病毒的起源怎样形成的?
这可能是一个与“生命从哪来”一样迷人的问题。病毒是生命吗?第一个病毒是如何诞生的?为什么会有这么多种病毒呢?今天我们就来认识一个这个问题吧!
▲麻疹病毒结构示意,内含多种蛋白质与核酸
电脑病毒真的是一种“病毒”
还记得几年前的时候,电脑也是会“中毒”的,中的是“电脑病毒”。在早期的时候有很多病毒只是为了单纯地将电脑搞坏,但是现在的病毒多是以窃取用户信息为目的,所以一般称呼为“木马”了。
有趣的是,原先的名字深得“病毒”精髓,如果说当初有人将它命名为“电脑细菌”可就没这么传神了,因为它们都是结构简单,没有独立功能的小东西。
▲大名鼎鼎的熊猫烧香病毒
所谓的“电脑病毒”其实就是一些小程序,电脑如果从外界获得了这个程序文件并运行了一次(主动或被动),就算是“感染”了。这些小程序中包含的内容大约可以概括为三部分——“复制”、“任务”、“传播”
首先是复制,它们会自动将自身的文件备份并隐藏起来,用正常的方法既看不到也无法删除它们。
其次是任务,早期的电脑病毒会做一些删除用户信息甚至是破坏电脑硬件的事,但现在的“木马”主要是将用户信息窃取并发送给网络另一端的黑客。
最后是传播,这些程序会控制电脑的对外端口,以邮件或U盘等形式向外传播自己的复制体,以期感染另一台电脑。
▲信息安全的大敌——木马
可以看到,“电脑病毒”是完全依赖电脑才能生效的,它并不是一个单独的个体,但是却可以实现很多现实中的操作。理论上来说,你甚至可以在“任务”中搭载核弹发射的程序(当然大国的武器需要至少两个人的实体操作,并不可能被黑客劫持)
▲核按钮其实是一台卫星电话,最终还是需要人来操作
只为复制与传播自己的DNA
现在我们要说说细胞了,非常有意思,它的工作过程其实非常像计算机,DNA中的信息通过转录与翻译变成主要功能成分——蛋白质。各种复杂蛋白质的相互理化作用完成了细胞内外能量与物质的交换,表现为我们所知的生命活性。从DNA到蛋白质的过程就像电脑中从硬盘中调取程序,翻译成机器语言并执行甚至操控机器。
▲RNA翻译为蛋白质与自动折叠
在这样一个比喻中,DNA对应程序,蛋白质对应机器操作。那么自然而然的,如果有一些小的DNA片段就像那些不怀好意的程序一样,可以执行一些与正常细胞活动无关,却对复制与传播自己非常有利的操作,会怎么样?
没错,这些极小的,完全以细胞为宿主复制并传播自己的,以DNA为核心并以蛋白质外壳为主要传播工具的小有机分子团就是病毒(还有一部分是以RNA为核心的病毒,不过基本原理是一样的)。
▲已经包装好的腺病毒,每一个小球就是一个氨基酸基团
平均来说与3万个病毒才与一个细菌的体积相当,它们是如此的小,光学显微镜在病毒面前完全失效了,以至于在发现了细菌70年后的1898年人类才发现了第一种病毒——烟草花叶病毒,而人类真正可以一窥病毒的真容要等到40年后的1938,电子显微镜问世后。
▲电子显微镜下的烟草花叶病毒(杆状)
细菌虽然也很小(平均5万个细菌才与一个人类肝脏细胞体积相当),但它是一个完整的细胞,只要提供合适的环境就可以生存繁殖,但病毒如果没有宿主则是一些完全没有生物活性的有机分子团而已。因此病毒被认为是介于生物与非生物间的存在,也叫“无细胞结构生命体”。
▲冠状病毒电镜照片,颜色是添加的,事实上病毒都是透明的
在病毒刚被发现时,有人认为病毒这么小,很可能是世界上最早的生命形态。不过通过上面的比喻,我们知道没有电脑当然不会出现电脑病毒,所以地球上第一个生命一定拥有细胞结构。于是我们想知道,这世界上第一个病毒是从哪里来的呢?
