病毒助推生命進化

彭永清

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海洋物種與病毒

說起病毒，人們總是習(xí)慣將之與疾病聯(lián)系在一起。病毒雖然能奪走我們的生命，但它的存在也對人類有益。例如，病毒可以消退危害漁業(yè)生產(chǎn)的赤潮。最近的研究結(jié)果顯示，病毒在保護海洋生物多樣性方面起著關(guān)鍵作用。

在日本高知縣，四名頭戴草帽、身穿救生衣的學(xué)生乘小船來到海灣盡頭，他們將一個類似挖掘機的小型器具慢慢放入海中，隨后從海底打撈出散發(fā)著惡臭、黏糊糊的黑泥。領(lǐng)隊的高知大學(xué)教授長崎慶三說，這些黑泥中含有許多病毒，雖然還不清楚里面具體含有哪些，但正是它們給人類帶來了各種各樣的好處。

在地形獨特的高知縣浦內(nèi)灣，零散分布著為當(dāng)?shù)靥峁┴S富海產(chǎn)品的真鯛和鰤魚養(yǎng)殖場。但那里赤潮頻發(fā)，令漁業(yè)從業(yè)者非常苦惱。

病毒對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響很大，浮游生物感染病毒后會引發(fā)赤潮。1988年，浦內(nèi)灣發(fā)生赤潮，大量從未見過的浮游生物導(dǎo)致死亡的蛤蜊堆積如山，隨后，這種“新型赤潮”迅速擴散至日本各地。就在同時，挪威某研究小組發(fā)表了關(guān)于海洋中存在數(shù)量龐大的病毒的論文，令世界海洋生物學(xué)者震驚。長崎認(rèn)為，赤潮的發(fā)生是由于某些病毒將浮游生物當(dāng)作了宿主，另外，他帶領(lǐng)的研究小組還發(fā)現(xiàn)，赤潮的消退也與各種病毒有關(guān)。

學(xué)生們從海底打撈出淤泥，以研究引發(fā)赤潮的病毒。

高知縣浦內(nèi)灣的赤潮。赤潮海水（左）與普通海水（右）

引發(fā)赤潮的浮游生物細(xì)胞內(nèi)增殖的病毒

大約十年前，日本正式提出用病毒來防止赤潮的設(shè)想。日本水產(chǎn)技術(shù)研究所稱，目前已經(jīng)在新潟縣佐渡島等海域進行實證實驗。研究人員冷凍了赤潮時含有病毒的淤泥，將里面的有害細(xì)菌和藻類種子等殺死，只剩下病毒。當(dāng)赤潮再次發(fā)生時，將這些冷凍的淤泥重新放入大海，里面的病毒可以殺死浮游生物，使赤潮更早消退。該研究所主任中山奈津子稱，病毒只殺滅特定的赤潮浮游物，對其他浮游生物和水產(chǎn)生物無害。而且，病毒的繁殖能力非常強，用少量的淤泥就可以取得消退赤潮的效果。

但長崎教授說，用病毒來消退赤潮并沒那么簡單。因為，在對赤潮的研究過程中，他發(fā)現(xiàn)“赤潮與病毒間有著更加復(fù)雜的機制”。雖然浮游生物感染病毒后幾乎全部被殺滅，但總有極少部分幸存下來。而且，這些幸存下來的浮游生物即使感染病毒，也能繼續(xù)繁殖，很快又會發(fā)展至能夠引發(fā)赤潮的狀態(tài)。

長崎認(rèn)為，原本海里就有各種各樣的浮游生物，它們各自的目標(biāo)是大量繁殖，成為一方霸主。而在某種條件下勝出的浮游生物就會引發(fā)赤潮。但是，生態(tài)系統(tǒng)似乎不允許某一特定物種一直占據(jù)絕對優(yōu)勢，在病毒的作用下，浮游生物被分解后會作為營養(yǎng)成分留在原來的海域，維持著該海域物種的多樣性。因此，病毒一方面可以殺滅浮游生物，另一方面又能使海洋變得豐饒。

病毒讓考拉在危機中進化

作為澳大利亞象征的考拉正瀕臨滅絕。當(dāng)?shù)貙＜以A(yù)測，在未來幾十年內(nèi)，考拉會因感染某種病毒而減少24%。然而研究人員更關(guān)注的是，病毒是否也能促進考拉進化。

