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本文来自:百度知道日报
今年是鸡年,按理说……应该和往年一样吃很多鸡。鸡肉差不多是最廉价的动物蛋白来源,各大食堂都有拿鸡肉代替猪肉的菜谱;鸡蛋也是个好东西,营养全面、易于烹饪,还吸收率高。
可惜,吃不成。自去年冬天至今,全国多地出现禽流感疫情。根据中国卫生部发布的数据,年1月份,我国共有人感染H7N9禽流感,其中79人死亡。[1]
(电镜下的H7N9;图片来源:wikipedia.org)
为什么一出现禽流感大家就紧张兮兮地呢?换句话说,为什么我们认定了禽流感有爆发的可能呢?这要从禽流感的身世开始说起。
小传
任何生物,自其出生的那一刻起,便具有两个需求:一是生存,二是发展。所谓生存,就是活下去,最好活得长一些;发展也很容易理解,除了人类,所有物种都会拼命生育(或分裂),产生尽可能多的子代,确保自己的遗传物质可以流传下去。
二者之间其实存在着一定的矛盾。比如说,资源总是有限的,太多的子代,有时候可能影响到亲代的生存。不同的生物对此有着不同的应对方案。
病毒的方案最为特殊,基本上可以用四个字总结——“我不活了”。
以禽流感病毒为例,禽流感病毒属于正粘病毒科,由三种结构组成。核心,是8股RNA片段;核酸外面,被蛋白质包绕,二者共同组成核衣壳;核衣壳外面,则是一层包膜。包膜上有两种刺突,一种是血凝素(hemagglutinin,HA),另一种是神经氨酸酶(neuraminidase,NA)。[2]新闻提到禽流感总是“H某N某”的格式,这里的H和N指的就是血凝素和神经氨酸酶的种类。
(禽流感病毒模式图;图片来源:songshuhui.net)
换言之,和拥有线粒体等细胞器的普通细胞不同,更有别于组织分化成熟、器官各司其职的人类。禽流感病毒“家徒四壁”,既不能制造能量,也不能从周围的营养物质中获取能量,根本就没有过日子的打算。
远祖
禽流感病毒的这种结构,为研究其起源和变迁,造成了很大的麻烦。举个例子来说,禽流感病毒不可能有化石……
所以,对于病毒的起源,目前只有几个假说。有的学者认为病毒其实是退化的细胞器,也有的学者认为,病毒可能和细胞一样古老,二者互相渗透,彼此适应,共同进化。[3]
(进化树;图片来源:中国农业百科全书·生物学卷)
不管是哪种,总之,在某个时刻,禽流感病毒的始祖出现了,并且从一开始就与众不同,“选择”了RNA作为遗传物质。
这又和绝大多数生物出现了分歧。绝大多数生物选择DNA作为遗传物质,这不是没有理由的。举个例子来说,田鼠生活在野外,自卫能力差,天敌众多,只能凿穴而居、昼伏夜出。因此,每只田鼠都拥有出色的打洞能力和杰出的视力,它们也都希望,能把这些生存优势遗传下去。DNA拥有一套可靠的纠错机制,保证了基因复制的正确性。
相反,RNA不靠谱得多。RNA聚合酶的矫正能力很低,比宿主细胞高一百万倍左右。几乎每一个新病毒出生,都可能伴随着一个基因突变。[4]这就意味着,禽流感病毒没有选择去适应某个特定的环境,而是选择了适应所有环境。只要子代够多、子代的类型够多,理论上讲,不管遇到什么环境,都有部分子代可以适应。
近亲
当然,适应的前提,是先活下来。
既然没有细胞器,那就只有寄生一条路可走。当禽流感病毒遇到合适的宿主时,便会用血凝素(H)与细胞上的相应受体结合,粘附到宿主上;接着病毒进入细胞,脱去蛋白质,暴露出RNA,利用细胞内的物质,大肆复制;最后,神经氨酸酶(N)斩断新病毒和宿主细胞的联系,使病毒逃逸而出。[5]
(左,血凝素,右,神经氨酸酶;图片来源:wikipedia.org)
从这里,我们可以看出,血凝素(H)和神经氨酸酶(N),既决定了禽流感病毒的适应性,又左右着其毒力,也就是对细胞的杀伤能力。
接下来,就是有意思的地方了。我们用一个例子来说明。
二十世纪五十年代,澳大利亚最危险的动物,是兔子。它们数量庞大,到处打洞,啃食一切能消化的东西,而且,因为缺少天敌,还在加速增长中。无奈之下,当地政府举行了一个前无古人的生物学实验:投放一种粘液瘤病毒,杀死野兔。
结果呢?
之后不久,爆发了全国性的瘟疫,受感染兔子的死亡率接近%。随后,粘液瘤病毒的致命性不断下降。到今天,虽然还有兔子会因为粘液瘤病毒死亡,但总体的死亡率已经聊胜于无了。兔子的数量,也再次不受控制地增长。[6]
博弈
为什么会这样呢?
我们前面说到,RNA的复制过程很容易出错。因此,即使一个病毒进入一个细胞,也会产生各种各样的子代。有些子代可能会变化较大,重新编码蛋白质,产生新的血凝素(H)和神经氨酸酶(N)类型,这被称为抗原漂移。子代大致可以分为三种:第一种,毒力很强;第二种,毒力很弱;第三种则比较中庸。
那么,当这些子代逃离宿主细胞以后,会发生什么呢?
强毒株首先消失了!因为它的致命性太厉害,沾上谁谁死,往往还没能成功传递给下一个宿主,就跟现有宿主同归于尽了。
接着,弱毒株也越来越少。因为弱毒株虽然能大量散播,但是,不能对宿主造成损伤,或者损伤轻微,因而,就不能产生、释放足够数量的子代病毒,仅能在宿主的局部潜伏,甚至干脆被宿主的免疫系统干掉。
最终,反而是中等毒力毒株越来越多。[4]
(病毒入侵宿主模式图;图片来源于网络)
与此同时,兔子也在经历选择。抵抗力差或者存在免疫缺陷的兔子,在第一时间死去;抵抗力非常强或者天生存在某种基因突变、可以遏制粘液瘤病毒的兔子,活了下来,并且通过生殖,将自己的生存优势传递下去。
禽流感病毒和野鸟之间,必然也存在这样的博弈,并最终实现了一种均衡的势态。
你也奈何不了我,我也奈何不了你,大家只能凑合着过。
新人
接着,一种全新的生物出现了,加入到了这种博弈中。
这种生物,就是鸡。
因为智力杰出,人类发明了农业;因为有了充足的粮食,人类开始驯养动物;等有了稳定的动物蛋白来源,文明便在曙光之中了。
假如你是一个原始人,打算捕捉几只动物驯养,你会选择哪些动物呢?
可能原则只有一个——肉要多!乌龟那样的,绝对不行。
好了,现在你抓回一堆动物,养了一阵子,出现了几个新的问题:猫不太适合驯养,因为它只吃肉;鱼也不够好,总不能到哪都带着个水池子;兔子呢,又老是打洞。
于是你选择了鸡。
(鸡,图片来源:taopic.
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