質吞噬進去，然后生長，最終決定自己究竟要一分為二，還是要為了細胞同伴的利益而舍棄自己的生命。病毒通常比細胞要簡單得多，絕大多數病毒只是蛋白外殼包裹著幾個基因而已。

病毒學家逐漸發現，盡管病毒的遺傳信息量非常小，但它們仍然可以通過劫持其他生命體來自我復制。病毒把自己的基因和蛋白質注入宿主細胞，把它變成幫自己復制的“代工廠”。一粒小小的病毒進入一個細胞，一天之內，就有可能產出上千個病毒。

20世紀50年代，病毒學家已經掌握了關于病毒的基本信息，但他們遠遠沒有滿足，畢竟我們連病毒是通過哪些途徑讓人得病都還沒搞清楚。乳頭瘤病毒為什么能讓兔子長出角來，為什么它們到了人體內，又能引發全球每年數十萬例宮頸癌？為什么有的病毒對人致命，但另一些卻相對無害？病毒如何攻克宿主的防御系統，它們怎么能演化得比地球上任何別的物種都快……對這些問題，當時科學家都還沒有思路。在那個時候，他們還不知道一種日后會被命名為HIV的病毒，已經從黑猩猩和大猩猩蔓延到我們人類身上，而三十年后，這種病毒會變成人類歷史上最兇殘的殺手之一。病毒學家還無法想象地球上存在的病毒數量之巨，他們更猜不到，地球上生命的基因多樣性，很大一部分就蘊藏在病毒之中。他們不知道，我們呼吸的氧氣很大一部分是在病毒的幫助下生產出來的，連我們所在的這顆星球的溫度，都和病毒的活動息息相關。他們當然想象不到，人類基因組的一部分就來自感染了我們遠古祖先的上千種病毒，甚至今天地球上的生命，都可能是在四十億年前從病毒起源的。

如今的科學家都知道這些事了，更準確地說，他們都聽過這些說法。他們認識到，從遙遠的水晶洞到我們人類身體內部，地球就是一顆病毒星球。盡管科學家的認識還非常粗淺，但至少他們的探索已經開始。

讓我們也從這里開始吧。

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