尋找最微小的生命

娟子

15世紀末，當歐洲人踏上美洲大陸時，這里居住著2000萬～3000萬原住民。100年后，原住民只剩下不到100萬人，原因是歐洲殖民者把天花帶到了美洲，原住民對天花等疾病缺乏免疫機能，也缺乏防疫知識，很快就成群成群地死去。當時，人們一旦被傳染，只能聽天由命，如果能夠僥幸活下來，痊愈后臉上會留下大片的麻子，天花由此得名。

病毒的發現

早在公元前2～3世紀的印度和中國就有了關于天花的記錄，但人們并不知道患病的原因。直到19世紀末，病毒才逐漸被發現。

盡管天花病毒給人類帶來了一場又一場災難，但是人們最早發現的病毒卻是一種植物病毒——煙草花葉病毒。

19世紀，在荷蘭工作的德國人阿道夫·麥爾發現，有些煙草的葉片上會產生顏色黃綠相間、深淺不一的斑紋，他把這種病癥稱為煙草花葉病。1886年，麥爾把患有花葉病的煙葉加水研碎，取其汁液注射到健康煙草的葉脈中，結果引起花葉病，首次證明這種病不同于生理病害，是可以傳染的。通過對煙葉和土壤的分析，麥爾推想煙草花葉病是由細菌引起的，于是他利用細菌過濾器一遍一遍地過濾患病煙葉的研磨液，但是并沒有分離出致病的細菌。這個發現引起了許多科學家的好奇。

從事煙草病研究的俄國科學家伊萬諾夫斯基重復了麥爾的實驗。他進一步發現，患病煙葉汁液通過孔隙更小的燭形過濾器后，依然能引發健康的煙草發生花葉病。他大膽地推測這種現象存在兩種可能：一種可能是病原體非常微小，能夠通過過濾器；另一種可能是，細菌本身雖然不能通過過濾器，但是它分泌的毒素溶解在汁液里，也能引起花葉病。

為了驗證自己的推測，伊萬諾夫斯基整整花了6年時間不停地做實驗。他先把患病煙葉的汁液注射進第一株健康煙草的葉里；等這株煙草患病后，再把它的葉做成汁液，注射進第二株健康煙草的葉里；然后，把第二株的病葉做成汁液，注射給第三株，就這樣一株一株地注射下去。如果花葉病的病因是毒素，那么，注射進第一株煙草的毒素最多，發病也應該最快、最嚴重。隨后注射的毒素僅含有前一株的一部分，這樣，注射的毒素一株比一株少，煙草發病也應該一株比一株慢，一株比一株輕。可是，實驗結果恰恰相反，患病煙草是一株比一株發病快，一株比一株發病重。這就說明了病原體根本不是什么毒素，而是活的有機體。因為只有活著的生命，才可能在煙草中不斷繁殖，從而使汁液的毒性越來越強。

1898年，荷蘭細菌學家貝杰林克同樣證實了麥爾的觀察結果，并同伊萬諾夫斯基一樣，發現煙草花葉病的病原體能夠通過燭形過濾器。但貝杰林克研究得更深入，他把患病煙葉的汁液置于瓊脂凝膠塊的表面，發現感染煙草花葉病的物質能夠在凝膠中擴散，而細菌仍滯留于瓊脂的表面。同時，他還發現這種病原體只在分裂的細胞中復制。通過分析這些現象，貝杰林克指出，引起煙草花葉病的致病因子有三個特點：能通過燭形過濾器；僅能在感染的細胞內繁殖；在體外非生命物質中不能生長。

根據這幾個特點，貝杰林克提出，煙草花葉病的病原體不是細菌，而是一種新的物質，他稱之為“傳染性活液體”，并取名為病毒，拉丁名叫“Virus”。煙草花葉病毒成為第一個被證實的植物病毒，貝杰林克也被稱為“病毒學之父”。

幾乎與此同時，德國細菌學家勒夫勒和費羅施發現，引起牛口蹄疫的病原體也可以通過細菌過濾器，而且經高度稀釋后，仍具有感染性，排除了其為毒素的可能。他們的研究再次證實了伊萬諾夫斯基和貝杰林克的重大發現。

然而，病毒體積十分微小，以至于逃脫了光學顯微鏡的追蹤，使得它們未能在人類的視野里顯露原形，成了“隱形”的“小怪獸”，這也正是那一時期人們把病毒稱為“超顯微的濾過性病毒”的原因。