▲这种玩具……意外地很像冠状病毒
现在主流的观点认为:
第一个病毒源自细胞内的DNA突变。
几十亿年前某个细菌的DNA片段发生了一次偶然地、极小概率地突变,拥有了将自己从DNA链条上剪下来单独复制的能力。剪下来的DNA片段中可能会有一些合成蛋白质相关的基因,再经过某些偶然的突变后这些基因可以合成一些特殊的,有封闭空间结构的蛋白质外壳。它的表面拥有一些特别的受体蛋白,可以牢牢粘在其它细菌的表面并通过离子通道打开进入细胞内的大门。
▲直到现在这种剪掉多余片段的基因依然在工作着
现在,可以自我复制的DNA片段在随机的热运动中“组装”进蛋白质外壳,当这个细菌死亡破裂后,这些小东西就会在环境中扩散,与其它细菌接触并将其中的DNA片段注入其内部,复制自己的DNA与外壳,直到将受感染的细菌消耗竭尽死亡破裂,再向环境中释放大量的复本。于是乎,一个复制与传播的链条就完整了,这可能就是世界上第一个病毒诞生的故事。
▲噬菌体的感染过程
从38亿年前出现细菌到20亿年前出现真核生物,细菌独占了地球18亿年,所以可以想像这漫长的时间里也一定伴随着病毒的身影。这些小东西现在依然活跃在地球上且非常丰富,数量超过了所有其它生命形式的总和,噬菌体——可能这个星球上最古老的病毒。
▲电镜下的噬菌体(当然它们也是透明的)
现在人类已经发现并命名了差不多5000种病毒,据估计世界上总共有数百万种病毒。因为病毒可能于任意时间诞生在任意一种生命形式的细胞中,所以可以说每一刻可能都是某种病毒“创世纪”的一刻。突变是病毒诞生的源动力,只要生命还在进化,就有可能出现全新的病毒。
▲噬菌体的入侵过程,细细的腿其实只拥有粘着作用
现在大家差不多有了一个大概的了解:病毒是细胞的衍生物,是各种BUG的集合体,是造反的DNA片段。它们诞生于随机的突变中,脱离了细胞的正常生命流程,在自然选择的压力下成为了实践复制与传播,拥有生命特征的有机分子团。
那为什么细胞会留下BUG存在的机会呢?这就是另一个故事了,感兴趣的朋友可以阅读我的历史文章《如果这个世界真的是虚拟的,人为什么还会生病?》
我是酋知鱼,一条东一锤子西一榔头的科学作者,欢迎关注!
何谓宿主?
所谓宿主,就是病毒或者寄生虫的容身之处,也就是它们找到一个能够生存繁殖的地方。
病毒要找的地方就是生物活着的细胞,它们把这个当做自己入住的房子,这个房子的主人就是宿主啰。
但病毒入住房屋,既不像入住宾馆那样登记付款,也不征得主人同意,有点像鬼子进村,强行霸占。
宿主就是被病毒入侵的受害者。
植物、动物、微生物、人类都可以做病毒的宿主,包括细菌。
这些病毒到了宿主的细胞里,不但不付房租,还要宿主好吃好喝的供养者,它们吃完了一房子的东西,养大了一大帮子子孙孙,房子利用完了,就把房子也拆了,子子孙孙蜂拥而出,又祸害其他的房子。
这个“房子”就是宿主的细胞。
宿主们觉得很冤枉:俺们养活了你们,你们怎么还要破坏俺的机体,杀死俺呢?
病毒们也觉得很冤枉:俺们又没想杀死你们,杀死你们俺有什么好处?就没有藏身之地了,没找到其他的宿主俺就没法活了。俺们只是想活着,传宗接代而已。
不知道大家看了病毒和宿主上述对话,对病毒和宿主的角色定位清楚了不?
