娟子

15世紀末，當歐洲人踏上美洲大陸時，這里居住著2000萬～3000萬原住民。100年后，原住民只剩下不到100萬人，原因是歐洲殖民者把天花帶到了美洲，原住民對天花等疾病缺乏免疫機能，也缺乏防疫知識，很快就成群成群地死去。當時，人們一旦被傳染，只能聽天由命，如果能夠僥幸活下來，痊愈后臉上會留下大片的麻子，天花由此得名。

病毒的發(fā)現(xiàn)

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

盡管天花病毒給人類帶來了一場又一場災難，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，在荷蘭工作的德國人阿道夫·麥爾發(fā)現(xiàn)，有些煙草的葉片上會產(chǎn)生顏色黃綠相間、深淺不一的斑紋，他把這種病癥稱為煙草花葉病。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。通過對煙葉和土壤的分析，麥爾推想煙草花葉病是由細菌引起的，于是他利用細菌過濾器一遍一遍地過濾患病煙葉的研磨液，但是并沒有分離出致病的細菌。這個發(fā)現(xiàn)引起了許多科學家的好奇。

從事煙草病研究的俄國科學家伊萬諾夫斯基重復了麥爾的實驗。他進一步發(fā)現(xiàn)，患病煙葉汁液通過孔隙更小的燭形過濾器后，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，能夠通過過濾器；另一種可能是，細菌本身雖然不能通過過濾器，但是它分泌的毒素溶解在汁液里，也能引起花葉病。

為了驗證自己的推測，伊萬諾夫斯基整整花了6年時間不停地做實驗。他先把患病煙葉的汁液注射進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，注射進第一株煙草的毒素最多，發(fā)病也應該最快、最嚴重。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)病也應該一株比一株慢，一株比一株輕。可是，實驗結果恰恰相反，患病煙草是一株比一株發(fā)病快，一株比一株發(fā)病重。這就說明了病原體根本不是什么毒素，而是活的有機體。因為只有活著的生命，才可能在煙草中不斷繁殖，從而使汁液的毒性越來越強。

1898年，荷蘭細菌學家貝杰林克同樣證實了麥爾的觀察結果，并同伊萬諾夫斯基一樣，發(fā)現(xiàn)煙草花葉病的病原體能夠通過燭形過濾器。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能夠在凝膠中擴散，而細菌仍滯留于瓊脂的表面。同時，他還發(fā)現(xiàn)這種病原體只在分裂的細胞中復制。通過分析這些現(xiàn)象，貝杰林克指出，引起煙草花葉病的致病因子有三個特點：能通過燭形過濾器；僅能在感染的細胞內(nèi)繁殖；在體外非生命物質中不能生長。

根據(jù)這幾個特點，貝杰林克提出，煙草花葉病的病原體不是細菌，而是一種新的物質，他稱之為“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被證實的植物病毒，貝杰林克也被稱為“病毒學之父”。

幾乎與此同時，德國細菌學家勒夫勒和費羅施發(fā)現(xiàn)，引起?？谔阋叩牟≡w也可以通過細菌過濾器，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了伊萬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，以至于逃脫了光學顯微鏡的追蹤，使得它們未能在人類的視野里顯露原形，成了“隱形”的“小怪獸”，這也正是那一時期人們把病毒稱為“超顯微的濾過性病毒”的原因。

病毒的成分和形態(tài)

1935年，美國生化學家斯坦利發(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。這個發(fā)現(xiàn)讓他十分激動：難道病毒是由蛋白質構成的？想要證明這個猜測并不困難，因為當時的技術已經(jīng)可以純化并結晶蛋白質。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，結果他用提取蛋白質的方法得到了一小匙針狀結晶的東西。他把這種結晶物放在少量水中，用手指蘸一點溶液，在健康煙葉上摩擦幾下，一星期后這株煙草也出現(xiàn)了同樣類型的花葉病。今天，在美國加州大學原斯坦利的實驗室里，仍然保留著一個標注著“Tob Mos”字樣的瓶子，其中就盛放著當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晶出來，并且科學家發(fā)現(xiàn)它們都是核蛋白。人們對病毒的身份也有了重新的認識：病毒可以像無生命的大分子一樣獨立存在，不表現(xiàn)生命特征；也可以寄生于活細胞內(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。煙草花葉病毒的結晶及其化學本質的發(fā)現(xiàn)是對醫(yī)學和生物科學的巨大貢獻，它不僅引導人們從分子水平去認識生命的本質，而且為分子病毒學和分子生物學的誕生奠定了基礎。鑒于斯坦利在煙草花葉病毒研究上的突出貢獻，1946年他被授予諾貝爾獎，這是病毒學領域第一個獲此殊榮的科學家。

當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。這是人類第一次直接觀察到病毒，也是電子顯微鏡在生命科學領域最早的重要成果之一。柯施描述了煙草花葉病毒的真實面目：圓桿狀，直徑約15納米，長約300納米，比細菌小得多，這就難怪它在光學顯微鏡下不會原形畢露了。同時，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，人們在電子顯微鏡下觀察到許多不同形態(tài)和大小的病毒。歸納起來，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世紀的下半葉是發(fā)現(xiàn)病毒的黃金時代，大多數(shù)能夠感染動物、植物或細菌的病毒在這數(shù)十年間被發(fā)現(xiàn)。國際病毒分類委員會（ICTV）第八次的報告內(nèi)容顯示，已知的病毒種類大約是5450種，估計種類大約有4萬種。這些病毒往往只寄生在特定的生物細胞，根據(jù)宿主的不同可以分為植物病毒、動物病毒和細菌病毒（噬菌體）等不同的類群。

人類對病毒的利用

隨著人類對病毒的認識和研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)病毒也可為人類謀福利。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研制出天花疫苗后，通過全世界范圍的接種，1980年5月8日世界衛(wèi)生組織正式宣布，危害人類數(shù)千年的天花已經(jīng)被根除。再如，用綠膿桿菌噬菌體進行針對治療，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、菜青蟲、甜菜夜蛾、松毛蟲、玉米蝗之類的農(nóng)林害蟲，而這類病毒對人類、植物和其他動物是無害的，屬于環(huán)保型綠色殺蟲劑。在科研方面，病毒也可以成為科學家的幫手。在專一的細菌培養(yǎng)基中添加某類病毒，可以清除雜菌；在細胞工程中，仙臺病毒之類的病毒可以作為細胞融合的助融劑等。

過去人們把病毒最基本的功能視為致病，在今天看來，這其實是一種不完全的看法。實際上，導致疾病的病毒，很多只是在暴發(fā)感染的極短時間內(nèi)在人體內(nèi)生存很短的時間，而其他少量的病毒變體則能在人體內(nèi)待較長時間。這樣的病毒變體并不引起癥狀，而且可以隨著人類一同進化，一些病毒的基因已成為高級哺乳動物染色體（DNA）中的基因組成部分。美國加利福尼亞大學的研究人員威拉瑞爾等人發(fā)現(xiàn)，在進化過程中人和脊椎動物直接從病毒那里獲得了100多種基因。所以，有人得出一個結論：病毒幫助人類進化。

（選自《生物學來了》）