2019年下半年至2020年初，澳大利亞全境遭遇森林火災(zāi)，數(shù)萬只考拉被燒死。在當(dāng)?shù)匾患乙吧鷦游锟祻?fù)中心，有些本就身體狀況不佳的考拉在被送到那里后不久便死亡了。在對它們的尸體進行解剖后發(fā)現(xiàn)，死因是惡性腫瘤病毒轉(zhuǎn)移到了消化器官。

2000年，可引發(fā)白血病和惡性淋巴瘤等癌癥的逆轉(zhuǎn)錄病毒被確認(rèn)為這些考拉的死因。生活在昆士蘭州的考拉幾乎都攜帶這種病毒。澳大利亞博物館2014年發(fā)表的論文稱，過去的15～28年間，在境內(nèi)六家動物醫(yī)院中，考拉因上述疾病死亡的比例占到了32%。病毒感染不僅會在考拉群中擴散，還會改變考拉的基因結(jié)構(gòu)，并遺傳給下一代，這種現(xiàn)象被稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒的內(nèi)源性作用。這種病毒已經(jīng)受到了全世界科學(xué)家們的關(guān)注。

可引發(fā)白血病和惡性淋巴瘤等癌癥的逆轉(zhuǎn)錄病毒被認(rèn)為是考拉數(shù)量銳減的原因，但這種病毒最終會導(dǎo)致考拉的滅絕還是進化，還需進一步考證。

至于這種病毒最終會導(dǎo)致考拉的滅絕還是進化，日本東海大學(xué)醫(yī)學(xué)部講師中川草說，按照目前的狀況，尚不知道會朝哪個方向發(fā)展，但據(jù)2019年公布的研究結(jié)果，病毒的內(nèi)源性作用可能會使考拉抗感染能力增強。

人類得益于病毒

哺乳類動物腹中的胎盤是養(yǎng)育后代不可或缺的器官。近年的研究稱，這種鳥類和爬行類動物都不具備的重要器官，是由病毒從外部帶來的基因制造出來的。說明病毒在動物進化史中起著非常重要的作用。

2003年，日本東京醫(yī)科齒科大學(xué)教授石野史敏接到東海大學(xué)教授石野知子的電話時，難掩內(nèi)心的激動。石野知子在電話中告訴他，在人類的全基因組測序中，已經(jīng)確認(rèn)有一種與病毒有關(guān)的基因序列具備制造胎盤的功能。與此同時，其他研究小組也報告了人類和靈長類動物都擁有具備制造胎盤功能病毒的基因。

病毒感染導(dǎo)致許多生物死亡，但生物也能利用它學(xué)會生存之術(shù)。

那么，哺乳類動物是在何時有了胎盤呢？為了揭開這個謎團，石野教授等人以追溯進化史的方式對哺乳類動物的遺傳基因作了研究。他們發(fā)現(xiàn)，與胎盤形成相關(guān)的遺傳印記基因“PEG10”，與卵生的鴨嘴獸等單孔類哺乳動物的遺傳基因不同，與從單孔類中分支出來、通過母體生育后代的有袋類動物和人類等有胎盤類哺乳動物的遺傳基因有共同之處。這種基因序列可能是在恐龍尚未滅絕的約1.6億年前，通過病毒從外部帶入的。那時，哺乳類動物的祖先還像老鼠那樣小。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒在哺乳動物的胎盤進化中發(fā)揮了非常重要的作用。

在進化過程中，從外部帶入的基因具有急劇改變生物性質(zhì)的潛力。1990年啟動的、試圖揭開人類基因圖譜的國際項目“人類基因組計劃”于2003年宣告完成基因組測序工作。研究人員發(fā)現(xiàn)，人體中大約有8%的基因來自遠(yuǎn)古時期逆轉(zhuǎn)錄病毒的殘留。那時，病毒首先感染了動物，其中的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒會將自己的基因組整合在動物的基因組中，動物又利用這些基因組合成了一些有利于自己進化的物質(zhì)。

病毒感染導(dǎo)致許多生物死亡，但生物也能利用它學(xué)會生存之術(shù)。石野史敏說，為了適應(yīng)多變的環(huán)境，生物也在經(jīng)常變化，其中有一部分原動力就來自外部病毒進入到體內(nèi)的基因。

[編譯自日本《朝日新聞》]

編輯：侯寅