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引言 有傳染性的活液

引言 有傳染性的活液

直到19世紀晚期,「病毒」這個詞才比較接近我們現在採用的意思,而這一轉變還要歸功於一次農業的大災難。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。
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」里儘力去除了蛋白質以外的所有化合物。
由於化學家溫德爾·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:分子可以聚合成重複的結構,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。
斯坦利結晶出煙草花葉病毒之後的四年,一個德國科研團隊終於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裡,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。
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裡的食鹽一樣儲存起來,數月不理。等再取一些溶進水裡時,這些晶九*九*藏*書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。
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窪里舀了一些水,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係。他研究的是病毒。
病毒學家逐漸發現,儘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複製。病毒把自己的基因和蛋白質注入宿主細胞,把它變成幫自己複製的「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。
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複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。有礦物晶體的洞穴並不少見,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。
斯坦利於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」。
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,我們儘管看到了病毒對人的影響,卻不知道它們是如何做到的。
幾年後,另一位名叫馬丁努斯·拜耶林克(Martinus Beijerinck)的荷蘭https://read.99csw.com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,會不會是什麼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,然後把得到的澄清液體注射到健康植株體內。這下,煙草得病了。
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。
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。基於自己的研究,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,裏面充滿了含有礦物質的熱水。火山岩漿不斷釋放熱量,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。
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)發現病毒並不僅僅是由蛋白質構成的,事實上,蛋白質佔了病毒組成的95%,另外5%是另一種神奇的長條狀分子,也就是核酸。在很多年以後,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於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。
水晶洞里從來也read.99csw•com沒有人,又不會感染什麼病毒,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,彷彿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。他把從水晶洞裡帶回的水放在顯微鏡下,大片大片的病毒展現在他眼前,每滴水裡都足有2億個病毒。

煙草花葉病毒和病毒世界的發現

20世紀50年代,病毒學家已經掌握了關於病毒的基本信息,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|頭瘤病毒為什麼能讓兔子長出角來,為什麼它們到了人體內,又能引發全球每年數十萬例宮頸癌?為什麼有的病毒對人致命,但另一些卻相對無害?病毒如何攻克宿主的防禦系統,它們怎麼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後會被命名為HIV的病毒,已經從黑猩猩和大猩猩蔓延到我們人類身上,而三十年後,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。
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麼不同。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read.99csw.com什麼也沒有發現。
20世紀初,晶體幫助解決了生物學領域最大的謎團之一——酶到底是什麼。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。
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藉助任何工具,僅用肉眼觀察到了病毒。
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。它們究竟是什麼,拜耶林克也沒有結論。
讓我們也從這裏開始吧。
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。
在隨後的數十年裡,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,然後生長,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捨棄自己的生命。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。
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。
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麼比細菌還小的東西,它們能自我複製,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,是到那時為九九藏書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髮無傷。拜耶林克把濾紙泡在濾出液里,讓液體蒸發,直到濾紙徹底乾燥。三個月後,他再把濾紙浸入水裡,再用浸過濾紙的水去感染煙草,仍然能讓煙草染病。
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麼洞穴,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片段同在線資料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,人的肺里平均駐紮了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。
最後,邁耶從得病的植株里提取出汁液並注射到健康植株上,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,到最後邁耶可以不藉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,把它們塗抹到健康植株上,並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。
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。儘管科學家的認識還非常粗淺,但至少他們的探索已經開始。
但當時的科學家對病毒到底是什麼仍然各執一詞。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裏面的寄生生物。關於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。」