尋找最微小的生命

娟子

15世紀(jì)末，當(dāng)歐洲人踏上美洲大陸時(shí)，這里居住著2000萬(wàn)～3000萬(wàn)原住民。100年后，原住民只剩下不到100萬(wàn)人，原因是歐洲殖民者把天花帶到了美洲，原住民對(duì)天花等疾病缺乏免疫機(jī)能，也缺乏防疫知識(shí)，很快就成群成群地死去。當(dāng)時(shí)，人們一旦被傳染，只能聽(tīng)天由命，如果能夠僥幸活下來(lái)，痊愈后臉上會(huì)留下大片的麻子，天花由此得名。

病毒的發(fā)現(xiàn)

早在公元前2～3世紀(jì)的印度和中國(guó)就有了關(guān)于天花的記錄，但人們并不知道患病的原因。直到19世紀(jì)末，病毒才逐漸被發(fā)現(xiàn)。

盡管天花病毒給人類(lèi)帶來(lái)了一場(chǎng)又一場(chǎng)災(zāi)難，但是人們最早發(fā)現(xiàn)的病毒卻是一種植物病毒——煙草花葉病毒。

19世紀(jì)，在荷蘭工作的德國(guó)人阿道夫·麥爾發(fā)現(xiàn)，有些煙草的葉片上會(huì)產(chǎn)生顏色黃綠相間、深淺不一的斑紋，他把這種病癥稱(chēng)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(jié)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(guò)對(duì)煙葉和土壤的分析，麥爾推想煙草花葉病是由細(xì)菌引起的，于是他利用細(xì)菌過(guò)濾器一遍一遍地過(guò)濾患病煙葉的研磨液，但是并沒(méi)有分離出致病的細(xì)菌。這個(gè)發(fā)現(xiàn)引起了許多科學(xué)家的好奇。

從事煙草病研究的俄國(guó)科學(xué)家伊萬(wàn)諾夫斯基重復(fù)了麥爾的實(shí)驗(yàn)。他進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，患病煙葉汁液通過(guò)孔隙更小的燭形過(guò)濾器后，依然能引發(fā)健康的煙草發(fā)生花葉病。他大膽地推測(cè)這種現(xiàn)象存在兩種可能：一種可能是病原體非常微小，能夠通過(guò)過(guò)濾器；另一種可能是，細(xì)菌本身雖然不能通過(guò)過(guò)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(yàn)證自己的推測(cè)，伊萬(wàn)諾夫斯基整整花了6年時(shí)間不停地做實(shí)驗(yàn)。他先把患病煙葉的汁液注射進(jìn)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(jìn)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(jìn)第一株煙草的毒素最多，發(fā)病也應(yīng)該最快、最嚴(yán)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(fā)病也應(yīng)該一株比一株慢，一株比一株輕。可是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰相反，患病煙草是一株比一株發(fā)病快，一株比一株發(fā)病重。這就說(shuō)明了病原體根本不是什么毒素，而是活的有機(jī)體。因?yàn)橹挥谢钪纳趴赡茉跓煵葜胁粩喾敝常瑥亩怪旱亩拘栽絹?lái)越強(qiáng)。

1898年，荷蘭細(xì)菌學(xué)家貝杰林克同樣證實(shí)了麥爾的觀察結(jié)果，并同伊萬(wàn)諾夫斯基一樣，發(fā)現(xiàn)煙草花葉病的病原體能夠通過(guò)燭形過(guò)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(fā)現(xiàn)感染煙草花葉病的物質(zhì)能夠在凝膠中擴(kuò)散，而細(xì)菌仍滯留于瓊脂的表面。同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)這種病原體只在分裂的細(xì)胞中復(fù)制。通過(guò)分析這些現(xiàn)象，貝杰林克指出，引起煙草花葉病的致病因子有三個(gè)特點(diǎn)：能通過(guò)燭形過(guò)濾器；僅能在感染的細(xì)胞內(nèi)繁殖；在體外非生命物質(zhì)中不能生長(zhǎng)。

根據(jù)這幾個(gè)特點(diǎn)，貝杰林克提出，煙草花葉病的病原體不是細(xì)菌，而是一種新的物質(zhì)，他稱(chēng)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(gè)被證實(shí)的植物病毒，貝杰林克也被稱(chēng)為“病毒學(xué)之父”。

幾乎與此同時(shí)，德國(guó)細(xì)菌學(xué)家勒夫勒和費(fèi)羅施發(fā)現(xiàn)，引起牛口蹄疫的病原體也可以通過(guò)細(xì)菌過(guò)濾器，而且經(jīng)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(shí)了伊萬(wàn)諾夫斯基和貝杰林克的重大發(fā)現(xiàn)。

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

病毒的成分和形態(tài)

