◎沈川

隨著基因技術(shù)的發(fā)展，人類對海洋病毒的認(rèn)識逐漸深化：它們的數(shù)量和種類驚人，與之相比，海洋動物只能算“九牛一毛”；它們與周遭環(huán)境有著千絲萬縷的聯(lián)系，甚至有學(xué)者認(rèn)為，它們才是影響生命進(jìn)化和生物多樣性的關(guān)鍵；過濾海洋病毒，不少海洋生物還真的有一手……

法國塔拉海洋號科考船上的研究人員正在從海水中取樣

海洋竟是“病毒湯”

提起海洋，人們往往會想到種類豐富的海洋動物和裝滿集裝箱的遠(yuǎn)洋航運(yùn)，可隨著基因技術(shù)的發(fā)展，“海洋最小的秘密”病毒越來越引起重視。研究表明，每毫升海水的病毒含量就超過1000萬，而整個海洋的病毒數(shù)量更是達(dá)到了10的30次方之多，豐度十分驚人。假如有一天外星人舀了一勺海水回去化驗，沒準(zhǔn)兒會得出這樣的結(jié)論：“嗯，地球是由病毒構(gòu)成的！”事實上，包括細(xì)菌、病毒等肉眼看不見的超微粒子構(gòu)成了海洋95%至98%的碳含量，而從浮游藻類到鯨魚等肉眼可見的生物的碳含量僅占了2%到5%。

海洋，原來是名副其實的“病毒湯”。

病毒結(jié)構(gòu)簡單，主要由核酸和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成，可是病毒對維系海洋生態(tài)的作用卻很不簡單，著名的“殺死優(yōu)勝者”理論就是一個有力的例證。該理論認(rèn)為，由于病毒侵染宿主的概率與宿主密度有關(guān)，當(dāng)宿主的密度過大時，病毒與宿主接觸的概率就更高，這就使得海洋中的任何優(yōu)勢種群在競爭中都不能長期占據(jù)優(yōu)勢地位，因為一旦總量超過一定規(guī)模，就很可能“惹禍上身”，被病毒盯上。病毒正是通過這種方式，抑制單一物種的過度繁衍，調(diào)節(jié)物種之間的競爭，維護(hù)海洋微生物群落的多樣性和群落結(jié)構(gòu)。

病毒在海洋生態(tài)中十分活躍，通過侵染和裂解宿主，每一天海洋病毒都會“殺死”海洋中20%的海洋微生物。海洋作為地球最大的碳庫，每年吸收30%的人為排放的二氧化碳，是全球碳循環(huán)的重要推手，而其中海洋病毒的獨(dú)特作用，就體現(xiàn)在以“病毒分流”的形式打斷“捕食機(jī)理”，讓大量的碳不再循規(guī)蹈矩地從浮游植物到浮游動物，再到各種更高級生物進(jìn)行傳遞。病毒裂解，減少了宿主被捕食的機(jī)會，使得一部分物質(zhì)和能量不再向更高營養(yǎng)級輸送，使得大量的碳通過吸附或聚合等作用沉降到大洋深處。病毒就像隱身的守財奴葛朗臺，把碳“藏”了起來。

塔拉海洋號科考船的病毒大發(fā)現(xiàn)

塔拉海洋號科考船在航行中

2019年著名期刊《細(xì)胞》發(fā)表了一項調(diào)查研究，塔拉海洋號科考船在數(shù)次航行中，從近80處海域獲取146個海水樣本。科研人員在這些樣本中發(fā)現(xiàn)了195728個病毒種群，其中有41個樣本來自2013年該船在北冰洋上的科考航行。此次發(fā)現(xiàn)刷新了塔拉海洋號的“尋毒”記錄，超過之前數(shù)據(jù)量的12倍。研究作者、來自比利時的博士后安·喬治亞稱，“這極大拓展了我們對地球生物的認(rèn)識。”塔拉海洋號是一艘從事海洋研究的科考船，由總部設(shè)在巴黎的非營利組織塔拉海洋基金會支持，自2003年起多次執(zhí)行遠(yuǎn)洋環(huán)境科考任務(wù)，重點(diǎn)研究海洋生態(tài)與環(huán)境危機(jī)，以及氣候變化對海洋的影響等。

識別病毒有點(diǎn)像做拼圖游戲。從不同海域、不同深度的海水取出樣本后，研究人員要先判斷海水中的基因物質(zhì)是不是病毒，如果判斷是病毒，就要利用各種生物信息工具將其與已知的病毒進(jìn)行比對。最后，再將每個病毒的基因進(jìn)行比對，以將其分為不同的種群。

丹麥瓦登海的海灘上生活著大量牡蠣

此次病毒大發(fā)現(xiàn)有一個特點(diǎn)讓科研人員感到特別詫異：海域所處緯度與病毒的多樣性并沒有直接聯(lián)系，“北極很可能是未被發(fā)現(xiàn)的病毒多樣性搖籃”，而此前人們想當(dāng)然地認(rèn)為，熱帶地區(qū)的病毒種類比寒帶更多。研究者將此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的病毒種群分布劃為5個地理區(qū)域，分別是北極、南極、海深2000米以下、海深150至1000米，以及溫帶和熱帶海深0至150米的海域。

盡管數(shù)量已經(jīng)很龐大，可這個病毒數(shù)據(jù)庫僅包含了DNA類病毒，不含RNA類病毒（DNA含有雙鏈基因物質(zhì)，RNA含有單鏈基因物質(zhì)）。研究者還指出，樣本的獲取僅是“一個短暫的瞬間”，再過幾個月進(jìn)行提取，相同的地方很可能會有不同的結(jié)果。這就像人不能同時踏進(jìn)同一條河流，道理是一樣的。

