過濾海洋病毒，海洋生物有一手

◎沈川

隨著基因技術的發展，人類對海洋病毒的認識逐漸深化：它們的數量和種類驚人，與之相比，海洋動物只能算“九牛一毛”；它們與周遭環境有著千絲萬縷的聯系，甚至有學者認為，它們才是影響生命進化和生物多樣性的關鍵；過濾海洋病毒，不少海洋生物還真的有一手……

法國塔拉海洋號科考船上的研究人員正在從海水中取樣

海洋竟是“病毒湯”

提起海洋，人們往往會想到種類豐富的海洋動物和裝滿集裝箱的遠洋航運，可隨著基因技術的發展，“海洋最小的秘密”病毒越來越引起重視。研究表明，每毫升海水的病毒含量就超過1000萬，而整個海洋的病毒數量更是達到了10的30次方之多，豐度十分驚人。假如有一天外星人舀了一勺海水回去化驗，沒準兒會得出這樣的結論：“嗯，地球是由病毒構成的！”事實上，包括細菌、病毒等肉眼看不見的超微粒子構成了海洋95%至98%的碳含量，而從浮游藻類到鯨魚等肉眼可見的生物的碳含量僅占了2%到5%。

海洋，原來是名副其實的“病毒湯”。

病毒結構簡單，主要由核酸和蛋白質外殼構成，可是病毒對維系海洋生態的作用卻很不簡單，著名的“殺死優勝者”理論就是一個有力的例證。該理論認為，由于病毒侵染宿主的概率與宿主密度有關，當宿主的密度過大時，病毒與宿主接觸的概率就更高，這就使得海洋中的任何優勢種群在競爭中都不能長期占據優勢地位，因為一旦總量超過一定規模，就很可能“惹禍上身”，被病毒盯上。病毒正是通過這種方式，抑制單一物種的過度繁衍，調節物種之間的競爭，維護海洋微生物群落的多樣性和群落結構。

病毒在海洋生態中十分活躍，通過侵染和裂解宿主，每一天海洋病毒都會“殺死”海洋中20%的海洋微生物。海洋作為地球最大的碳庫，每年吸收30%的人為排放的二氧化碳，是全球碳循環的重要推手，而其中海洋病毒的獨特作用，就體現在以“病毒分流”的形式打斷“捕食機理”，讓大量的碳不再循規蹈矩地從浮游植物到浮游動物，再到各種更高級生物進行傳遞。病毒裂解，減少了宿主被捕食的機會，使得一部分物質和能量不再向更高營養級輸送，使得大量的碳通過吸附或聚合等作用沉降到大洋深處。病毒就像隱身的守財奴葛朗臺，把碳“藏”了起來。

塔拉海洋號科考船的病毒大發現

塔拉海洋號科考船在航行中

2019年著名期刊《細胞》發表了一項調查研究，塔拉海洋號科考船在數次航行中，從近80處海域獲取146個海水樣本。科研人員在這些樣本中發現了195728個病毒種群，其中有41個樣本來自2013年該船在北冰洋上的科考航行。此次發現刷新了塔拉海洋號的“尋毒”記錄，超過之前數據量的12倍。研究作者、來自比利時的博士后安·喬治亞稱，“這極大拓展了我們對地球生物的認識。”塔拉海洋號是一艘從事海洋研究的科考船，由總部設在巴黎的非營利組織塔拉海洋基金會支持，自2003年起多次執行遠洋環境科考任務，重點研究海洋生態與環境危機，以及氣候變化對海洋的影響等。

識別病毒有點像做拼圖游戲。從不同海域、不同深度的海水取出樣本后，研究人員要先判斷海水中的基因物質是不是病毒，如果判斷是病毒，就要利用各種生物信息工具將其與已知的病毒進行比對。最后，再將每個病毒的基因進行比對，以將其分為不同的種群。

丹麥瓦登海的海灘上生活著大量牡蠣

此次病毒大發現有一個特點讓科研人員感到特別詫異：海域所處緯度與病毒的多樣性并沒有直接聯系，“北極很可能是未被發現的病毒多樣性搖籃”，而此前人們想當然地認為，熱帶地區的病毒種類比寒帶更多。研究者將此次調查發現的病毒種群分布劃為5個地理區域，分別是北極、南極、海深2000米以下、海深150至1000米，以及溫帶和熱帶海深0至150米的海域。

盡管數量已經很龐大，可這個病毒數據庫僅包含了DNA類病毒，不含RNA類病毒（DNA含有雙鏈基因物質，RNA含有單鏈基因物質）。研究者還指出，樣本的獲取僅是“一個短暫的瞬間”，再過幾個月進行提取，相同的地方很可能會有不同的結果。這就像人不能同時踏進同一條河流，道理是一樣的。