1935年，美國(guó)生化學(xué)家斯坦利發(fā)現(xiàn)，煙草花葉病毒濾液經(jīng)胃蛋白酶處理后，喪失了侵染性。這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓他十分激動(dòng)：難道病毒是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的？想要證明這個(gè)猜測(cè)并不困難，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)已經(jīng)可以純化并結(jié)晶蛋白質(zhì)。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(jié)果他用提取蛋白質(zhì)的方法得到了一小匙針狀結(jié)晶的東西。他把這種結(jié)晶物放在少量水中，用手指蘸一點(diǎn)溶液，在健康煙葉上摩擦幾下，一星期后這株煙草也出現(xiàn)了同樣類(lèi)型的花葉病。今天，在美國(guó)加州大學(xué)原斯坦利的實(shí)驗(yàn)室里，仍然保留著一個(gè)標(biāo)注著“Tob Mos”字樣的瓶子，其中就盛放著當(dāng)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(jié)晶出來(lái)，并且科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們都是核蛋白。人們對(duì)病毒的身份也有了重新的認(rèn)識(shí)：病毒可以像無(wú)生命的大分子一樣獨(dú)立存在，不表現(xiàn)生命特征；也可以寄生于活細(xì)胞內(nèi)，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(jié)晶及其化學(xué)本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)是對(duì)醫(yī)學(xué)和生物科學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，它不僅引導(dǎo)人們從分子水平去認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)，而且為分子病毒學(xué)和分子生物學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。鑒于斯坦利在煙草花葉病毒研究上的突出貢獻(xiàn)，1946年他被授予諾貝爾獎(jiǎng)，這是病毒學(xué)領(lǐng)域第一個(gè)獲此殊榮的科學(xué)家。

當(dāng)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(guó)工程師恩斯特·魯斯卡和馬克斯·克諾爾在1931年就發(fā)明了第一臺(tái)電子顯微鏡，但最初的放大倍數(shù)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(lèi)第一次直接觀察到病毒，也是電子顯微鏡在生命科學(xué)領(lǐng)域最早的重要成果之一。柯施描述了煙草花葉病毒的真實(shí)面目：圓桿狀，直徑約15納米，長(zhǎng)約300納米，比細(xì)菌小得多，這就難怪它在光學(xué)顯微鏡下不會(huì)原形畢露了。同時(shí)，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?cè)陔娮语@微鏡下觀察到許多不同形態(tài)和大小的病毒。歸納起來(lái)，在電子顯微鏡下觀察到的病毒形態(tài)主要有球狀、桿狀、蝌蚪狀等。

20世紀(jì)的下半葉是發(fā)現(xiàn)病毒的黃金時(shí)代，大多數(shù)能夠感染動(dòng)物、植物或細(xì)菌的病毒在這數(shù)十年間被發(fā)現(xiàn)。國(guó)際病毒分類(lèi)委員會(huì)（ICTV）第八次的報(bào)告內(nèi)容顯示，已知的病毒種類(lèi)大約是5450種，估計(jì)種類(lèi)大約有4萬(wàn)種。這些病毒往往只寄生在特定的生物細(xì)胞，根據(jù)宿主的不同可以分為植物病毒、動(dòng)物病毒和細(xì)菌病毒（噬菌體）等不同的類(lèi)群。

人類(lèi)對(duì)病毒的利用

隨著人類(lèi)對(duì)病毒的認(rèn)識(shí)和研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)病毒也可為人類(lèi)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(lèi)研制出天花疫苗后，通過(guò)全世界范圍的接種，1980年5月8日世界衛(wèi)生組織正式宣布，危害人類(lèi)數(shù)千年的天花已經(jīng)被根除。再如，用綠膿桿菌噬菌體進(jìn)行針對(duì)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(chóng)、菜青蟲(chóng)、甜菜夜蛾、松毛蟲(chóng)、玉米蝗之類(lèi)的農(nóng)林害蟲(chóng)，而這類(lèi)病毒對(duì)人類(lèi)、植物和其他動(dòng)物是無(wú)害的，屬于環(huán)保型綠色殺蟲(chóng)劑。在科研方面，病毒也可以成為科學(xué)家的幫手。在專(zhuān)一的細(xì)菌培養(yǎng)基中添加某類(lèi)病毒，可以清除雜菌；在細(xì)胞工程中，仙臺(tái)病毒之類(lèi)的病毒可以作為細(xì)胞融合的助融劑等。

過(guò)去人們把病毒最基本的功能視為致病，在今天看來(lái)，這其實(shí)是一種不完全的看法。實(shí)際上，導(dǎo)致疾病的病毒，很多只是在暴發(fā)感染的極短時(shí)間內(nèi)在人體內(nèi)生存很短的時(shí)間，而其他少量的病毒變體則能在人體內(nèi)待較長(zhǎng)時(shí)間。這樣的病毒變體并不引起癥狀，而且可以隨著人類(lèi)一同進(jìn)化，一些病毒的基因已成為高級(jí)哺乳動(dòng)物染色體（DNA）中的基因組成部分。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的研究人員威拉瑞爾等人發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)化過(guò)程中人和脊椎動(dòng)物直接從病毒那里獲得了100多種基因。所以，有人得出一個(gè)結(jié)論：病毒幫助人類(lèi)進(jìn)化。

（選自《生物學(xué)來(lái)了》）