鼻病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒、流感病毒……已知能感染人體的病毒約有200多種，它們一旦侵入人體細(xì)胞就會快速繁殖，使人致病。目前為止，人類所發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)海洋病毒都是噬菌性病毒，也就是說它們能殺死細(xì)菌，而不是人。對此，美國俄亥俄州立大學(xué)微生物學(xué)家艾哈麥德·扎耶德稱，“所以你當(dāng)然可以在海里游泳，大可不必害怕被病毒攻擊。”

“無尾”海洋新病毒或存在于人體

美國麻省理工學(xué)院的研究人員凱瑟琳·考夫曼在做病毒分析

北冰洋很可能是未被發(fā)現(xiàn)的生物多樣性搖籃

病毒結(jié)構(gòu)簡單，主要由核酸和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成，可是病毒對維系海洋生態(tài)的作用卻很不簡單，著名的“殺死優(yōu)勝者”理論就是一個有力的例證。

2018年來自美國麻省理工學(xué)院和位于紐約的阿爾伯特·愛因斯坦醫(yī)藥大學(xué)兩家機(jī)構(gòu)的科研人員發(fā)現(xiàn)了一種前所未見的新海洋病毒，研究結(jié)果在英國《自然》雜志上發(fā)表。此前發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)海洋病毒都帶有能感染細(xì)菌的“尾部”，而這是此次發(fā)現(xiàn)的新病毒所不具有的，因此讓它很難被發(fā)現(xiàn)。為此，科研人員給新病毒起了個恰如其分的名字：奧托呂科斯病毒。奧托呂科斯是古希臘神話里著名的竊賊，經(jīng)常能從追蹤者的手中輕松逃脫。

博士后凱瑟琳·考夫曼和她的同事連續(xù)三個月從馬薩諸塞州的海邊收集海水，從中提取病毒后在實驗室內(nèi)與某種海洋細(xì)菌放在一起進(jìn)行培養(yǎng)。他們對能感染這種海洋細(xì)菌的所有病毒進(jìn)行基因分析后，發(fā)現(xiàn)在200種病毒中有18種同屬一類“無尾”病毒。接下來的實驗充分展示出“無尾”病毒強(qiáng)大的殺菌威力：當(dāng)這200種病毒被釋放至含有300種海洋細(xì)菌的環(huán)境后，新病毒雖然只占了觀察病毒總數(shù)的10%，卻殺死了40%的海洋細(xì)菌。由于這些海洋細(xì)菌有相當(dāng)部分取自外海海域，因此研究者相信，奧托呂科斯病毒很可能在遙遠(yuǎn)的海洋中也大量存在，而不僅限于馬薩諸塞州的海邊。

更進(jìn)一步的分析顯示，奧托呂科斯病毒身材特別小，僅含有1萬個堿基對，而一般的海洋病毒通常含有4萬至5萬個堿基對。研究人員懷疑，這種病毒還可能存在于人體消化道內(nèi)。病毒給人的印象大都不那么好，可確實有些病毒能保護(hù)人體不受細(xì)菌的侵襲，有的能促使人體分泌粘液，從而將病菌沖走。哺乳動物的消化道也存在大量病毒，雖然功能還不完全明朗，但其對維系宿主動物的健康顯然并非毫無作用。

非宿主海洋動物抗病毒有一手

今年3月，荷蘭皇家海洋研究學(xué)院海洋生物學(xué)家、博士后詹妮弗·威爾士在《科學(xué)報告》上發(fā)表了一項研究報告，對非宿主類海洋動物的抗病毒能力進(jìn)行了初步探究。“當(dāng)病毒感染細(xì)胞以后，”詹妮弗稱，“它會利用宿主產(chǎn)生新的病毒，這些病毒釋放之后又會感染更多的細(xì)胞?！笨蓪τ诤芏喾撬拗骱Ｑ髣游飦碚f，海洋病毒卻成了它們的果腹之物。

比如日本牡蠣，它在過濾海水的同時不光能獲取藻類、細(xì)菌等食物，還能消化病毒顆粒。據(jù)詹妮弗稱，在實驗中不投放任何食物的情況下，日本牡蠣清除了水中12%的病毒顆粒。詹妮弗在荷蘭特克塞爾島上的病毒生物學(xué)實驗室里研究的所有“殺毒高手”中，日本牡蠣僅排第四，前三甲分別是海綿、螃蟹和鳥蛤，其中海綿在3個小時內(nèi)清除了94%的病毒，而即便每隔20分鐘向水里添加新的病毒，海綿也能不斷將其迅速“吃干凈”。

到目前為止，這些動物清除病毒的機(jī)理還不太清楚。詹妮弗認(rèn)為，非宿主類動物對周遭環(huán)境的影響仍是病毒生物學(xué)領(lǐng)域一個被忽視的因素。不過她也承認(rèn)，實驗具有一定的局限性，因為在自然環(huán)境中，這些動物的殺毒能力肯定會受到其他因素的影響，比如潮汐、溫度、紫外線照射等等。舉例來說，當(dāng)一只正在過濾海水的牡蠣碰到一只螃蟹，它自然會關(guān)閉貝殼停止過濾。

該項研究對防止海水養(yǎng)殖帶來的海洋污染提供了新的思路。詹妮弗解釋道，“在海洋農(nóng)場，魚類或貝類等數(shù)量龐大的單一物種被圈養(yǎng)了起來，而它們所在水體又與海洋直接相通，一旦出現(xiàn)病毒爆發(fā)，很可能會蔓延到海洋中危害其他野生物種。增加海綿之后，病毒爆發(fā)的威脅就可能被消滅在萌芽狀態(tài)?！?/p>

荷蘭海洋生物學(xué)家詹妮弗·威爾士在丹麥瓦登海的海灘上工作