鼻病毒、脊髓灰質炎病毒、流感病毒……已知能感染人體的病毒約有200多種，它們一旦侵入人體細胞就會快速繁殖，使人致病。目前為止，人類所發現的絕大多數海洋病毒都是噬菌性病毒，也就是說它們能殺死細菌，而不是人。對此，美國俄亥俄州立大學微生物學家艾哈麥德·扎耶德稱，“所以你當然可以在海里游泳，大可不必害怕被病毒攻擊。”

“無尾”海洋新病毒或存在于人體

美國麻省理工學院的研究人員凱瑟琳·考夫曼在做病毒分析

北冰洋很可能是未被發現的生物多樣性搖籃

病毒結構簡單，主要由核酸和蛋白質外殼構成，可是病毒對維系海洋生態的作用卻很不簡單，著名的“殺死優勝者”理論就是一個有力的例證。

2018年來自美國麻省理工學院和位于紐約的阿爾伯特·愛因斯坦醫藥大學兩家機構的科研人員發現了一種前所未見的新海洋病毒，研究結果在英國《自然》雜志上發表。此前發現的大多數海洋病毒都帶有能感染細菌的“尾部”，而這是此次發現的新病毒所不具有的，因此讓它很難被發現。為此，科研人員給新病毒起了個恰如其分的名字：奧托呂科斯病毒。奧托呂科斯是古希臘神話里著名的竊賊，經常能從追蹤者的手中輕松逃脫。

博士后凱瑟琳·考夫曼和她的同事連續三個月從馬薩諸塞州的海邊收集海水，從中提取病毒后在實驗室內與某種海洋細菌放在一起進行培養。他們對能感染這種海洋細菌的所有病毒進行基因分析后，發現在200種病毒中有18種同屬一類“無尾”病毒。接下來的實驗充分展示出“無尾”病毒強大的殺菌威力：當這200種病毒被釋放至含有300種海洋細菌的環境后，新病毒雖然只占了觀察病毒總數的10%，卻殺死了40%的海洋細菌。由于這些海洋細菌有相當部分取自外海海域，因此研究者相信，奧托呂科斯病毒很可能在遙遠的海洋中也大量存在，而不僅限于馬薩諸塞州的海邊。

更進一步的分析顯示，奧托呂科斯病毒身材特別小，僅含有1萬個堿基對，而一般的海洋病毒通常含有4萬至5萬個堿基對。研究人員懷疑，這種病毒還可能存在于人體消化道內。病毒給人的印象大都不那么好，可確實有些病毒能保護人體不受細菌的侵襲，有的能促使人體分泌粘液，從而將病菌沖走。哺乳動物的消化道也存在大量病毒，雖然功能還不完全明朗，但其對維系宿主動物的健康顯然并非毫無作用。

非宿主海洋動物抗病毒有一手

今年3月，荷蘭皇家海洋研究學院海洋生物學家、博士后詹妮弗·威爾士在《科學報告》上發表了一項研究報告，對非宿主類海洋動物的抗病毒能力進行了初步探究。“當病毒感染細胞以后，”詹妮弗稱，“它會利用宿主產生新的病毒，這些病毒釋放之后又會感染更多的細胞。”可對于很多非宿主海洋動物來說，海洋病毒卻成了它們的果腹之物。

比如日本牡蠣，它在過濾海水的同時不光能獲取藻類、細菌等食物，還能消化病毒顆粒。據詹妮弗稱，在實驗中不投放任何食物的情況下，日本牡蠣清除了水中12%的病毒顆粒。詹妮弗在荷蘭特克塞爾島上的病毒生物學實驗室里研究的所有“殺毒高手”中，日本牡蠣僅排第四，前三甲分別是海綿、螃蟹和鳥蛤，其中海綿在3個小時內清除了94%的病毒，而即便每隔20分鐘向水里添加新的病毒，海綿也能不斷將其迅速“吃干凈”。

到目前為止，這些動物清除病毒的機理還不太清楚。詹妮弗認為，非宿主類動物對周遭環境的影響仍是病毒生物學領域一個被忽視的因素。不過她也承認，實驗具有一定的局限性，因為在自然環境中，這些動物的殺毒能力肯定會受到其他因素的影響，比如潮汐、溫度、紫外線照射等等。舉例來說，當一只正在過濾海水的牡蠣碰到一只螃蟹，它自然會關閉貝殼停止過濾。

該項研究對防止海水養殖帶來的海洋污染提供了新的思路。詹妮弗解釋道，“在海洋農場，魚類或貝類等數量龐大的單一物種被圈養了起來，而它們所在水體又與海洋直接相通，一旦出現病毒爆發，很可能會蔓延到海洋中危害其他野生物種。增加海綿之后，病毒爆發的威脅就可能被消滅在萌芽狀態。”

荷蘭海洋生物學家詹妮弗·威爾士在丹麥瓦登海的海灘上工作