病毒没有找到宿主,就无法活命。
在自然界,所有的生命基本都是由细胞组成。
细胞有真核细胞和原核细胞。真核细胞就是有成型细胞核,而原核细胞则没有成型细胞核。自然界所有生物几乎都由这两类细胞组成,但病毒却是个例外。
病毒没有细胞,实际上只形成了细胞里面的一段DNA或者RNA,由一个核酸长链和蛋白质外壳构成,没有自己的代谢机构,也没有酶系统,是似是而非的生命形态。
这种介于生命和非生命之间的物质,没有进入宿主细胞前,无法通过外界刺激获取食物,也无法自我繁衍,不吃不动就像个死物,看起来就是个大分子。
但这一切都是假象、装死,一旦遇到合适的宿主,它们就“苏醒”过来,开始利用宿主细胞里的营养物质,复制装配自己的下一代。
所以病毒就必须找到宿主,才能够成为一个“活着”的东西。
病毒“活命”的办法是:进入宿主细胞后,立即释放出自己的遗传物质RNA,通过转录酶的作用,让自己的RNA转录到细胞的DNA中,这样就相当于绑架了DNA,强制DNA指导蛋白质生产,并命令这些蛋白质组装成自己的遗传物质,达到繁衍的目的。
病毒在细胞中这种转录装配速度很快,1个小时能够复制1000多次。当最开始感染的那个细胞充满了病毒时,病毒就释放出溶解酶,将这个细胞溶解,释放出的病毒就快速的感染其他健康细胞。
这个过程就是宿主感染病毒后的潜伏期,当病毒破坏了大量细胞,繁殖出足够大量的病毒时,宿主就会生病了。而病毒还在不断的繁衍自己,最终占据了宿主整个身体主要部件,杀死宿主。
现在知道病毒为啥一定要找到宿主了吧?
杀死宿主是病毒和宿主双输的结果。
宿主死了,病毒也没法活。因此,病毒并不想与宿主同归于尽,只不过它们生存和繁衍的本能,导致了这种双输的结果。
有些病毒就能够与宿主共生。在人的血液中可以检测到数十种病毒,长期在人的细胞中生存,而人不会患病。如巨细胞病毒、爱泼斯坦 - 巴尔病毒、单纯疱疹病毒、指环病毒,乳头状瘤病毒、细小病毒、多瘤病毒、腺病毒、人类免疫缺陷病毒和人类T淋巴细胞病毒等等。
这些病毒属于“聪明”的病毒,长期生存在“舒适”的环境中,繁殖不快,使宿主难以觉察,两全其美。
但这并不是说这些病毒有多好的“心肠”,一有时机,它们还是会露出凶神恶煞的本来面目~当一个人抵抗力下降时,就大量繁殖,使人致病致死。
在宿主体内,有抵抗病毒入侵的军队~免疫系统。
这种免疫能力在很远古的时候就已经进化出来了。
其实这也是拜病毒所赐,由于病毒的入侵,干扰了宿主遗传物质与内生环境的稳定,就促使宿主为了保护自己产生变异,这样渐渐就形成了免疫系统。
免疫系统主要通过识别抗原分子有别于自身抗原的三维立体结构,来清除病毒颗粒以及有病毒抗原膜表达的感染细胞。
但这些免疫系统,没有进入细胞内识别外来核酸序列的能力,这样病毒就能够在细胞中长期驻留。尽管如此,免疫系统还是一定程度能够抑制子病毒扩散,把病毒限定在一定范围,保护宿主遗传物质和特征在一定时间内的稳定。
然而病毒的求生欲望强大得超乎人们想象,它们会发挥出自己最大的一个技能,就是变异。病毒之所以变异快,与其遗传特性有关。
病毒的遗传物质是RNA,这种单链条结构使病毒在自我复制时,没有纠错环节,这样复制过程中就会错误百出,而这些错误反而阴差阳错的成为了病毒变异快的特性,也是病毒生存的最大能力。
新冠状病毒就是这样,它们开始需要经过中间宿主才能够感染人类,很快就变异出了人传人的能力,这样其感染传播能力就大大加强了。
病毒的变异导致了宿主防疫系统的紊乱、崩溃,还会导致过度反应,形成宁肯错杀一千也不放过一个的局面,这样防疫系统也成为了病毒的帮凶,好心办了坏事,把自己的主人杀死了。
现在世界上的病毒数都数不清,一些研究认为,病毒很可能有上亿种。
已知的脊椎动物、无脊椎动物、植物、苔藓、蘑菇和褐藻等寄生病毒就有170多万种,哺乳动物为宿主的病毒有32万种,以人类为宿主的病毒已知的也有数千种。
幸好绝大多数病毒对人并无大碍,有许多病毒可以与人共生,真正置人于死地的只是极少的那么几十种。有人危害人类最大的10大病毒为埃博拉病毒、流感病毒、艾滋病毒、天花病毒、狂犬病毒、肝炎病毒、登革热病毒、SARS冠状病毒、瓦尔堡病毒、西尼罗河病毒等。
但病毒总归是人类生存和繁衍的一大竞争对手,许多科幻影视对病毒的描述十分令人恐怖,如《生化危机》中的描述,灭绝人类的最终会是病毒吗?