病毒的成分和形態

1935年，美國生化學家斯坦利發現，煙草花葉病毒濾液經胃蛋白酶處理后，喪失了侵染性。這個發現讓他十分激動：難道病毒是由蛋白質構成的？想要證明這個猜測并不困難，因為當時的技術已經可以純化并結晶蛋白質。斯坦利于是決定分離、提純煙草花葉病毒。在這種想法的刺激下，斯坦利不知疲憊地研磨了成噸的感染病毒的煙葉，結果他用提取蛋白質的方法得到了一小匙針狀結晶的東西。他把這種結晶物放在少量水中，用手指蘸一點溶液，在健康煙葉上摩擦幾下，一星期后這株煙草也出現了同樣類型的花葉病。今天，在美國加州大學原斯坦利的實驗室里，仍然保留著一個標注著“Tob Mos”字樣的瓶子，其中就盛放著當年斯坦利第一次提純的煙草花葉病毒。

此后又有許多別的病毒被結晶出來，并且科學家發現它們都是核蛋白。人們對病毒的身份也有了重新的認識：病毒可以像無生命的大分子一樣獨立存在，不表現生命特征；也可以寄生于活細胞內，借助寄主不斷增殖。這便是它生物大分子和微小生物體的雙重身份。煙草花葉病毒的結晶及其化學本質的發現是對醫學和生物科學的巨大貢獻，它不僅引導人們從分子水平去認識生命的本質，而且為分子病毒學和分子生物學的誕生奠定了基礎。鑒于斯坦利在煙草花葉病毒研究上的突出貢獻，1946年他被授予諾貝爾獎，這是病毒學領域第一個獲此殊榮的科學家。

當電子顯微鏡在世界上誕生以后，病毒的“隱形”把戲也玩到了盡頭。雖然德國工程師恩斯特·魯斯卡和馬克斯·克諾爾在1931年就發明了第一臺電子顯微鏡，但最初的放大倍數并不高。直到1939年，柯施首先用電子顯微鏡觀察到煙草花葉病毒。這是人類第一次直接觀察到病毒，也是電子顯微鏡在生命科學領域最早的重要成果之一。柯施描述了煙草花葉病毒的真實面目：圓桿狀，直徑約15納米，長約300納米，比細菌小得多，這就難怪它在光學顯微鏡下不會原形畢露了。同時，柯施還看到番茄黃化花葉病毒顆粒為球形，直徑為25納米。自此，人們在電子顯微鏡下觀察到許多不同形態和大小的病毒。歸納起來，在電子顯微鏡下觀察到的病毒形態主要有球狀、桿狀、蝌蚪狀等。

20世紀的下半葉是發現病毒的黃金時代，大多數能夠感染動物、植物或細菌的病毒在這數十年間被發現。國際病毒分類委員會（ICTV）第八次的報告內容顯示，已知的病毒種類大約是5450種，估計種類大約有4萬種。這些病毒往往只寄生在特定的生物細胞，根據宿主的不同可以分為植物病毒、動物病毒和細菌病毒（噬菌體）等不同的類群。

人類對病毒的利用

隨著人類對病毒的認識和研究的深入，人們逐漸發現病毒也可為人類謀福利。例如，利用病毒可以制作疫苗，使未感染的人或其他生物避免患病。最成功的例子就是人類研制出天花疫苗后，通過全世界范圍的接種，1980年5月8日世界衛生組織正式宣布，危害人類數千年的天花已經被根除。再如，用綠膿桿菌噬菌體進行針對治療，可以控制燒傷病人的感染化膿；用核型多角體桿狀病毒和顆粒病毒，可以快速高效地殺死棉鈴蟲、菜青蟲、甜菜夜蛾、松毛蟲、玉米蝗之類的農林害蟲，而這類病毒對人類、植物和其他動物是無害的，屬于環保型綠色殺蟲劑。在科研方面，病毒也可以成為科學家的幫手。在專一的細菌培養基中添加某類病毒，可以清除雜菌；在細胞工程中，仙臺病毒之類的病毒可以作為細胞融合的助融劑等。

過去人們把病毒最基本的功能視為致病，在今天看來，這其實是一種不完全的看法。實際上，導致疾病的病毒，很多只是在暴發感染的極短時間內在人體內生存很短的時間，而其他少量的病毒變體則能在人體內待較長時間。這樣的病毒變體并不引起癥狀，而且可以隨著人類一同進化，一些病毒的基因已成為高級哺乳動物染色體（DNA）中的基因組成部分。美國加利福尼亞大學的研究人員威拉瑞爾等人發現，在進化過程中人和脊椎動物直接從病毒那里獲得了100多種基因。所以，有人得出一個結論：病毒幫助人類進化。

（選自《生物學來了》）