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每天8亿病毒落在每平方土地 它们改变了人类的基因组

生物技术 时间:2019-10-23 16:07:12 作者:莫敖坤
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  我们知道,大量各式各样的病毒飘散在我们的空气中,那么我们与病毒接触的机会有多大?最近的一项研究首次探讨了这一问题:每一天,都有数以亿计的病毒落到每一平方米的土地上。不过,在感到头皮发麻的同时,下面这件事你也应该了解一下:除了带来疾病疫情,病毒对于人类演化和整个生态系统,起着哪些不为人知的作用?

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  在西班牙内华达山脉,一只国际研究团队在高山上放置了4只水桶。不过,他们的目标不是统计每天的降水量,也不是看有多少灰尘降落,而是收集从天而降的病毒雨。

  科学家推测,在对流层和飞机飞行的高度之间,有大量病毒环绕着地球旅行。此前人们对这个问题知之甚少,这就是为什么沉降在桶中的病毒数量令不列颠哥伦比亚大学的海洋病毒学家柯蒂斯·萨特尔带领的研究团队震惊不已。据计算,每平方米土地平均都有8亿病毒瀑布般倾泻而下。也就是说,每天降落在地表的病毒数量高达1018只。

  这些全球传播的病毒大多数是随着浪花散播到大气中的,还有一部分通过沙尘暴进入大气。

  “因为不受地球表面的摩擦阻碍,可以长途跋涉,所以洲际旅行对于病毒来说相当容易”,萨特尔举例说,“我们不时会看到,从非洲卷入大气的病毒最终沉降在北美。”

  这项由萨特尔博士主导的研究于不久前发表在《国际微生物生态学协会期刊》(International Society of Microbial Ecology Journal)上,这也是第一项计算落在地球上的病毒数量的研究。不过,这项研究不是为了研究流感或其他疾病,而是为了更好地了解我们头顶上方丰富多彩的“病毒圈”。

  通常人们认为,这些病毒起源于地球表面并被海浪或沙尘卷向空中,但也有一些研究者认为病毒实际上可能起源于大气层。(有一小部分研究者认为病毒甚至可能来自外太空,这种观点被称为“泛种论”。)

  无论如何,病毒有着迄今为止地球上数量最多的个体。在一平方米的范围内,除了数亿个病毒,萨特尔团队还发现了数千万的细菌。

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附着在细菌细胞壁残片上的病毒(来源:Biophoto Associates)

  改变生物演化轨迹

  我们印象中的病毒往往是传染性病原体,但它们的真实作用远远不仅于此。病毒在世界上扮演的中心角色怎么夸大都不过分:它们对我们的免疫系统肠道微生物群陆地和海洋生态系统、气候调节和所有物种的演化都至关重要病毒包含非常多样化的未知基因,并将它们传播给其他物种。

  去年,三位专家呼吁一项新举措以更好地了解病毒生态学,尤其是随着地球的变化。“病毒调节着所有生物的功能和演化,”俄亥俄州立大学的马修·沙利文、佐治亚州理工学院的约书亚·韦茨和田纳西大学的史蒂芬·威廉共同写道,“但至于到什么程度仍然是个谜。”

  病毒是否符合生物的定义?这一问题始终存在争议。虽然它们是微生物世界的顶级捕食者,但它们缺乏繁殖能力,所以必须占领宿主细胞(即感染)并利用其细胞器进行复制。病毒将自己的DNA注入宿主,有时合成的新基因对宿主有益并成为其基因组的一部分。

  研究人员最近发现,一种古老的病毒曾将其DNA插入到一类四肢动物基因组中,这类动物曾是我们的祖先。该段名为ARC的遗传密码是现代人类神经系统的一部分,在人类意识中发挥重要作用——包括神经传递、记忆形成和高阶思维。据估计,40%~80%的人类基因组可能与古老病毒的侵袭有关。

  病毒及其猎物也是全球生态系统的重要参与者。现在有许多研究旨在通过解读病毒的这些行为过程,进一步理解地球生命的运转方式。

  “如果你能给海洋里的所有生命物质称重,其中95%是你看不到的,它们负责供应地球上一半的氧气。”萨特尔博士说。

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