西安地区的疫情并没有那么严峻,如果想要有效防控新冠疫情的话,西安地区就需要用严格的方式来执行各种举措。
在西安地区出现新冠疫情之后,因为有些新冠病例被检测为奥密克戎变异毒株的确诊情况,为了保护所有人的安全,西安地区才会组织居民临时进行核酸检测。在此过程当中,有些区域也实行了临时性的管控,但西安地区并没有正式封城,很多商铺也可以正常营业。
西安地区的居民在半夜做核酸检测。
为了防控新冠疫情,当西安的各个片区出现新冠确诊病例之后,相关片区的居民需要临时进行核酸检测,有的居民甚至会被安排到半夜12点后进行核酸检测。虽然这个方式影响到了很多居民的正常生活,为了保护所有人的安全,几乎所有的居民都在自觉进行核酸检测。
西安地区的疫情并没有那么严峻。
在看到半夜12点做核酸检测以后,很多网友认为西安地区的疫情非常严峻,所以才会推出这样的措施。事实上:在我们防控新冠疫情的过程当中,我们需要尽可能提前做好各种预防措施,通过这种方式把疫情扼杀在源头。为了避免出现聚集性的感染情况,西安地区才会临时进行核酸检测,这个措施也确实可以有效防控新冠疫情。
我个人非常支持这样的措施。
以我个人来看,虽然西安地区出现的确诊病例并不多,但因为西安地区的疫情属于奥密克戎变异毒株的传播情况,奥密克戎变异毒株的传播能力非常强,所以我们需要进一步避免奥密克戎变异毒株向外扩散。还没有确定相关源头的情况下,我们更需要主动避免奥密克戎变异毒株所导致的一系列的传播链条。
北京本轮疫情共报告228例感染病例,在11个区进行两轮区域核酸筛查后,北京的新病例数量仍保持在数十例,影响12个区。北京将排查各种传播隐患,坚决阻断病毒传播链,打赢疫情防控硬仗。朝阳区潘家园街松鱼西里社区共报告了6例当地确诊病例。根据市疾病预防控制中心的评估,北京市将从现在起按照新冠状病毒疾病在北京的风险分类标准,将朝阳区潘家园街松屿西里社区从中等风险区升级为高风险区。
根据北京市新冠状病毒疾病的风险分类标准,北京市将立即将房山区六里河镇兴里村由低风险区升级为中风险区。疫情防控处于关键时刻。始终不渝地坚持“动态归零”的方针。按照“快、严、准、实”的要求,全力以赴,分秒必争,从严以速控速,迅速的行动与病毒赛跑。
控制风险人员和风险点,排查各种传播隐患,坚决阻断病毒传播链,尽快清理社会表面,打赢疫情防控硬仗,确保公民健康和生命安全。加强核酸筛查的整体调度,优化核酸采集、交付、检验和报告的各个环节,加强信息平台的运行维护,确保快速检测和快速输出,检测结果的相互认可,在抵达北京后7天内,北京单位主管应督促返京员工在返岗前48小时内进行补充核酸检测,做好个人健康监护工作。出现发热、咳嗽等症状的,应当按照规定及时就医。